اکثر پسماندهاي فضايي در دو منطقه عمده اطراف زمين انباشته شده‌اند. منطقه لئو يا محدوده کم‌ارتفاع مداری، اولين منطقه آلوده فضا شمرده مي‌شود. اين منطقه كه از ارتفاع 200 کيلومتري سطح زمين آغاز شده و تا حدود 2000 کيلومتري ادامه پيدا مي‌کند ميزبان بيشترين تعداد  ماهواره‌هاي هواشناسي و نظامي است. منطقه دوم، ناحيه کم ضخامت مدار زمين‌آهنگ يا ژئو در ارتفاع حدود 36000 کيلومتري زمين است که تقريبا تمامي ماهواره‌هاي مخابراتي و تلويزيوني در اين ناحيه واقع شده‌اند. شناخت اين دو منطقه احتياج به روش‌هاي متفاوتي دارد. براي مثال، مطالعه اثر بازدارندگي جو و يا ناهمگوني شتاب جاذبه زمين که در مدارهاي لئو بسيار حياتي است، در مدارهاي ژئو اهميت چنداني ندارد؛ اما در مقابل، مطالعه اثر جاذبه خورشيد و ماه براي مدارگردهاي منطقه ژئو مهم است.

 

 

 

 

 

برخورد حتي کوچک‌ترين شئ با سرعت‌هاي اشاره شده مي‌تواند براي پروازهاي سرنشين‌دار يا بي‌سرنشين تهديدي جدي به‌حساب آيد. به عبارتي، خطر اصلي پسماندهاي فضايي مربوط به انرژي جنبشي بسيار زياد آنها است که در اثر يک تصادم، رها شده و باعث ايجاد خسارت زيادي خواهد شد. برخورد ريزترين پسماند با سطح نازك و به شدت حساس لباس فضانورداني كه براي انجام مأموريت‌هاي فضايي، مجبور به راه‌پيمايي در اطراف سفينه خود مي‌شوند، مي‌تواند خطرات عمده‌اي براي آنها در‌بر‌داشته باشد. پسماندي به قطر فقط نيم ميليمتر قادر به سوراخ كردن لباس فضايي و خراشيدن پوست بدن فضانوردان خواهد شد. پسماندهاي بزرگ‌تر، حتماً خطرات بيشتري براي آنها خواهد داشت. وضعيت ماهواره‌ها، علي‌رغم داشتن پوشش‌هاي مقاوم‌تر، بهتر نيست. برخورد يک پسماند فضايي کوچک با يک ماهواره و يا ايستگاه فضايي فعال مي‌تواند باعث از کار افتادن آنها شود و حتي در صورت بزرگ‌تر بودن پسماند، سبب متلاشي شدن ماهواره نيز خواهد شد. به عنوان مثال اگر پسماندي با قطر حدود 1 سانتي‌متر با سرعتي معادل 8 كيلومتر بر ثانيه، كه براي مدارهاي كم‌ارتفاع سرعت محتملي است، به ماهواره‌اي برخورد كند، انرژي‌اي معادل يك نارنجك دستي آزاد خواهد كرد. متاسفانه چنين پسماندهاي بسيار كوچكي قابل مشاهده، رهگيري و فهرست‌برداري نيستند و به‌طبع، نمي‌توان مسير آنها را حدس زد و از آنها دوري نمود. روی همين اصل گسترش تحقيقات برای بهبود طراحی، فرايند ساخت و استفاده از مواد جديد و ترکيبی در دستور کار تمامی دفاتر طراحی فضايی قرار دارد.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

سيم‌هاي مسي وست فورد نيدلز؛ آخرين گروه پسماندها، خوشه‌اي از سيم‌هاي مسي کوتاه و بلند است که در مدار 3600 کيلومتري زمين در حال حرکت هستند. اين خوشه حاصل دو آزمايش در قالب پروژه‌اي تحت عنوان "وست فورد نيدلز" مربوط به اوايل دهه 1960 است که به منظور استفاده از فضا براي امور مخابراتي شكل گرفته بود. هدف از پروژه اين بود که با ايجاد يک حلقه مسي در اطراف زمين، سطح مناسبي براي بازتاب امواج الکترومغناطيس به وجود آيد. طي اين عمليات، تعداد 480 ميليون دوقطبي مسي در دو مرحله در مدار زمين قرار گرفتند. اهميت هر يك از موارد فوق، به درصد آلودگي آنها مربوط مي‌شود. روشن است كه كنترل و مطالعه روي منابع آلوده‌كننده‌اي كه درصد كمي از آلودگي كلي را به خود اختصاص مي‌دهند، در اولويت نخواهد بود. نمودار (1) سهم جمعيت هر گروه از منابع آلوده كننده فضا را به تفكيك نشان مي‌دهد. ملاحظه مي‌شود كه مدارگردهاي فعال و مفيدي كه هم‌اكنون مشغول ارايه خدمت هستند، فقط حدود 6% از كل جمعيت مدارگردهاي دست‌ساز را به خود اختصاص مي‌دهند. نمودار (2) نيز سهم جرم مدارگردهاي مختلف را از آغاز عصر فضا تا به امروز نشان مي‌دهد. ملاحظه مي‌شود كه پسماندهاي ناشي از فروپاشي هرچند سهم عمده‌اي از جمعيت پسماندهاي فضايي را شامل مي‌شوند اما سهم اندكي از جرم آنها را دربر مي‌گيرند.

 

 

 

 

 

 

 

فرسايش و فرو‌افتادن پسماندهاي فضايي كه عمدتاً ناشي از اثرات بازدارنده اتمسفر است، روش طبيعي کاهش پسماندها هستند. پسماندي که در مدارهاي کم‌ارتفاع به دور زمين مي‌چرخد، در اثر اغتشاشات ناشي از اتمسفر به طور مداوم انرژي جنبشي خود را از دست مي‌دهد و در نتيجه ارتفاع مداري آن کاهش مي‌يابد. چنين پسماندي افزون بر مقابله با نيروي بزرگ بازدارنده اتمسفر، به دليل سرعت زيادي كه دارد، آرام آرام داغ شده و مي‌سوزد. اگر پسماند کوچک باشد، در اثر فرسايش کاملا سوخته و قبل از برخورد با سطح زمين از بين مي‌رود. ولي اگر پسماند بزرگ باشد، بخش باقي‌مانده آن به زمين برخورد خواهد کرد. موضوع برخورد با زمين از دو جهت قابل تامل است: اول، مكان و زمان برخورد و دوم، پسماندي كه به زمين برخورد خواهد كرد. موضوع اول زماني اهميت مي‌يابد كه پسماند در شهرها، مراكز پرجمعيت و يا مجتمع‌هاي صنعتي حساس و ارزشمندي مانند پالايشگاه‌ها، سدها و يا نيروگاه‌هاي اتمي سقوط كند و اما اهميت موضوع دوم زماني آشكار مي‌شود كه پسماندهاي خطرناكي مانند راكتورهاي اتمي سفينه‌هاي فضايي و يا مخازن مملو از سوخت و مواد شيميايي خطرناك در ليست فروافتادن قرار مي‌گيرند. شكل (3) نمونه‌اي از يك پسماند فضايي فروافتاده را نشان مي‌دهد.

 

سه راه طبيعي براي فرسايش يا فروافتادن پسماندها مي‌شناسيم كه هر كدام از آنها به گونه‌اي با اثرات بازدارنده جو زمين در ارتباط هستند:

 

تغيير چگالي جو؛ اين موضوع، در مورد پسماندهايي كه در جو بسيار رقيق يا اندكي بالاتر از آن به دور زمين مي‌چرخند، اهميت دارد. چگالي اتمسفر در ارتفاع مشخصي از سطح زمين و در طول زمان، همواره ثابت نيست و به شدت به فعاليت‌هاي دوره‌اي خورشيد كه بازه‌اي يازده ساله دارد، وابسته است. در اوج فعاليت‌هاي خورشيدي كه تابش اشعه‌هاي ماوراءبنفش و گاما به شدت افزايش مي‌يابد، لايه‌هاي مختلف اتمسفر زمين به تناسب انرژي بيشتري دريافت كرده و افزايش حجم مي‌دهند. اين امر باعث مي‌شود چگالي اتمسفر در لايه‌هاي فوقاني به شدت افزايش يابد. افزايش چگالي اتمسفر در لايه‌هاي فوقاني باعث افزايش ميزان فرسايش و نيروي بازدارندگي خواهد شد كه اين موضوع باعث مي‌شود روند فرسايش و سقوط پسماندهاي اين منطقه در اوج فعاليت‌هاي خورشيدي شتاب بيشتري گيرد.

 

مدارهاي بيضي شكل بسيار كشيده؛ دومين عامل فرسايش يا فروافتادن پسماندها مربوط است به دسته‌اي از آنها كه در مدارهايي با تفاوت فاحش در ارتفاع نقاط اوج و حضيض مي‌چرخند و يا به عبارتي ديگر شکل مداري آنها بيضي بسيار کشيده است. اثر نيروهاي جاذبه ماه و خورشيد مخصوصا در حالت‌هاي خاصي نظير مقارنه باعث اختلالات کوچکي در مدارهاي اين دسته از پسماندها مي‌شود. از آنجا‌که در اين مدارها نقطه حضيض بسيار نزديک به محدوده جو غليظ است، كمترين اختلال در مدار امکان فرو رفتن مدارگرد در جو غليظ زمين را به شدت افزايش مي‌دهد. هر بار كه مدارگرد در مسير خود از لايه‌هاي غليظ جو عبور مي‌كند، بخشي از انرژي مداري خود را از دست داده و در نتيجه، ارتفاع مدار آن پايين‌تر آمده و فرايند فرسايش يا سقوط، سرعت بيشتري مي‌گيرد.

 

فشار تابشي خورشيد؛ آخرين عامل که اهميت کمتري نيز دارد نيروي ناشي از فشار تابشي خورشيد است. اثر اين نيرو بر مدارگردهاي بزرگ و سنگيني نظير ماهواره‌ها به قدري اندک است که مي‌توان آن را فراموش نمود. اما همين نيروي اندک روي پسماندهايي که نسبت سطح به جرم بزرگي دارند، تاثير قابل ملاحظه‌اي دارد که نمي‌توان از آن صرفنظر کرد. اين منبع انرژي به عنوان روش طبيعي دفع و فرسايش ذرات و غبارهايي نظير آنچه در مورد خروجي موتورهاي سوخت جامد و يا اجكتا گفته شد، بسيار مفيد است. فشار تابشي خورشيد در دوره‌هايي يازده ساله افزايش مي‌يابد و بيشترين حجم رانش پسماندهاي ريز به سمت جو غليظ در آن زمان صورت مي‌گيرد.

 

 

 

 

 

اين كميته از پنج گروه كاري تشكيل شده است كه هر كدام حوزه وسيعي از فعاليتهاي علمي و تحقيقاتي را مديريت و نظارت مي‌نمايند. - گروه مديريت؛

 

 

جوّ زمين فقط به محدوده امواج نور مرئي و راديويي اجازه عبور مي‌دهد. به همين دليل، براي مشاهده اجرام مدارگرد از روي زمين از دو روش رصد نوري و رصد راديويي استفاده مي‌کنند. برخي از مدارگردها نور خورشيد را به خوبي بازمي‌تابانند، اما بازتاب خوبي از امواج راديويي ندارند. در مقابل، مدارگردهايي وجود دارند که در برابر امواج مرئي بسيار تاريک هستند، اما امواج راديويي را به خوبي بازمي‌تابانند. به همين دليل است که مراکز علمي و نظامي مراقبت از فضا معمولا از هر دو روش براي کامل کردن و بهبود نتايج رصد استفاده مي‌کنند. رصد پسماندها به دليل كوچك بودن، سرعت بسيار زياد و نزديك بودن آنها به ناظر، كار بسيار پيچيده و دقيقي است كه فقط با استفاده از ابزارهاي دقيق و پيشرفته رصدي امكان دارد. رصد و رهگيري يك پسماند 10 سانتيمتري كه با سرعت 8000 متر بر ثانيه و به فاصله 200 كيلومتري از ناظر، از پنجره ديد تلسكوپ‌ها عبور مي‌كند، كمتر از رصد سحابي دوردست و كم‌نوري در اعماق آسمان نيست. شكل (4) تصوير پسماندي 5/12 سانتيمتري را از دريچه چشم تلسكوپي با قطر سه متر نشان مي‌دهد.

 

 

 

 

 

 

 

بعد از ثبت اطلاعات به دست آمده از روش‌هاي مشاهده مستقيم و غير مستقيم مي‌توان با استفاده از مدل‌هاي رياضي و آماري در مورد قسمتي از جمعيت پسماندها كه به دليل ضعف ابزار و روش‌ها قابل‌مشاهده و اندازه‌گيري نيستند، تخمين رياضي زد. با استفاده از روابط مداري، معادلات آماري و روش‌هاي رياضي مي‌توان مدل رياضي محيط پسماندي را شبيه‌سازي نمود، در مورد آينده آن پيش‌بيني‌هاي نسبتاً دقيقي انجام داد، خطرپذيري برخورد با پسماندها را براي مدارگردهاي مهمي نظير ايستگاه‌هاي فضايي و ماهواره‌هاي مخابراتي محاسبه كرد و در نهايت محاسبات مربوط به بازگشت پسماندها به زمين و فرسايش آنها در اتمسفر يا چگونگي برخورد آنها با سطح زمين را با دقت پيش‌بيني نمود.

 

از‌آنجايي‌كه با اين‌گونه نرم‌افزارها قادر به پيش‌بيني محيط پسماندي براي آينده خواهيم بود، مي‌توانيم ميزان تاثير اقدامات پيشگيرانه و برنامه‌هاي ارائه شده در جهت كاهش جمعيت پسماندها و يا كنترل آنها كه معمولا مستلزم سرمايه‌گزاري‌هاي هنگفت و بسيار پرهزينه است را قبل از اجرا بررسي كنيم.

 

 

 

در راستاي محافظت از مدارگردهاي مهم، تحقيقات مربوط به شبيه‌سازي خطرپذيري برخورد و چگونگي آن نيز در فرايند طراحي مؤثر است.

به منظور كاهش ميزان پسماندها و يا راندن آنها از مناطق و مدارهاي مهم و شلوغ به قسمت‌هايي از فضا كه اهميت كمتري دارند، قوانين، آيين‌نامه‌ها و دستورالعمل‌هايي تهيه شده كه هدف از اجراي آنها بهبود عملكرد و روند پرتاب، فرايند تزريق در مدار -به گونه‌اي كه كمترين آلودگي توليد شود- چگونگي شروع و خاتمه ماموريت ماهواره‌ها و نحوه صحيح و اصولي انجام مانورهاي تغيير مداري است. بازگرداندن آنچه به فضا برده مي‌شود، و يا طراحي فرايند پرتاب به گونه‌اي كه منجر به بازگشت طبيعي قطعات منفصل‌شده از راكت‌هاي محموله‌بر مي‌شود، مقدماتي‌ترين اقداماتي است كه آژانس‌هاي فضايي مي‌توانند رعايت نمايند. استانداردهايي در جهت طراحي بهينه ماهواره‌ها و يا مراحل پاياني راكت‌هاي محموله‌بر نوشته شده است تا از بروز انفجارات ناخواسته در آنها جلوگيري كند. خالي كردن مخازن سوخت و يا باتري‌هاي خالي‌نشده، از جمله اين قوانين هستند. داشتن راه‌حل اصولي و قابل انجام براي بازگرداندن و يا پارك كردن ماهواره‌هايي كه عمرشان به پايان مي‌رسد، مي‌بايستي از شروط اصلي تزريق آنها در مدارهاي مهمي مانند مدار زمين‌آهنگ باشد. نمودار (3) تخمين رشد جمعيت پسماندهاي فضايي را براي حالت‌هاي مختلف پيشگيرانه نشان مي‌دهد. همانطور كه ملاحظه مي‌شود در بهترين حالت نيز روند رشد جمعيت نرخي صعودي دارد.