• شنبه ۳ اسفند ۱۳۹۸
  • |

آمار سایت

  • تمام بازديد‌ها: 1880190 بازدید
  • بازديد 24 ساعت قبل: 2600 بازدید
  • مهمانان حاضر در زیرپورتال: 24 کاربر
  • کاربران حاضر در زیرپورتال:0 کاربر

ورود به سایت

پایش زباله های فضایی و خطرات آن


تاریخچه
از زمان شروع عصر فضا در اواخر دهه 1950 بیش از 5000 پرتاب، انجام گرفته است که در مدار LEO (مدار کم ارتفاع زمین بین ۱۶۰ تا ۲۰۰۰ کیلومتر) و همچنین مدار MEO (بالای ۲۰۰۰ کیلومتر) و در مدار خورشید آهنگ، بقایای آنها برجای مانده است. براساس برآورد سازمان فضایی اروپا ESA، این پرتاب ها حدود 8650 ماهواره را در فضا قرار داده اند. از این تعداد حدود 4700 ماهواره هنوز در فضا هستند و فقط 1950 آن ها در حال حاضر کار می کنند. بسیاری از شرکت های بزرگ ازجمله SPACEX، OneWeb و برخی دیگر از شرکت ها فقط به فکر ساخت ماهواره هستند بنابراین می توان انتظار داشت که زباله های فضایی بیشتری تولید کنند.

تعریف زباله های فضایی
میلیون ها قطعه زباله  فضایی که بیشتر آن‌ها ساخت بشر هستند ازجمله قطعات فضاپیماها، قطعات رنگ جدا شده از ماهواره ها، قطعاتی از موشک ها، ماهواره هایی که عمر مفید آن ها تمام شده و دیگر کارایی ندارند، یا اشیایی که براثر انفجار در مدار با سرعت زیاد در حال پروازند، در مدار LEO (Low Earth Orbit که از لحاظ پروازهای فضایی از اهمیت زیادی برخوردار است)، شناور هستند، ولی ما با چشم غیر مسلح قادر به دیدن آن ها نیستیم.

سرعت حرکت زباله های و خطرات ناشی از آن ها
بیشتر زباله ها با سرعت زیاد 18000 مایل در ساعت که 7 برابر سریع تر از سرعت حرکت یک گلوله است، در فضا در حرکتند که می توانند با توجه به سرعت و حجم خود در فضا، خطراتی را برای ایستگاه های فضایی بین المللی، شاتل های فضایی و سایر فضا پیماهای سرنشین دار، خدمات فضا پایه، اکتشافات، ایمنی بشر و سایر عملیات و هر آن چه که در فضا و زمین وجود دارد، در آینده ایجاد کنند.

قبرستان مداری
دلایل زیادی وجود دارد که مدار LEO به یک قبرستان مداری تبدیل شده است. به عنوان مثال، تخریب عمدی فضاپیمای چینی Fengyun-1C در سال 2007. همچنین برخورد تصادفی فضاپیمای آمریکایی ایریدیوم 33 با ماهواره نظامی روسی در سال 2009 که بیش از 2000 قطعه زباله  در مدار LEO آزاد کرد، بطوریکه میزان زباله ها را تقریباً 70 درصد افزایش یافت. در سال 2007 چین موشک آزمایشی جهت منهدم نمودن ماهواره هواشناسی قدیمی، به فضا پرتاب کرد که بیش از 3000 قطعه زباله  را به فضا اضافه نمود. در سال 1996، ماهواره فرانسوی در اثر برخورد با قطعات موشکی که یک دهه قبل منفجر شده بود، صدمه بسیاری دید.

حذف زباله های فضایی
حذف بقایای فضایی از مدار LEO که نزدیک به 6000 تن مواد می باشد، گران است. مسئولیت این زباله ها بر عهده کشورهایی است که دارای فنّاوری فضایی هستند، بنایراین این معضل باید با کمک تمام این کشورها و حتی کشورهای دیگر حل گردد. مشکل مدیریت بقایای زباله های فضایی هم یک چالش بین المللی است و هم فرصتی برای حفظ محیط فضا برای مأموریت کاوش های فضایی در آینده. برنامه زباله های مداری ناسا، بطور رسمی در سال 1979 در شعبه علوم فضایی مرکز فضایی جانسون (JSC) در هوستون تگزاس، آغاز شده است. این برنامه به دنبال راهکارهای تولید زباله های فضایی کمتر و طراحی تجهیزاتی برای ردیابی و حذف زباله ها در فضا می باشد. نیکلاس جانسون، دانشمند ارشد ناسا گفته است:
بزرگترین خطر برای مأموریت های فضایی، بقایای غیرقابل ردیابی در فضاست که باعث برخورد های ناگهانی می شوند.در حال حاضر تولید و پرتاب ماهواره های کوچکی بنام ماهواره های مکعبی، وضعیت اطراف زمین را بدتر کرده است. این ماهواره ها نیاز به هزینه زیاد ندارد و صدها عدد از آن‌ها را میتوان در یک پرتاب، وارد مدار زمین کرد.

تعداد زباله های فضایی در مدار زمین
  • تعداد موشک هایی که از سال 1957 پرتاب گردیده و با عدم موفقیت روبرو شده: حدود 5450
  • تعداد موشک ارسال شده به مدار زمین حدود 8950 عدد که حدود 5000 موشک هنوز در فضا هستند.
  • تعداد ماهواره هایی که هنوز مشغول کارند حدود 1950
  • تعداد زباله هایی که مرتباً «توسط شبکه نظارت فضایی ردیابی و در فهرست آن ها قرار دارد حدود 22300
  • تعداد انفجارها، تخریب ها، تصادفات یا حوادث غیرطبیعی که منجر به قطعه قطعه شدن گردیده ، بیش از 500 تخریب، برآورد شده است
  • تعداد کل زباله های فضایی در مدار زمین : بیش از 8400 تن
برآورد تعداد زباله ها با مدل های آماری در مدار زمین:
34000 قطعه بزرگتر از 10 سانتی متر
900000 قطعه بین یک تا 10 سانتی متر
128 میلیون قطعه بین 1 میلی متر تا 1 سانتی متر
این مقادیر همچنان در حال تغییر است
ردیابی زباله های فضایی
وزارت دفاع آمریکا فهرست دقیقی از ماهوارهای بزرگتر از یک توپ بیس بال که در مدار زمین قرار دارند، تهیه کرده است. ناسا و وزارت دفاع آمریکا مسئولیت مشترکی در مورد زباله های فضایی بر عهده داشته و اشیایی کوچکی به قطر 2 اینچ (5 سانتی متر) در مدار LEO و حدود یک یارد (یک متر) در مدار زمین آهنگ را ردیابی می کنند. در حال حاضر حدود 15000 شی‌ء فهرست بندی شده و تعداد کل اشیاء ردیابی شده بیش از 21000 می باشند. ناسا با استفاده از سنجنده های ایستگاه های زمینی ویژه و بررسی سطوح ماهواره ها، گسترش زباله های فضایی با قطر کمتر از 4 اینچ (10 سانتی متر) را مشخص می کند.

برنامه ریزی برای مقابله با زباله های فضایی
ناسا دستورالعمل های مفصلی برای ارزیابی میزان تهدید این زباله و گریز از آن ها و یا انجام سایر اقدامات برای اطمینان از ایمنی سرنشینان فضایی، در اختیار دارد. این دستورالعمل ها در واقع یک جعبه فرضی است به نام جعبه پیتزا زیرا مانند یک جعبه صاف مستطیل شکل است به ابعادی حدودی 1.5 *50 * 50 کیلومتر که در اطراف وسیله نقلیه فضایی، کشیده می شود. بطوریکه، وسیله در وسط آن قرار گیرد. زمانی که ردیابی دقیق انجام گیرد و زباله ها آنقدر نزدیک وسیله نقلیه فضایی شده اند که باعث نگرانی گردند، مراکز کنترل واقع در هوستون و مسکو با کمک هم اقدامات احتیاطی را انجام می دهند. در برخی اوقات زمان تصادم از قبل قابل پیش بینی است و در این مواقع مانوری بنام «اجتناب از تصادم با زباله » انجام شده و ایستگاه فضایی اندکی جابجا می شود تا زباله ها دور از جعبه قرار گیرند. در برخی موارد ردیابی زباله ها برای چنین مانوری آنقدر دقیق نیست تا عدم برخورد را ضمانت کند و زباله  آنقدر نزدیک است که فرصتی برای مانور باقی نمی ماند. در این مورد، مراکز کنترل ممکن است به توافق برسند که بهترین اقدام جابجایی سرنشینان به فضا پیمای سایوز است که برای انتقال انسان به ایستگاه،‌مورد استفاده قرار می گیرد. در این هنگام فقط اندکی زمان دارند تا با بستن دریچه ها در موقع برخورد آسیب زا، سرنشینان فضا پیما از ایستگاه جدا شوند. اگر برخورد باعث افت فشار در سفیه فضایی نجات شود و یا قطعات حیاتی آسیب ببینند، سرنشینان می توانند از ایستگاه خارج شوند. فضا پیمای Soyuz به عنوان قایق نجات سرنشینان در مواقع اضطراری عمل می کند.

ابزاری برای شکار زباله های فضایی
● DeOrbit
DeOrbit وسیله ای است که توسط سازمان فضایی اروپا، ارائه گردیده و فضا را پاکسازی می کند. این ایده اولین بار در سال 2014 مطرح و هنوز در حال توسعه است. سازمان فضایی اروپا چندین روش مختلف جمع آوری زباله  را در دست بررسی دارد. این وسیله به دو مکانیسم شبکه ای و بازوهای روباتیکی برای به دام انداختن زباله  محدود شده تا زباله  را از مدار خارج و به مدار پایین تر هدایت کند که در آنجا خواهند سوخت. در حال حاضر پیش بینی می شود در سال 2030 پرتاب گردد.
تصویر ابراز جمع آوری زباله  های فضایی DeOrbit
● CleanSpace One
هدف CleanSpace One گرفتن یکی یکی زباله های می باشد.  برای از مدار خارج کردن ماهواره نانوست Switzerland’s SwissCube، توسعه یافته است. ابزار پاکسازی ماهواره ها دستگاهی است که از فضاپیمای SOAR، یک مینی شاتل بدون سرنشین، پرتاب می شود. CleanSpace One ماهواره را به درون جو پرتاب می کند تا در آنجا بسوزد.
تصویر ابراز جمع آوری زباله  های فضایی CleanSpace One
 
● Zap the Whip
در سال 2018 سازمان فضایی ژاپن یک قلاب الکترودینامیکی با کابلی به طول 700 متر به نام EDT را به هدف جمع آوری زباله های خطرناک فضایی، به فضا پرتاب کرد. هدف این است که قلاب الکتریکی با وزنه ای 20 کیلوگرمی برای گرفتن زباله  به وزن متعادل رسیده، سرعت زباله  را کم کرده و به مداز پایین اتمسفر هدایت کند تا با اطمینان سوزانده شود.
تصویر ابراز جمع آوری زباله  های فضایی Zap the Whip
● Solar Sail
موارد دیگر استفاده از بادبان های خورشیدی برای جمع آوری زباله  و پرتاب آن به جو می باشد تا در آنجا بسوزد. دانشمندان موارد دیگری را هم ارائه داده اند مانند پرتاب شبکه ای سه کیلومتری (دو مایل) به فضا برای از مدار خارج نمودن زباله های فضایی.
تصویر ابراز جمع آوری زباله  های فضایی Solar Sail
● ماهواره RemoveDebris
در 20 ژوئن 2018 نانوموشک، ماهواره RemoveDebris را از ایستگاه فضایی بین المللی (ISS) اعزام کرد. این ماهواره زباله ها را گرفته و به مدار پایین می فرستد و هدف نهایی آن محافظت از فضا در برابر زباله ها و به حداقل رساندن خطر برخورد آن ها با ماموریت های فضایی فعلی و آینده است.
ماهواره RemoveDebris

ماموریت های آینده برای مقابله با زباله ها
شرکت AstroScale در سنگاپور قصد دارد که هزاران سنجنده برای اطلاع از قطعات بزرگ و کوچک شناور در مدار زمین، تولید کند. سرانجام و شاید سرگرم کننده ترین آن ها، ارسال بادکنک به فضا باشد تا با ایجاد یک تندباد، زباله های را به سمت جو بفرستد. سناریوهای جمع آوری زباله  ها به سه طریق انجام می گیرد :

-    شبکه ای (تله ای) Net
سناریو تله ای برای کمک به رشد فن آوری جمع آوری زباله  در فضا، طراحی شده است. در این آزمایش ابتدا شبکه CubeSat، DebrisSat-1 با سرعت پایین 0.5 متر بر ثانیه از سکو پرتاب می شود. DebrisSat-1 بالونی را باد می کند. این بالن علاوه بر عمل جمع آوری زباله  و حرکت آن به مدار پایین تر، منطقه بزرگتری را هدف قرار می دهد. سپس یک توری (شبکه) از سکو به سمت بالن پرتاب می شود، به محض اینکه شبکه به هدف برخورد کرد، توده های مستقر در انتهای شبکه دور هدف گیر افتاده می پیچد و پیچ و قرقره های موتور در گردن شبکه مانع باز شدن دوباره شبکه می شود. CubeSat به دلیل مساحت زیاد سطح بالون، سرعت را افزایش داده و به مدار پایین حرکت می کند.
D C B A
در شکل 1 (از چب به راست)،  A:  پرتاب کیوبست، B : باد شدن بالون،  C:  گرفتن زباله  توسط تله، D : ارسال به مدار پایین تر
تصویری از RemoveDebris Net

-    نیزه ای Harpoon
در این سناریو CubeSat دوم (نیزه ای)، DSAT-2 با سرعت کم از سکو پرتاب می شود. بلافاصله CubeSat، پانل های هدف را برای افزایش سطح بیشتر منطقه، رها می کند. سپس پلاتفرم سیستم GNC، نیزه ها را در مرکز CubeSat تنظیم کرده و نیزه ها را پرتاب می کند. در پایان CubeSat به سمت مدار پایین تر حرکت می کند
در این شکل مراحل جمع آوری زباله  را نشان می دهد
تصویری از RemoveDbeis Harpoon

-    VBN (vision-based navigation)
در این سناریو سومین CubeSat(نیزه ای)، DSAT-3 از سکو پرتاب می شود. سیستم VBN (شامل LiDAR) از سیستم شبکه و نیزه ای برای تنظیمات خود استفاده می کند. در این سناریو مجموعه ای از مانورها انجام می گیرد تا سیستم VBN و دوربین های نظارتی دقیق بتوانند داده ها و تصاویری را که بعدا در زمین پردازش می شوند، تهیه کنند.
 
مراحل کار VBN
تصویری از RemoveDbeis VBN

کلیدواژه ها: زباله ماهواره | زباله های فضایی | سنجش از دور | زباله بازمانده ماهواره | سازمان فضایی ایران |



CAPTCHA

دفعات مشاهده: 798 بار   |   دفعات چاپ: 8 بار   |   دفعات ارسال به دیگران: 0 بار   |   0 نظر