กระบวนการสำรวจอวกาศซึ่งเริ่มดำเนินการจริงในช่วงกลางศตวรรษที่ 20 มักจะถูกนำเสนอในด้านบวกในฐานะเวทีใหม่ในการพัฒนาความรู้ทางวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี อย่างไรก็ตาม ภายหลังการปล่อยดาวเทียมดวงแรก กระบวนการเชิงลบที่ต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิงเริ่มต้นขึ้นพร้อมๆ กัน ซึ่งเกี่ยวข้องกับการอุดตันของวงโคจรใกล้โลก เศษซากที่มนุษย์สร้างขึ้นในอวกาศเป็นภัยคุกคามต่อทั้งยานอวกาศและโลก
ที่มาของขยะอวกาศ
ขยะในกรณีนี้หมายถึงอนุพันธ์ของธรรมชาติที่มนุษย์สร้างขึ้นซึ่งมีความหลากหลายมาก แต่เกี่ยวข้องกับกิจกรรมของมนุษย์โดยตรง ตัวอย่างเช่น อุกกาบาตที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติไม่ก่อให้เกิดอันตราย ต่างจากขยะที่มนุษย์สร้างขึ้นซึ่งก่อให้เกิดภัยคุกคามเนื่องจากการอยู่ในวงโคจรต่ำของโลกเป็นเวลานาน
แล้วขยะอันตรายมาจากไหนในอวกาศ? ส่วนใหญ่เป็นเกิดขึ้นระหว่างการปล่อยดาวเทียมและการปล่อยยานพาหนะอื่นเข้าสู่วงโคจร ในกระบวนการดังกล่าว จำเป็นต้องมีเรือบรรทุกคนหรือเรืออัตโนมัติที่เกี่ยวข้อง ซึ่งทิ้งวัตถุทางเทคนิคและวัสดุสิ้นเปลืองไว้เบื้องหลัง แหล่งที่มาของมลพิษประเภทนี้ที่อันตรายที่สุดคือการทำลายดาวเทียมและเรือในวงโคจรอันเป็นผลมาจากอุปกรณ์ที่ไม่มีการจัดการและชิ้นส่วนโครงสร้างของเครื่องบินยังคงอยู่ในอวกาศ ด้วยตัวของมันเอง ชิ้นส่วนหลังจากอุปกรณ์ขัดข้องหรือในกระบวนการปล่อยของเสียตามแผนไม่ก่อให้เกิดภัยคุกคามร้ายแรงในจำนวนเดียว อย่างไรก็ตาม ด้วยการสะสมในระยะยาว วัตถุขนาดใหญ่จะก่อตัวขึ้น ซึ่งมักจะมีศักยภาพของกัมมันตภาพรังสีสูง ซึ่งทำให้ยากต่อการทำลายพวกมัน
บทบาทสำคัญในกระบวนการสร้างขยะอันตรายนั้นเกิดจากการเสื่อมสภาพ "อายุ" ของเศษซากจากวัตถุอวกาศในสภาพแวดล้อมที่ก้าวร้าว การสะสมของเศษซากแบบเดียวกันนั้นได้รับผลกระทบจากฝุ่นจักรวาล การแผ่รังสี อุณหภูมิสุดขั้ว การออกซิเดชันของออกซิเจน ฯลฯ ดังนั้น เราต้องจัดการกับองค์ประกอบทางกายภาพที่คุกคามการชนกันไม่เพียงเท่านั้น แต่กับวัสดุที่ไม่สามารถควบคุมและระเบิดได้ซึ่งเพิ่มความเสี่ยง แห่งภัยพิบัติ
ตรวจสอบขยะอวกาศ
อันตรายที่มีอยู่ซึ่งเกี่ยวข้องกับการปรากฏตัวของเศษซากอวกาศยังจำเป็นต้องมีการวิจัยอย่างต่อเนื่องเกี่ยวกับวงโคจรใกล้โลก อุปกรณ์พิเศษสแกนของเสียที่มนุษย์สร้างขึ้นตามลักษณะต่างๆ ทั้งขนาด มวล รูปร่าง ความเร็ววิถีการจัดองค์ประกอบ ฯลฯ อุปกรณ์บางอย่างใช้ขึ้นอยู่กับระยะห่างจากโลก ตัวอย่างเช่น วงโคจรโลกที่ต่ำของระบบ LEO ตามอัตภาพครอบคลุมระยะทางตั้งแต่ 100 ถึง 2,000 กม. วิศวกรรมวิทยุ เรดาร์ ออปติคัล ออปโตอิเล็กทรอนิกส์ เลเซอร์ และอุปกรณ์อื่นๆ สำหรับการสังเกตเศษซากอวกาศทำงานในสเปกตรัมนี้ ในขณะเดียวกันก็มีการพัฒนาอัลกอริธึมพิเศษเพื่อวิเคราะห์ข้อมูลที่ได้รับบนอุปกรณ์เหล่านี้ ในการรวมชุดข้อมูลที่กระจัดกระจาย จะใช้แบบจำลองการคำนวณทางคณิตศาสตร์ที่ซับซ้อน ซึ่งให้ภาพที่ค่อนข้างสมบูรณ์ของสิ่งที่เกิดขึ้นในพื้นที่การสังเกตเฉพาะ
แม้จะใช้วิธีการตรวจสอบที่มีเทคโนโลยีสูง แต่ก็ยังมีปัญหาในการติดตามอนุภาคขนาดเล็กที่มีขนาดเล็กเพียงไม่กี่มิลลิเมตร เซ็นเซอร์ออนบอร์ดสามารถศึกษาชิ้นส่วนดังกล่าวได้เพียงบางส่วนเท่านั้น แต่ยังไม่เพียงพอที่จะได้รับข้อมูลที่ครอบคลุม เช่น เกี่ยวกับองค์ประกอบทางเคมีของวัตถุ แนวทางหนึ่งในการตรวจสอบอนุภาคดังกล่าวคือสิ่งที่เรียกว่าการวัดแบบพาสซีฟ ครั้งหนึ่งตามหลักการนี้ได้มีการศึกษาส่วนประกอบของสถานีอวกาศเมียร์กลับสู่โลก สาระสำคัญของเทคโนโลยีนี้คือการลงทะเบียนผลกระทบของอนุภาคที่ศึกษาบนพื้นผิวของอุปกรณ์ในพื้นที่เปิดโล่ง ในห้องปฏิบัติการ มีการวิเคราะห์ความเสียหายประเภทต่างๆ ซึ่งทำให้สามารถรับข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับเศษขยะในอวกาศได้ วันนี้ ทีมนักบินอวกาศกำลังทำงานบนเส้นทางการวิจัยนี้โดยตรงในวงโคจร เพื่อตรวจสอบพื้นผิวของยานอวกาศปฏิบัติการ
กระจายเศษซากในอวกาศใกล้โลก
การตรวจสอบพื้นที่รอบนอกบ่งชี้การกระจายของเศษประเภทต่าง ๆ ในวงโคจรไม่สม่ำเสมอ กระจุกขนาดใหญ่ที่สุดพบได้ในบริเวณโคจรต่ำ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง เมื่อเปรียบเทียบกับวงโคจรสูง ความหนาแน่นต่างกันอาจถึงพันเท่า ในเวลาเดียวกัน มีความสัมพันธ์ระหว่างความหนาแน่นของกระจุกและขนาดอนุภาค ความหนาแน่นเชิงพื้นที่ของเศษขนาดกลางมักจะต่ำกว่าในวงโคจรสูงกว่าในวงโคจรต่ำในสัดส่วนที่น้อยกว่าเมื่อเทียบกับองค์ประกอบเนื้อหยาบ
ลักษณะการกระจายของเศษซากอวกาศทั่วโลกได้รับอิทธิพลจากปัจจัยหลายประการ ซึ่งได้แก่ คุณสมบัติของแหล่งกำเนิด ตัวอย่างเช่น ชิ้นส่วนเล็กๆ ที่เกิดจากการทำลายส่วนต่างๆ ของสถานีหรือดาวเทียมมีเวกเตอร์ความเร็วที่ไม่เสถียร สำหรับเศษซากขนาดใหญ่ เนื่องจากไดนามิกสูงจึงสามารถไปถึงระดับความสูงได้ถึง 20,000 กม. และยังกระจายอยู่ในวงแหวน geostationary ที่ระดับ 2,000 กม. มีการกระจายที่ไม่สม่ำเสมอโดยมีจุดเพิ่มความหนาแน่นที่ 1,000 และ 1,500 กม. โดยเฉพาะ อย่างไรก็ตาม วงโคจรของ geostationary นั้นอุดตันมากที่สุด และมีแนวโน้มสูงที่เศษขยะจะลอยอยู่ในบริเวณนั้น
แนวโน้มการพัฒนาเศษซากอวกาศ
นักวิทยาศาสตร์อวกาศกังวลเกี่ยวกับศักยภาพมากกว่าภัยคุกคามในปัจจุบันเศษซากในวงโคจรของโลก ในขณะนี้ การศึกษาแนะนำว่าอัตราการเกิดมลพิษเพิ่มขึ้น 4-5% ต่อปี นอกจากนี้ บทบาทของการปล่อยยานอวกาศยังไม่ได้รับการประเมินอย่างน่าเชื่อถือในแง่ของการเติบโตของจำนวนประชากรของวัตถุแปลกปลอมในวงโคจรที่แตกต่างกัน วัตถุขนาดใหญ่คล้อยตามการคาดการณ์ แต่ตามที่ระบุไว้แล้วข้อมูลที่ จำกัด เกี่ยวกับเศษเล็กเศษน้อยแม้ในอวกาศใกล้ไม่อนุญาตให้เราพูดด้วยความเป็นกลางในระดับสูงเกี่ยวกับลักษณะของเศษซาก อย่างไรก็ตาม นักวิทยาศาสตร์ได้ข้อสรุปที่ชัดเจนสองประการเกี่ยวกับเศษเล็กเศษน้อย:
- ปริมาณของอนุภาคขนาดเล็กที่เกิดขึ้นจากการทำลายล้างเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องตามจำนวนการชนที่เพิ่มขึ้น ทั้งในสภาพห้องปฏิบัติการและในการศึกษาเชิงทฤษฎี พบว่าชิ้นส่วนขนาดเล็กประกอบขึ้นเป็นสัดส่วนที่มีนัยสำคัญขององค์ประกอบที่แยกออกจากวัตถุที่ถูกทำลาย
- อนุภาคขนาดเล็กมากในรูปแบบของผลิตภัณฑ์ที่เกิดการชนกันแบบเดียวกันจะไวต่อผลกระทบด้านลบของแรงภายนอกมากกว่า ผลกระทบของการเสื่อมสภาพเมื่อเศษซากอยู่ในสภาพที่ก้าวร้าวเป็นเวลานานลดโอกาสที่การประเมินในอนาคตของการสะสมดังกล่าวเชื่อถือได้
แน่นอนว่าปัญหาในการหาเศษขยะในอวกาศจะยิ่งแย่ลงไปอีก ซึ่งต้องใช้มาตรการที่เหมาะสม แต่ถึงแม้จะปิดโครงการที่เกี่ยวข้องกับอวกาศโดยสมบูรณ์ วงโคจรของโลกจะยังคงอุดตันเนื่องจากการชนกันขององค์ประกอบมลพิษที่มีอยู่กับอนุภาคธรรมชาติ โดยความเฉื่อย กระบวนการนี้จะดำเนินต่อไปอีกอย่างน้อย 100ปี
ประเภทของผลกระทบของมลพิษในอวกาศ
ผลกระทบด้านลบที่อันตรายที่สุดจากอิทธิพลของขยะอวกาศ ได้แก่:
- ความเสียหายต่อระบบนิเวศต่อโลก ในตัวของมันเอง การปรากฏตัวของเศษเทคโนโลยีภายในวงโคจรใกล้โลกทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในภูมิหลังทางนิเวศวิทยาและละเมิดความบริสุทธิ์ดั้งเดิมของสิ่งแวดล้อม นักดาราศาสตร์ผู้สังเกตการณ์กล่าวว่ากระบวนการลดความโปร่งใสของอวกาศใกล้โลกกำลังคืบหน้าไปแล้ว ซึ่งอธิบายการมีอยู่ของการรบกวนการทำงานของอุปกรณ์วิทยุด้วย สำหรับโลกโดยตรง เราสามารถสังเกตอันตรายของส่วนประกอบที่ตกลงมาด้วยวัสดุเชื้อเพลิงที่รับประกันการทำงานของเครื่องยนต์ไอพ่น
- เศษซากตกลงสู่พื้นโลก แม้จะไม่มีผลกระทบของกัมมันตภาพรังสี แต่การล่มสลายของขยะที่มนุษย์สร้างขึ้นจากอวกาศใกล้ ๆ ก็สามารถนำไปสู่ผลร้ายได้ จนถึงปัจจุบัน วัตถุที่ใหญ่ที่สุดบนบกมีมวลไม่เกิน 100 ตัน แต่สิ่งนี้ไม่ได้ก่อให้เกิดภัยคุกคามร้ายแรงต่อโลก ในทางกลับกัน เมื่อความเข้มของการอุดตันของวงโคจรของโลกเพิ่มขึ้น สถานการณ์นี้ก็จะกลายเป็นเยือกเย็นมากขึ้น
- อันตรายจากการชนกันของอวกาศ อย่าประมาทอันตรายของเศษซากอวกาศสำหรับอุปกรณ์ที่ใช้ในการสนับสนุนการบิน ผลกระทบที่เหมือนกันของอนุภาคขนาดใหญ่และขนาดเล็กสามารถนำไปสู่การหยุดชะงักที่สำคัญในการทำงานของอุปกรณ์ และอุบัติเหตุขนาดใหญ่เป็นอันตรายต่อโอกาสในการดำเนินโครงการที่มีความทะเยอทะยานที่มีราคาแพง
ระบบประเมินความเสียหายจากการชนขยะ
ก่อนอื่น การฝึกวิเคราะห์ผลกระทบต่อพื้นผิวของยานอวกาศที่จัดตั้งขึ้นแล้ว ถูกนำไปใช้โดยการตรวจสอบภายนอกโดยนักบินอวกาศเอง ดังที่ได้กล่าวมาแล้ว ผลการศึกษาดังกล่าวสามารถนำไปใช้เพื่อกำหนดคุณลักษณะของขยะต่อไปได้ อย่างไรก็ตาม ข้อมูลการวิเคราะห์ที่แม่นยำที่สุดมีให้โดยการทดสอบในห้องปฏิบัติการเท่านั้น โดยที่วัสดุเป้าหมายได้รับผลกระทบในทางที่ผิด การจำลองการชนกันของอุปกรณ์กับเศษซากในอวกาศเกิดขึ้นจากการกระแทกความเร็วสูงพิเศษ นอกจากนี้ ด้วยการใช้คอมพิวเตอร์และแบบจำลองดิจิทัล ข้อมูลที่ได้รับจะได้รับการประมวลผลด้วยการวิเคราะห์ลักษณะของความเสียหายและกลไกของผลกระทบต่อวัตถุเป้าหมาย ตัวชี้วัดหลักได้แก่ คุณสมบัติต่างๆ เช่น ความแข็งแกร่ง การรักษาฟังก์ชันการทำงาน ความอยู่รอดของส่วนประกอบแต่ละชิ้น ระดับของการกระจายตัว เป็นต้น
การกำหนดระดับภัยคุกคามของขยะอวกาศ
แม้ในขั้นตอนการออกแบบของสถานีโคจรและคอมเพล็กซ์อวกาศ การพิจารณาความเป็นไปได้ของการชนกับเศษซากประเภทต่างๆ ก็ถูกนำมาพิจารณาด้วย ในการคำนวณความน่าเชื่อถือของการออกแบบที่เหมาะสมที่สุด ข้อมูลเกี่ยวกับสภาพแวดล้อมเฉพาะที่จะใช้อุปกรณ์ ในขณะเดียวกัน ความคลาดเคลื่อนของวิธีการทดลองและการวิเคราะห์ในการประเมินภัยคุกคามยังคงเป็นปัญหาสำคัญ สามารถตรวจสอบเศษซากในอวกาศได้ในระดับสมมติฐานเท่านั้น ทำให้ยากสำหรับนักออกแบบในการเตรียมยานพาหนะอย่างเหมาะสมสำหรับการชนด้วยความเร็วสูง สำหรับสำหรับการประเมินภัยคุกคามโดยประมาณ แนวคิดของกระแสทั่วไปของเศษซากอวกาศถูกนำมาใช้ ซึ่งอาจพบได้บนเส้นทางของยานอวกาศ ข้อมูลเพิ่มเติมจะแสดงเกี่ยวกับความหนาแน่นของฟลักซ์ ความเร็ว มุมของการโจมตี และจำนวนผลกระทบที่คาดหวัง
วิธีลดภัยคุกคามจากเศษขยะในอวกาศ
ระดับที่ค่อนข้างต่ำของการตรวจสอบและกำหนดลักษณะเศษของอวกาศด้วยการทำนายเป็นเพียงส่วนหนึ่งของปัญหา ในปัจจุบันนี้ ผู้เชี่ยวชาญต้องเผชิญกับปัญหาหลายประการที่เกี่ยวข้องกับการลดความเสี่ยงจากผลกระทบด้านลบของขยะที่มนุษย์สร้างขึ้นในอวกาศ วันนี้มีการพิจารณาสองทิศทางเพื่อแก้ไขปัญหานี้ ประการแรก นี่คือการลดลงของเที่ยวบินทั่วไป เช่นเดียวกับการลดกระบวนการทางเทคโนโลยีที่นำไปสู่การอุดตันของวงโคจรในระดับต่างๆ ประการที่สอง เราสามารถพูดคุยเกี่ยวกับการปรับโครงสร้างของยานพาหนะให้เหมาะสมด้วยการลดชิ้นส่วนที่อาจกลายเป็นเศษขยะในอวกาศ ทุกวันนี้ความสนใจเป็นพิเศษในระบบควบคุมอวกาศคือการปนเปื้อนสารกัมมันตภาพรังสี สิ่งนี้เกี่ยวข้องกับการลดผลิตภัณฑ์ไอเสียของเครื่องยนต์ให้เหลือน้อยที่สุดจนถึงการเปลี่ยนไปใช้แหล่งเชื้อเพลิงใหม่โดยพื้นฐาน
อนาคตในการต่อสู้กับเศษซากในพื้นที่ใกล้
การทำงานอย่างแข็งขันเพื่อควบคุมกิจกรรมอวกาศในระดับโลกทำให้เกิดการมองโลกในแง่ดีในการประเมินการพัฒนาสถานการณ์ในอนาคต ทัศนคติที่ระมัดระวังต่อความสะอาดของสภาพแวดล้อมการโคจรนั้นรวมอยู่ในแนวคิดของโปรแกรมเชิงกลยุทธ์ของรัฐที่ใหญ่ที่สุดซึ่งมีส่วนผลงานที่ยิ่งใหญ่ที่สุดในการต่อสู้กับเศษซากในอวกาศ การทำความสะอาดและการกำจัดอนุภาคขนาดเล็กและขนาดใหญ่ไปยังวงโคจรรูปหลายเหลี่ยมเป็นหนึ่งในพื้นที่สำคัญในการทำความสะอาดพื้นที่จากมลพิษที่มนุษย์สร้างขึ้น แต่ยังไม่มีวิธีการที่มีประสิทธิภาพสำหรับการนำแนวคิดนี้ไปใช้ นี่เป็นงานที่ยากทางเทคโนโลยี ดังนั้นการเน้นหลักในขณะนี้ยังคงเป็นวิธีเพิ่มประสิทธิภาพกิจกรรมของมนุษย์ในอวกาศ
สรุป
วิธีหนึ่งที่รุนแรงที่สุดในการแก้ปัญหาเศษขยะในอวกาศคือการหยุดการเปิดตัวสถานีโคจรและดาวเทียมโดยสมบูรณ์ จนกว่าจะมีวิธีใหม่ในการทำความสะอาดสภาพแวดล้อมใกล้โลกที่มีราคาจับต้องได้ แต่ทิศทางนี้ก็เป็นอุดมคติเช่นกันเนื่องจากเหตุผลทางเศรษฐกิจและเทคโนโลยีหลายประการ อย่างไรก็ตาม มีข้อกำหนดเบื้องต้นสำหรับการเปลี่ยนแปลงสถานการณ์ให้ดีขึ้น แม้ว่าคุณจะมองย้อนกลับไปหลายสิบปี คุณก็สามารถสังเกตเห็นการเปลี่ยนแปลงขั้นพื้นฐานในทัศนคติของตัวเขาเองที่มีต่อปัญหานี้ ดังนั้นหากในระหว่างการปฏิบัติการของสถานีอวกาศเมียร์ การปฏิบัติตามปกติคือการปล่อยของเสียของลูกเรือโดยตรง วันนี้ก็เป็นไปไม่ได้ที่จะจินตนาการ มีการแนะนำกฎที่เข้มงวดมากขึ้นเรื่อย ๆ เพื่อควบคุมกระบวนการของการอยู่ในอวกาศ นี่เป็นหลักฐานจากอนุสัญญาระหว่างประเทศ ตามที่ประเทศที่เข้าร่วมในกิจกรรมอวกาศจำเป็นต้องปฏิบัติตามหลักการของการลดผลกระทบด้านลบต่อสถานการณ์ทางนิเวศวิทยาในสภาพแวดล้อมใกล้โลก
