توسعه موتور پلاسمایی نوین ژاپن برای پاکسازی زباله‌های فضایی بدون تماس

پژوهشگران دانشگاه توهوکو ژاپن موفق به توسعه یک سامانه پیشرانش فضایی انقلابی شده‌اند که قادر است بدون نیاز به تماس فیزیکی، زباله‌های فضایی را از مدار زمین خارج کند. این فناوری پیشرفته که «موتور پلاسمایی الکترودلس با خروجی دوطرفه» نام گرفته، راهکاری نوین و ایمن برای مقابله با معضل رو به افزایش بقایای ماهواره‌های غیرفعال و مراحل مصرف‌شده موشک‌ها ارائه می‌دهد.

هر قطعه از این زباله‌ها، با سرعتی فراتر از گلوله، تهدیدی جدی برای برخورد با ماهواره‌های فعال، ایستگاه‌های فضایی و سامانه‌های ناوبری محسوب می‌شود. کازونوری تاکاهاشی، دانشیار دانشگاه توهوکو، تاکید می‌کند که این زباله‌ها خطر برخورد با ماهواره‌هایی را که از فعالیت پایدار انسان در فضا پشتیبانی می‌کنند، به شدت افزایش می‌دهند.

چالش‌های روش‌های سنتی و راهکار نوین

روش‌های رایج پاکسازی مدار معمولاً بر تماس مستقیم با زباله‌ها متکی هستند؛ از جمله استفاده از بازوهای رباتیک، تور یا طناب. این روش‌ها همواره خطر درگیر شدن با اجسام چرخان و آسیب به تجهیزات را در پی دارند. در سال‌های اخیر، ایده استفاده از رانشگرهای پلاسما برای کاهش سرعت زباله‌ها و سوزاندن آنها در جو زمین نیز مطرح شده بود، اما نیروی پس‌زنی پلاسما باعث دور شدن ماهواره پاکسازی از هدف می‌شد.

راهکار نوآورانه تاکاهاشی برای حل این مشکل، استفاده همزمان از دو جت پلاسما است: یکی به سمت زباله برای کاهش سرعت آن، و دیگری در جهت مخالف برای خنثی‌سازی نیروی پس‌زنی. این طراحی هوشمندانه، تعادل رانشی را برقرار می‌کند و به ماهواره پاکسازی اجازه می‌دهد در موقعیت پایدار خود باقی بماند.

این موتور با پرتاب پلاسما، نیروی کاهنده‌ای به جسم هدف وارد می‌کند و همزمان با خروج پرتو پلاسما در جهت مخالف از وارد شدن نیروی بیش از حد به خود جلوگیری می‌کند.

بهبود عملکرد با میدان مغناطیسی کاسپ و سوخت ارزان

پژوهشگران برای افزایش کارایی این سامانه، یک میدان مغناطیسی ویژه موسوم به «کاسپ» (Cusp magnetic field) را به آن افزودند. این میدان مغناطیسی توانست پلاسما را متمرکز کرده و نیروی کاهش‌دهنده را به طور چشمگیری افزایش دهد. نتایج آزمایش‌ها در شرایط خلا نشان داد که این فناوری نه تنها توانسته رانش را متعادل کند، بلکه نیروی ترمزی را سه برابر بیشتر از آزمایش‌های پیشین افزایش داده است.

از دیگر مزایای قابل توجه این سامانه، استفاده از گاز آرگون به عنوان پیشران است. آرگون عنصری است که نسبت به سوخت‌های مرسوم هم ارزان‌تر و هم در دسترس‌تر است، که این امر می‌تواند هزینه‌های عملیاتی را به شدت کاهش دهد.

گامی مهم برای مقابله با سندرم کسسلر

طبق آمارهای موجود، هم‌اکنون بیش از ۱۴ هزار قطعه زباله در مدار نزدیک زمین شناورند. موتور جدید می‌تواند به ویژه برای حذف اجسام بزرگ‌تر به کار رود؛ چرا که برخورد این قطعات با ماهواره‌ها می‌تواند پدیده مخرب «سندرم کسسلر» را رقم بزند. این سندرم، سناریوی زنجیره‌ای از برخوردهاست که ممکن است مدار پایین زمین را برای پرتاب‌های آینده غیرقابل استفاده سازد.

تاکاهاشی این دستاورد را پیشرفتی فناورانه و گامی بزرگ برای توسعه سامانه‌ای کارآمد و ایمن در پاکسازی زباله‌های فضایی توصیف کرده است. نتایج این تحقیق در تاریخ ۲۰ اوت ۲۰۲۵ در مجله معتبر Scientific Reports منتشر شده است.