راه‌حل انقلابی ژاپن برای پاکسازی زباله‌های فضایی: استفاده از پلاسما بدون نیاز به تماس

تهدید خاموش در مدار زمین

هر پرتاب موفق یا ناموفق راکت و ماهواره، مقادیر زیادی زباله فضایی تولید می‌کند. این زباله‌ها می‌توانند از تکه‌های کوچک رنگ یا پیچ تا قطعاتی با ابعاد بیش از یک متر متغیر باشند. اگرچه این قطعات کوچک به نظر می‌رسند، اما با سرعت سرسام‌آور ۲۸ هزار کیلومتر بر ساعت در حال حرکت هستند و می‌توانند به راحتی به ایستگاه فضایی بین‌المللی (ISS) یا فضاپیماهای سرنشین‌دار آسیب جدی وارد کنند.

سابقه فاجعه‌هایی مانند شاتل فضایی کلمبیا نشان می‌دهد که حتی یک تکه کوچک نیز می‌تواند فاجعه‌آفرین باشد. تاکنون ایستگاه فضایی بین‌المللی چندین بار مجبور به تغییر موقعیت خود شده تا از خطر برخورد با این زباله‌ها در امان بماند.

راهکار نوآورانه پلاسما برای پاکسازی

در سال‌های اخیر، پیشنهادهایی مانند استفاده از تورهای بزرگ یا بازوهای رباتیک برای حل مشکل زباله‌های فضایی مطرح شده بود که هم پرهزینه و هم زمان‌بر بودند. اما پژوهشگران دانشگاه توهوکو ژاپن یک پیشرانه نوآورانه و خاص را توسعه داده‌اند که ایده شلیک پلاسما را برای از بین بردن دائمی زباله‌ها عملی می‌سازد.

در این روش، ماهواره‌های از کار افتاده یا قطعات زباله با جریان هدایت‌شده پلاسما هدف قرار می‌گیرند. این جریان باعث کاهش شدید سرعت زباله می‌شود، در نتیجه زباله دیگر توانایی ماندگاری در مدار را از دست داده، وارد اتمسفر زمین می‌شود و در نهایت هنگام ورود مجدد خواهد سوخت.

حل مشکل پس‌زدگی در پیشرانه‌های پلاسما

پیش از این، ایده استفاده از پلاسما به دلیل مشکل پس‌زدگی ماهواره اصلی هنگام شلیک، عملی نبود. هر بار شلیک پلاسما، ماهواره را به عقب پرتاب می‌کرد و کنترل موقعیت آن را دشوار می‌ساخت. تیم ژاپنی این مشکل را با اضافه کردن یک خروجی پلاسمای دیگر در جهت مخالف حل کرده است. این نوآوری دو مزیت کلیدی دارد:

• ماهواره اصلی در موقعیت ثابت باقی می‌ماند.
• دقت هدف‌گیری به طور چشمگیری افزایش می‌یابد.

شبیه‌سازی‌های آزمایشگاهی نشان می‌دهد که سیستم جدید ژاپن تا سه برابر بهتر از مدل‌های قدیمی‌تر در کاهش سرعت زباله‌های فضایی عمل می‌کند. همچنین، عدم نیاز به نزدیک شدن به زباله‌ها، خطر متوجه سیستم پاکسازی را به حداقل می‌رساند.

مزایای طرح جدید ژاپن

یکی دیگر از جنبه‌های مثبت این طرح، استفاده از گاز آرگون به جای زنون است. گاز زنون که معمولاً در چنین ایده‌هایی مورد استفاده قرار می‌گیرد، هم بسیار گران‌تر و هم کمیاب‌تر است. استفاده از آرگون باعث می‌شود که طرح ژاپنی‌ها برای استفاده در مقیاس بزرگ و عملیاتی، کارایی اقتصادی بالایی داشته باشد.

پژوهشگران همچنین از یک میدان مغناطیسی برای متمرکز کردن هدفمند ذرات باردار پلاسما روی زباله استفاده کرده‌اند. این تغییر کوچک، هم قدرت پیشرانه و هم دقت آن را افزایش داده و امکان استفاده از پیشرانه‌های کوچک‌تر برای پاکسازی مدار زمین را فراهم می‌کند.

دانشمندان ژاپنی بر این باور هستند که با روش جدید، هر زباله فضایی پس از گذشت ۱۰۰ روز از مدار خارج می‌شود. با توجه به افزایش روزافزون ماهواره‌ها در مدار زمین، از جمله ماهواره‌های ایلان ماسک، این راه‌حل در بهترین زمان ممکن ارائه شده است.

جلوگیری از فاجعه زنجیره‌ای (سندرم کِسلر)

خطر زباله‌های فضایی یک تهدید نظری نیست. در سال ۲۰۰۹، برخورد یک ماهواره غیرفعال روسی با یک ماهواره فعال آمریکایی، منجر به نابودی هر دو و اضافه شدن هزاران قطعه جدید به مدار زمین شد. هر برخورد جدید، احتمال برخوردهای بیشتر و بروز یک فاجعه بزرگ‌تر که به سندرم کِسلر معروف است را بالا می‌برد.

در صورت عدم موفقیت در پاکسازی مدار، باید هر لحظه انتظار یک فاجعه بزرگ را داشت که می‌تواند منجر به اختلال جدی در ارتباطات جهانی، سیستم‌های مکان‌یابی (GPS) و پیش‌بینی آب و هوا شود. از این رو، طرح ژاپن یک گام حیاتی در جهت حفظ پایداری محیط فضایی محسوب می‌شود.