אסטרונאוט, החלל הוא ביתך: על זבל מסוכן בחלל

נכון לרגע זה דוהרות למעלה מחצי מיליון חתיכות אשפת חלל במסלולים שונים מעל כדור הארץ, האם גם החלל יהפוך לעוד מקום שננצל בלי חשבון כמו האוויר, היבשה והים?

כולנו שמענו על האתגרים והסכנות שכרוכים בטיסה לחלל, ולנו בישראל יש ניסיון אישי מר בתחום זה. בשנים האחרונות, עם זאת, הולך ומתגבר איום חדש על מי שמעזים לצאת את גבולות האטמוספירה.

הנה הבעיה. נכון לרגע זה דוהרות למעלה מחצי מיליון חתיכות אשפת חלל במסלולים שונים מעל כדור הארץ. אני משתמש במילה 'דוהרות' במכוון- מהירויותיהן של פיסות האשפה האלו הן בתחום שבין עשרים אלף ק”מ לשעה ועד לשלושים אלף קמ”ש ויותר, וכל אחת יכולה להיות בגודל של אפונה ומעלה. אל תתנו לאשליית ה'אפונה' להטעות אתכם: הכל זה עניין של מהירות. כשפיסת מתכת בקוטר של ס”מ בודד מתרסקת לתוך חללית שנעה בעצמה במהירות של כמה אלפי קילומטרים לשעה, האנרגיה שמשתחררת בהתנגשות היא עצומה. מהירות ממוצעת של עצם במסלול נמוך סביב כדור הארץ היא בסביבות שבעה קילומטרים בשניה אחת- בהערכה גסה, פי עשר מקליע של אקדח. האנרגיה הקינטית, אנרגית התנועה של העצם, עולה לפי ריבוע המהירות שלו. המשמעות היא שאם עצם זעיר בגודל של כדור אקדח פוגע בחללית במהירות כזו, הפגיעה תהיה קשה פי מאה מפגיעה של כדור רגיל. אם נסתכל על זה מזווית אחרת, מספיק עצם קטן פי מאה מקליע, כדי לגרום לחללית לנזק כאילו ירו עליה מטווח קרוב.

איך הגענו למצב הזה, שמאות אלפי אסונות פוטנציאלים מרחפים מעל כדור הארץ? הסיבה היא הזנחה שנמשכת כבר שנים רבות. הנה דוגמא מייצגת.

בשנות החמישים, לפני עידן הלווינים, מרבית התקשורת הצבאית הסודית התנהלה באמצעות כבלים תת-מימיים באוקיינוסים. הגנרלים האמריקנים חששו שבזמן מלחמה הרוסים פשוט יחתכו את הכבלים הללו, וחיפשו אמצעי תקשורת בלתי ניתן לעצירה.

מישהו העלה את הרעיון המחוכם הבא: הבא נשלח אל החלל מיליוני מחטים קטנטנות, שינועו במסלול מעגלי בגובה של כשלושת אלפים ושבע מאות קילומטר. אני חושב שאתם מנחשים לאן כל הסיפור הזה הולך. הכוונה הייתה שהמחטים הקטנות, כל אחת באורך של כסנטימטר וחצי, יצרו מעין 'חגורת מתכת' מסביב לכדור הארץ ('חגורת ווסט פורד', היה שמה). אם משדרים גלי רדיו בתדר שמתאים לאורך המחטים (שמונה ג'יגהרץ, במקרה הזה) גלי הרדיו ינתזו מחגורת ווסט פורד ויחזרו אל כדור הארץ וכך תתאפשר תקשורת בגלי רדיו מסביב לעולם ללא הפרעה.

רעיון נהדר, ללא ספק, והוא אפילו הוכיח את עצמו במציאות: המחטים פוזרו במסלול הרצוי, והאמריקנים הצליחו לבצע כמה תשדורות רדיו ארוכות טווח מוצלחות. באותה התקופה ממש החלה הפריחה בעולם לוויני התקשורת, ולווין תקשורת הוא תחליף נהדר לחגורת המתכת: הם עושים את אותה הפעולה, ברמה העקרונית, אבל הם הרבה יותר יעילים. לווין הוא מתקן אקטיבי: הוא מקבל את גלי הרדיו מכדור הארץ, הוא יכול להגביר אותם או לשנות את תדרם, לקבוע את עוצמת השידור ולהחזיר חזרה תשדורת איכותית. חגורת ווסט פורד, לעומת זאת, היא סתם גוש של מחטים פאסיביות לגמרי. ברור לגמרי, אם כן, מדוע ננטש הרעיון הזה במהירות, ואנחנו נותרנו עם ארבע מאות ושמונים מיליון מחטים שצריך להתחמק מהן. חלק ניכר מהמחטים כבר הספיקו ליפול אל כדור הארץ מאז, אבל ברוך השם, יש עוד הרבה בשמיים.

המספר שציינתי קודם, חצי מיליון פיסות אשפה בחלל, מתייחס רק לחתיכות בגודל של ס”מ ומעלה, אבל ישנן עוד מיליונים של חלקיקים קטנים יותר ומסוכנים לא פחות. במרוצת השנים הוחלפו כשישים חלונות במעבורות החלל השונות בעקבות שריטות וחריצים עמוקים שנוצרו עקב פגיעת חלקיקים קטנים. באחד המקרים החמורים יותר שזכורים בנאס”א, התנגשות עם חלקיק צבע באורך של מילימטר אחד כמעט ריסקה את חלון המעבורת לגמרי, והשאירה מכתש בהיקף של כמה סנטימטרים על השמשה. אם החלקיק הזה היה פוגע באסטרונאוט בזמן הליכת חלל, למשל, החליפה הייתה נקרעת כמעט בוודאות.

לא תמיד מדובר בלווינים או בחלליות. האשפה בחלל מגוונת מאוד: האסטרונאוטים של תחנת החלל מיר השליכו למעלה ממאתיים שקיות זבל כבדות אל החלל. אסטרונאוטים בהליכות חלל מאבדים מדי פעם מצלמות, מברגים, פליירים, אפילו כפפות. אבל אילו היוצאים מהכלל: מרבית העצמים שמרחפים בחלל הם תוצאה של התנגשויות והתפוצצויות שמפזרות בבת אחת עשרות אלפי רסיסים ושברים לכל עבר.

אחד הפיתרונות הממומשים כיום הוא מיגון פסיבי לחלליות. 'מגן וויפל' הוא אחד מאותם מיגונים פאסיביים: העיקרון הוא פשוט אבל מחוכם. במקום שדופן החללית תהיה עשוייה שכבה אחת ומוצקה של חומר אטום, בונים את הדופן מכמה שכבות צמודות זו לזו כך שיש רווח זעיר ביניהן. כשחלקיק קטן, כמו חלקיק הצבע שכמעט ניפץ את שמשת מעבורת החלל, מתנגש עם הדופן- המפגש יוצר חום עז שממיס את החלקיק באופן חלקי. כשהחלקיק עובר את הדופן החיצונית ופוגש את השכבה הפנימית אחריה, הוא כבר נוזלי ומתפרס על פני שטח גדול יותר. השטח הגדול (לא לשכוח, עדיין מדובר בכמה סנטימטרים מרובעים בלבד) פירושו שהלחץ שההתנגשות מפעילה על הדופן מתפזר אף הוא, והקיר מחזיק מעמד. יעילותו של מגן וויפל מוגבלת לעצמים קטנים בלבד, כמובן, וגוש מתכת בגודל של כדור גולף יעבור דרכו כאילו היה מרגרינה וכנראה שייצא אפילו מהצד השני של החללית. לא הייתי רוצה להיות אסטרונאוט על תחנת החלל כשזה יקרה.

בכל זאת, יש כאן התקדמות בכיוון הנכון. בעבר, אף אחד לא הקדיש מאמץ להיפטר מלווינים אחרי תום שירותם- הדאגה העיקרית של המהנדסים הייתה לוודא שאם הלווין חוזר אל כדור הארץ, הוא לא יפול לאף אחד על הראש. זו משימה לא פשוטה, והאסטרונאוטים בחלליות הראשונות לא ידעו (או שידעו במידה גסה מאוד) לאן יפלו כשיחזרו חזרה. ג'ון גלן, האמריקני הראשון בחלל, לקח איתו בחללית פתק ועליו היה כתוב בכמה שפות- “אני זר מהכוכבים ופני לשלום. קחו אותי אל מנהיגכם ותזכו לפרס עצום בחיי הנצח.” מאוחר יותר הסביר גלן שחשש שמא יפול בידי שבט פרימיטיבי באוקיינוס השקט, ובכל הסרטים שראה הגיבור תמיד אומר לפראים Take me to your leader. המהנדסים היום משתדלים להפיל את הלווינים באיזורים נידחים במיוחד על כדור הארץ, כדי למזער את הסיכון לפגיעה באזרחים.

המדען דונלד קסלר העלה את התיאוריה המכונה על שמו, 'סינדרום קסלר'. על פי חישוביו של קסלר גם אם נפסיק היום את כל שיגורי החלליות בבת אחת, כמות הזבל שהצטבר בחלל הגיעה כבר למאסה קריטית. המכניזם שאחראי יותר מכל לזיהום החלל הוא התנגשויות והתפוצצויות, וכל התנגשות בין שני גופים יוצרת המוני רסיסים קטנים שמתפזרים בחלל, מתנגשים בעצמם בגופים אחרים וכן הלאה. בתוך כמה עשרות שנים, שיער קסלר, ההתנגשויות הבלתי נמנעות בין פיסות האשפה שכבר נמצאות היום בשמיים ימלאו את המרחב באינספור חלקיקים מסוכנים. החלקיקים ייצרו מעטפת קטלנית סביב כדור הארץ, מעטפת שתמנע דה-פקטו כל אפשרות לצאת לחלל. אם יתממש החזון האיום הזה, אנחנו עלולים למצוא את עצמנו במצב שבו דורות שלמים של בני כדור הארץ לא יוכלו לפתח טכנולוגיית חלל מתקדמת, ולזה עלולה להיות השפעה קשה על הטכנולוגיה בכלל.

האם איחרנו את המועד? האם זה יהיה המצב בשנים הבאות? ימים יגידו. נכון להיום אנחנו מתייחסים לאוויר שאנחנו נושמים, למי השתייה בקרקע ולמי המלח של האוקיינוסים באותה קלות ראש שבה התייחסו המדענים לחלל ה'אינסופי' שמחוץ לכדור הארץ. לכל הפחות, אנו למדים לקח אחד ברור מכל העניין: אף פעם לא מוקדם מדי לחשוב על העתיד.

(המאמר לקוח מתוך התוכנית 'עושים היסטוריה!', פודקאסט דו שבועי על מדע, טכנולוגיה והיסטוריה בכתובת www.ranlevi.blogspot.com)