תחנת חלל שתמחזר לווייני תקשורת תוכל לנקות את המסלול סביב כדור הארץ ולהשתמש שוב ברכיבים

התחנה מתוכננת לפעול בסמוך למסלול הגיאוסטציונרי הנמצא ברצועה מסביב לקו המשווה בגובה של 36,000 ק”מ. הכוחות הפועלים על הלוויינים גורמים להם להימצא מעל נקודה אחת בכדור הארץ, תכונה שימושית ללוויני חיזוי מזג האוויר ותקשורת 

מחבר: ג’ז טרנר, מרצה להנדסה ולמדעים פיזיקליים באוניברסיטת נוטינגהם

כ-22 אלף עצמים גדולים מקיפים את כדור הארץ, כולל לוויינים פעילים ומתים וכן שלבים עליונים של רקטות ממשימות חלל שכבר הושלמו מזמן. אם כוללים את הציוד שנשמט מאסטרונאוטים בהליכת חלל והשברים מלוויינים שהתנגשו, עד לגודל של סנטימטר אחד, יש כמיליון פיסות זבל חלל במסלול סביב כדור הארץ.

מספרים אלה הם קרוב לוודאי נמוכים בהרבה מבמציאות. כאשר יותר ויותר לוויינים וחלקי משגרים מתווספים מדי שנה, ההתנגשויות של חלקי פסולת החלל אלו באלו תהיה תכופה יותר. לאבד לוויין משמעותו שהקשר הטלוויזיוני יהיה חלש או שתחזית מזג האוויר תהיה מעט אמינה פחות, אבל המשמעות היא שמטוסים לא יוכלו לנווט כמו שצריך והתושבים לא יידעו על טורנדו המתקרב אליהם.

נדרש פתרון ארוך טווח כדי לנקות את החלל. קבוצה בשם The Gateway Earth Development Groupis – אוסף של אנשי אקדמיה מאוניברסיטאות ברחבי העולם, התגבשה על מנת להפוך את הקטסטרופה הפוטנציאלית למשאבים. עד שנת 2050 תוכל Gateway Earth, תחנת חלל, לרחף במסלול והיא תהיה מצויידת במתקן למיחזור לוויינים ישנים ופסולת אחרת.

ישנם שני מסלולים עיקריים ללוויינים – מסלול ארץ נמוך (LEO) שמשתרע החל בגובה של 200 ק”מ ועד אלף ק”מ מעל כדור הארץ. שם גם נמצאת תחנת החלל הבין-לאומית המקיפה את כדור הארץ כל תשעים דקות, עם אלפי לווינים אחרים. המסלול השני הוא המסלול הגיאוסטציונרי הנמצא ברצועה מסביב לקו המשווה בגובה של 36,000 ק”מ. הכוחות הפועלים על הלוויינים גורמים להם להימצא מעל נקודה אחת בכדור הארץ, תכונה שימושית ללוויני חיזוי מזג האוויר ותקשורת.

מסלול LEO צפוף, ובו ישנה סכנה גדולה של יצירת מטר של רסיסים כל כך גדול עד שהחלקיקים הללו יתנגשו בלווינים אחרים, ויצרו עוד ועוד חלקיקי פסולת בתגובת שרשרת. בסופו של דבר עלול כל המסלול לצאת משימוש. שברים רבים כבר ממלאים את – LEO  ושם מתרכזים הפיתוחים הטכנולוגיים שמנסים להיפטר ממנה. המצב הרבה יותר מסובך במסלול הגיאוסטציונרי.

כאשר לוויין תקשורת או מזג אוויר מתקרב לסיום חייו הבעלים ינסו להעלות אותו למסלול גבוה יותר המכונה “בית קברות ללויינים” שבו הם ישארו כדי להיסחף לפחות 400-300 ק”מ מאיזור מוגן מוסכם. ואולם רק 80% מכל הלווינים אכן מגיעים בתום חייהם במסלולGEO  לבית הקברות ללויינים. שאר עשרים האחוזים דורשים טיפול דחוף, וכאן המקום שבו מתקן מיחזור בחלל יכול לסייע.

(דוגמה לכך היא הלוויין עמוס 5 שהפסיק לפעול לפתע בשנת 2015, והוא מסכן את שאר הלווינים בקרבתו א.ב).

גם בית הקברות הוא איזור למעשה ללא אחראי. הבהובי אורות בהירים נראו פה ושם במסלול זה, וההערכה היא שלווינים התנגשו או התפוצצו בשל יותר מדי דלק שנשאר בתוכם. שברים אלה עלולים ליפול למסלול GEO ולאיים על הלווינים שם.

החוק הקיים אינו מאפשר פתרון קולקטיבי לפסולת חלל. גם אם לוויין שאינו בשליטה עומד להתנגש בלוויין מתפקד השווה מיליארדי דולרים, ההסכמים הבין-לאומיים מונעים את האפשרות להסיר אותו בלא רשות הבעלים, גם אם יהיה בנמצא רחפן חלל שיוכל להתחבר אליו ולהסיע אותו למסלול בית הקברות.

באמצעות תיקון, שימוש מחדש למשימות אחרות או מיחזור הלוויינים ושאר פסולת החלל במתקן במסלול GEO, אפשר יהיה להשתמש בחומרים כדי לבנות חללית לחקר מערכת השמש או מוצב חלל קדמי כדוגמת בסיס ירחי. שימוש בחומרים שצפים ממילא סביב כדור הארץ משמעותם שאין עלויות שיגור. כמו כן, שימוש בחומרים הללו יפחית את פסולת החלל.

מיחזור הלוויינים יוכל לא רק לייצר חומרי גלם לשימוש חוזר בחלל, אלא גם זרם הכנסות כדי לממן את בנייתה ותחזוקתה של התחנה. המחקר של הקבוצה הראה כי ישנו מסלול בגובה 150 ק”מ מעל המסלול הגיאוסטציונרי, שתהיה ממנו גישה קלה למסלול הגיאוסטציונרי. משם ניתן יהיה לגרור לוויינים שלמים באמצעות רחפני חלל שייצמדו אליו אל מרכז המיחזור לתחזוקה אם זו נדרשת ולהחזיר את הלוויין לשימוש.

אספקת השירות הזה בלבד יכול לספק למפעילי התחנה כ-8 מיליארד דולרים בשנה, אך חוקי החלל המכסים פעילות זו אינם מעודכנים ודורשים תיקון. למזלנו, יש אנשים באו”ם שכבר עובדים על זה וחברי הקבוצה עובדים מולם כדי להתגבר על המכשולים.

אם הלוויינים הללו אינם כשירים לחזור לשירות, הם יוכלו לשמש למטרות אחרות. חלק מהחומרים הממוחזרים ניתן יהיה להדפיס בתלת ממד, ולהכין מהם מגן קרינה לתחנה עצמה. המחקרים הראו כי יעילות קולטי השמש של לוויינים לא פעילים יורדת ב-24% אחרי 15 שנה, כך שניתן שוב לפרק אותם ולהשתמש בהם ליצירת כוח חשמלי עבור התחנה.

כמה מהמצלמות המתקדמות ביותר נמצאות בחלל. אפשר להתקין אותם על Gateway Earth או על לוויינים חדשים כדי לסרוק את השמים אחר אסטרואידים העלולים להתנגש בכדור הארץ. עסקי שיגור לוויני תקשורת ומזג אוויר צפויים לגדול בקצב אדיר, קיומו של מוצב כזה במסלול שיאפשר לנהל את כולם, יהיה חיוני.

יזמי Gateway Earth מתכננים להגדיל את ההכנסות בעתיד באמצעות שימוש בתחנה כמלון בחלל, כלוויין וכתשתית לבניית חלליות ותדלוק חלליות שינועו בין כוכבי הלכת. אנו זקוקים למקבילה החללית של קריאת השכמה שאנשים שמעו בסרט “כוכב הלכת הכחול 2” באשר לזיהום הפלסטיק בים. יש עדיין זמן, אך ניקוי מסלול כדור הארץ צריך להיעשות בהקדם. במהלך העשור הקרוב. 150 לוויני GEO חדשים מתוכננים לשיגור והם יגדילו משמעותית את סכנת ההתנגשות.

למאמר ב-The Conversation

עוד בנושא באתר הידען:

רעיון: תחנת חלל שתנקה את מסלול לווייני התקשורת בגובה 36 אלף ק”מ; תקבל זרם הכנסות ממיחזור רכיבים
נאס”א מבקשת מהתעשייה למצוא דרכים חדשות לטפל בפסולת במשימות בחלל העמוק
הגנת סייבר של נכסי חלל הוא תחום צומח. יותר ויותר מפעילי לוויינים התחילו להיות מודעים לסיכונים