วงโคจรโลกต่ำกลายเป็นกองขยะอย่างไร

2024 ผู้เขียน: Seth Attwood | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2023-12-16 16:17

ร่องรอยของขยะของมนุษย์ทอดยาวไปไกลถึงนอกโลก ในขณะที่นักเคลื่อนไหวและนักการเมืองกำลังตัดสินใจว่าจะทำอย่างไรกับขยะในครัวเรือนบนโลก แต่อุปกรณ์จำนวนมากที่ใช้จนหมดแล้วกลับสะสมเป็นวงโคจร

มาดูกันว่าที่ทิ้งขยะในอวกาศทำมาจากอะไร พวกมันอยู่ที่ไหน และเศษขยะ "สวรรค์" จะตกลงมาบนหัวของเราได้หรือไม่ (สปอยเลอร์: สิ่งนี้ได้เกิดขึ้นแล้ว)

ขยะชนิดใดที่บินอยู่ในอวกาศ

ยุคอวกาศเริ่มต้นด้วยการเปิดตัวดาวเทียมเทียมดวงแรกในปี 2500 ตั้งแต่นั้นมา มนุษยชาติได้ปล่อยจรวดจำนวนมากและนำดาวเทียมเกือบ 11,000 ดวงขึ้นสู่วงโคจร ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา จำนวนภารกิจในอวกาศเพิ่มขึ้นอย่างมาก ขณะนี้พื้นที่ใกล้โลกกำลังถูกสำรวจไม่เพียงแต่โดยรัฐเท่านั้น - บริษัทเอกชนและองค์กรไม่แสวงหาผลกำไรได้เข้าร่วมในธุรกิจนี้ ภาระบนวงโคจรกำลังเพิ่มขึ้น

จำนวนของวัตถุในอวกาศใกล้โลกเปลี่ยนไปอย่างไร

อย่างไรก็ตาม ดาวเทียมก็เหมือนกับเทคนิคอื่นๆ ที่พังและล้าสมัย พวกเขาถูกแทนที่ด้วยอุปกรณ์ใหม่และอุปกรณ์ที่ล้มเหลวถูกบังคับให้ใช้ชีวิตในวงโคจรในรูปแบบของเศษโลหะ ในบริเวณใกล้และไกลของโลกของเรา "ขยะ" ได้ปรากฏขึ้น

วัตถุทางเทคนิคที่ไม่สามารถใช้งานได้ทั้งหมดและชิ้นส่วนของพวกมันถูกจัดประเภทเป็นเศษซากอวกาศ ส่วนใหญ่เป็นจรวดที่ใช้แล้ว ดาวเทียมเก่า และชิ้นส่วนของพวกมัน แม้จะมีการเปิดตัวอุปกรณ์ใหม่อย่างต่อเนื่อง แต่ดาวเทียมที่ทำงานอยู่ในวงโคจรก็น้อยกว่า "ของเสีย" มาก ตามการประมาณการโดย European Space Agency (ESA) มีเศษเล็กเศษน้อย 128 ล้านชิ้นในพื้นที่ใกล้โลกซึ่งมีขนาดไม่เกินเซนติเมตร 900,000 ชิ้นจาก 1 ถึง 10 ซม. และ 34,000 - มากกว่า 10 ซม. สำหรับการเปรียบเทียบ: มีดาวเทียมทำงานเพียง 3 ดวง คิดเป็น 9 พันดวง

มนุษยชาติที่กระตือรือร้นที่สุดใช้วงโคจรโลกต่ำ (200-2000 กม. เหนือระดับน้ำทะเล) พื้นที่รอบนอกส่วนนี้เป็น "ประชากรหนาแน่น" ที่สุดและในขณะเดียวกันก็ "สกปรกที่สุด" ที่ระดับความสูง 650-1,000 กม. มี "การถ่ายโอนข้อมูล" แห่งแรก - ยานพาหนะเก่าเศษซากขนาดต่างๆ และดาวเทียมทางทหารที่มีการติดตั้งนิวเคลียร์ "สด" ที่นี่ ความสูงดังกล่าวสำหรับการจัดเก็บวัตถุที่อาจเป็นอันตรายไม่ได้ถูกเลือกโดยบังเอิญ: พวกเขาสามารถอยู่ที่นั่นได้ประมาณสองพันปี "ไซต์ทดสอบ" อย่างเป็นทางการแห่งที่สองตั้งอยู่ที่ระดับความสูงประมาณ 36,000 กม. - ดาวเทียมทั้งหมดที่ให้บริการจากวงโคจรค้างฟ้าจะถูกส่งไปที่นั่น

อย่างไรก็ตามเศษซากอวกาศ "แมลงวัน" ไม่เพียง แต่ในสถานที่ที่กำหนดไว้เป็นพิเศษเท่านั้น การชนกับเศษซากในพื้นที่ใกล้โลกสามารถเกิดขึ้นได้ทุกที่ เพราะแทบจะเป็นไปไม่ได้เลยที่จะทำนายการเคลื่อนที่ของอนุภาคขนาดเล็ก แต่มันเป็นไปได้จริง ๆ ที่จะหลบชิ้นส่วนขนาดใหญ่ - ส่วนใหญ่จะถูกจับตาโดยหน่วยงานอวกาศโลก หากในอีกไม่กี่ปีข้างหน้า บริษัทเช่น SpaceX, OneWeb และ Amazon ปรับใช้ดาวเทียมสื่อสารหลายพันดวงทั่วโลก ผู้เชี่ยวชาญจะต้องตรวจสอบการเคลื่อนไหวในวงโคจรอย่างระมัดระวังมากขึ้นเพื่อหลีกเลี่ยงอุบัติเหตุ

ใครติดตามเศษซากในอวกาศ

จากข้อมูลของ ESA เครือข่ายการสังเกตการณ์ในอวกาศมักจะติดตามเศษขยะขนาดใหญ่เพียง 28,000 ชิ้นเท่านั้น US Space Surveillance Network เป็นหนึ่งในบริการวิเคราะห์เส้นทางของเศษซากอวกาศชั้นนำ ผู้เชี่ยวชาญเก็บแคตตาล็อกที่นำวัตถุที่มีขนาดใหญ่กว่า 5-10 ซม. จากวงโคจรต่ำของโลกและเศษซากตั้งแต่ 30 ซม. ที่อยู่ใกล้กับ geostationary เข้ามา

ในสหรัฐอเมริกา มีศูนย์อื่นๆ ที่รวบรวมและประมวลผลข้อมูลไม่เพียงแค่ "ขยะ" เท่านั้น แต่ยังรวมถึงอุปกรณ์ปฏิบัติการด้วยตำแหน่งทางภูมิศาสตร์ของพวกเขาได้รับการเผยแพร่เป็นสาธารณสมบัติในทรัพยากร Space Track และจาก Twitter ของฝูงบินควบคุมอวกาศที่ 18 คุณสามารถเรียนรู้เกี่ยวกับการทำลายยานพาหนะบางประเภทได้ จากข้อมูลนี้ แผนที่ออนไลน์ของ Stuff in Space ถูกสร้างขึ้น ซึ่งแสดงตำแหน่งของดาวเทียม (จุดสีแดง) วัตถุจรวด (สีน้ำเงิน) และเศษอวกาศ (สีเทา) ในแบบเรียลไทม์ แผนที่มีการอัปเดตทุกวันและแสดงให้เห็นอย่างชัดเจนถึง "ความสัมพันธ์" ที่ใกล้ชิดระหว่างอุปกรณ์ปฏิบัติการและ "ของเสีย"

ประเทศในยุโรป รัสเซีย และจีนต่างเฝ้าสังเกตการณ์การเคลื่อนไหวบน "รอยทาง" ของอวกาศโดยใช้กล้องโทรทรรศน์หรือเรดาร์ที่หยุดนิ่ง การชนกันในวงโคจรนั้นเกิดขึ้นได้ยาก ต้องขอบคุณบริการที่คำนวณความน่าจะเป็นของการชน

ขยะอวกาศมาจากไหน?

แม้จะมีความจริงที่ว่าการชนกันในอวกาศนั้นหายาก แต่ก็ส่งผลกระทบอย่างจริงจังต่อการเติบโตของ "การทิ้งขยะจากสวรรค์" หนึ่งในอุบัติเหตุทางอวกาศที่ร้ายแรงที่สุดเกิดขึ้นในปี 2552: อิริเดียมดาวเทียมสื่อสารของอเมริกาและเครื่องมือทางทหารของรัสเซียที่ไม่ทำงาน "Kosmos-2251" ไม่สามารถแยกย้ายกันไป "การประชุม" ของพวกเขาก่อให้เกิดกลุ่มเมฆก้อนใหญ่ของเศษเล็กเศษน้อยและชิ้นส่วนขนาดใหญ่มากกว่า 1, 5 พันชิ้น ซึ่งจนถึงทุกวันนี้ยังคงอยู่ในอวกาศใกล้โลก

นักวิจัยเรียกการระเบิดว่าเป็นสาเหตุหลักของการก่อตัวของขยะอวกาศ ส่วนใหญ่มักเกิดขึ้นเนื่องจากการรั่วไหลหรือความร้อนของเชื้อเพลิงซึ่งยังคงอยู่ในถังที่ใช้แล้วในขั้นตอนบนซึ่งเป็นขั้นตอนสุดท้ายของจรวดและดาวเทียม อุปกรณ์ระเบิดเนื่องจากข้อบกพร่องในการออกแบบหรือผลกระทบของสภาพแวดล้อมในพื้นที่ที่รุนแรง ตัวอย่างเช่น ในปี 2018 ยานเกราะชั้นสูงของรัสเซียและอเมริกา "Fregat" และ "Centaur" ตกในวงโคจร ในปี 2012 "Briz-M" ของเรากระจัดกระจายเป็นชิ้นเล็กชิ้นน้อย ในเดือนมีนาคม พ.ศ. 2564 ดาวเทียมอุตุนิยมวิทยาของสหรัฐฯ เกิดระเบิด และเมื่อปีที่แล้ว จรวดไซโคลน-3 ของโซเวียต ซึ่งอยู่ในอวกาศใกล้โลกมา 29 ปี กลายเป็นชิ้นส่วนที่ลอยอยู่ 75 ชิ้น

การทดสอบอาวุธต่อต้านดาวเทียมทิ้งร่องรอยไว้มากมาย ในปี 2550 จีนทำลาย Fengyun-1C ของตนเองด้วยขีปนาวุธพิสัยกลางที่ระดับความสูง 865 กม. สร้างวัตถุขนาดใหญ่ประมาณ 3, 5 พันชิ้นและชิ้นส่วนที่นับไม่ถ้วนถึง 5 เซนติเมตร ในปี 2019 อินเดียยังยิงจรวดใส่ดาวเทียมด้วย มีเศษซากประมาณ 400 ชิ้นกระจัดกระจายอยู่ในวงโคจรตั้งแต่ 200 ถึง 1600 กม.

ผู้เชี่ยวชาญ ESA วิเคราะห์กรณีการทำลายอุปกรณ์มากกว่า 560 กรณี ดังที่ทราบ มีเหตุผลอื่นสำหรับการก่อตัวของเศษอวกาศในวงโคจร บ่อยครั้งที่บางส่วนของมันถูกตัดการเชื่อมต่อจากอุปกรณ์ มันถูกทำลายเนื่องจากความไม่สมบูรณ์ในโครงสร้างหรือล้มเหลวเมื่อมีปฏิสัมพันธ์กับชั้นบรรยากาศของโลก

สาเหตุของการทำลายยานอวกาศ

ในปี 2020 ผู้เชี่ยวชาญจาก RS Components ได้วิเคราะห์ว่าพลังอวกาศใดทำให้พื้นที่รกร้างว่างเปล่าอย่างแข็งแกร่งกว่าพลังงานอื่นๆ ปรากฎว่าชิ้นส่วนที่ใหญ่ที่สุดของซากปรักหักพังที่ติดตามในวันนี้เป็นของรัสเซียและกลุ่มประเทศ CIS - 14,403 ชิ้นส่วน อันดับที่สองคือสหรัฐอเมริกา (8734) อันดับที่สาม - จีน (4688)

ทำไมการทิ้งขยะในอวกาศถึงเป็นอันตราย

ดาวเทียมสมัยใหม่มีการป้องกันจากไมโครอุกกาบาตและเศษซากอวกาศ แต่ "เกราะ" ไม่ได้ช่วยเสมอไป เศษซากจากการระเบิดยังคงเคลื่อนที่ด้วยความเร็วเริ่มต้น เนื่องจากไม่มีแรงเสียดทานที่สังเกตได้ในอวกาศและแรงโน้มถ่วงปกติไม่ทำปฏิกิริยา ในทางปฏิบัติแล้ว แรงดึงดูดเหล่านี้จึงไม่ลดความเร็วลง

ความเร็วของพวกเขาสามารถเข้าถึง 8-10 km / s ซึ่งเร็วกว่ากระสุนเกือบเจ็ดเท่า การระเบิดของชิ้นส่วนที่ช้ากว่าก็อาจถึงแก่ชีวิตได้เช่นกัน ชิ้นส่วนที่มีขนาดใหญ่กว่า 10 ซม. สามารถทำลายเครื่องบินได้อย่างสมบูรณ์ การชนกันของชิ้นส่วนที่มีขนาดเกิน 1 ซม. ขัดขวางการทำงานของยานอวกาศหรือทำให้เกิดการระเบิดของวัตถุที่ไม่ทำงาน ในกรณีส่วนใหญ่อนุภาคมิลลิเมตรจะทิ้งรอยแตกและรอยบิ่นไว้บนตัวเรือน

ในปี 2016 เศษเล็กเศษน้อยขนาดเท่าเศษฝุ่นเหลือรอยบุ๋ม 7 มม. บนกระจกหน้าต่าง ISSการชนกับเศษขยะเป็นอันตรายต่อสถานีอวกาศเพราะเคลื่อนที่ในวงโคจรด้วยความเร็วมากกว่า 7.6 กม. / วินาที สถานีอวกาศนานาชาติทำการหลบเลี่ยงและแก้ไขวงโคจรของมันเป็นประจำ: แผงป้องกันอุกกาบาตไม่สามารถปกป้องลูกเรือในการชนกับเศษซากขนาดใหญ่ บางครั้งนักบินอวกาศถูกบังคับให้อพยพออกจากสถานีและรอจังหวะที่อันตรายต่อเศษซากอวกาศในยานอวกาศโซยุซ เพื่อที่จะออกจาก "เรือที่กำลังจม" อย่างรวดเร็วหากจำเป็น

การซ้อมรบของยานอวกาศส่วนใหญ่ทำขึ้นเพื่อหลีกเลี่ยง "การเผชิญหน้า" กับเศษซาก การกระทำเหล่านี้มีค่าใช้จ่ายสูง ผู้เชี่ยวชาญใช้เวลาหลายชั่วโมงในการคำนวณความเสี่ยงและวางแผนเส้นทางใหม่ ในช่วงเวลาของการซ้อมรบ เชื้อเพลิงถูกใช้ไป ซึ่งคุณต้องนำติดตัว "สำรอง" และอุปกรณ์ "หยุดนิ่ง" - จะไม่ส่งข้อมูลที่จำเป็นสำหรับนักวิจัย

สำหรับผู้ที่อยู่บนโลก เศษอวกาศไม่เป็นภัยคุกคามร้ายแรง อุปกรณ์ขนาดเล็กสามารถเผาไหม้ในชั้นบรรยากาศได้ในขณะที่จรวดหรือดาวเทียมส่วนใหญ่ใช้แล้วจะถูกลดระดับไปตามวิถีที่กำหนดสู่มหาสมุทรแปซิฟิกหรือในดินแดนที่ไม่มีคนอาศัยในคาซัคสถาน ครั้งเดียวเท่านั้นที่เศษซากอวกาศที่มนุษย์สร้างขึ้นได้โจมตีบุคคล ในปีพ.ศ. 2540 ซากรถยิงจรวดของ American Delta II ตกใส่ Lottie Williams ชาวโอคลาโฮมา เด็กหญิงรู้สึกผิดหวังที่รู้ว่าไม่ใช่ดาวดวงหนึ่งที่ตกบนไหล่ของเธอ แต่เป็นเศษถังน้ำมัน

Donald Kessler ที่ปรึกษาด้านวิทยาศาสตร์ของ NASA ทำนายผลในปี 1978 ต่อจากนั้น ปรากฏการณ์ที่อธิบายโดยเขาถูกเรียกว่า "กลุ่มอาการของเคสเลอร์" ตามที่นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์กล่าวว่าวันหนึ่งความเข้มข้นของ "ขยะ" ในอวกาศจะเพิ่มขึ้นอย่างมากจนจำนวนอุบัติเหตุเริ่มเพิ่มขึ้นอย่างไม่สามารถควบคุมได้ เศษซากจะชนเข้ากับเครื่องบิน และสิ่งเหล่านั้นจะถูกฉีกเป็นชิ้นๆ และ "โจมตี" วัตถุอื่นๆ กองเศษโลหะจะทำให้วงโคจรด้านล่างใช้ไม่ได้ และแถบขยะจะปรากฏขึ้นทั่วโลก ซึ่งชวนให้นึกถึงวงแหวนของดาวเสาร์ ผู้เชี่ยวชาญบางคนเชื่อว่ามีความเข้มข้นที่สำคัญของวัตถุที่มนุษย์สร้างขึ้นในวงโคจรแล้ว