معضلة المخلفات الفضائية إعادتها إلى الأرض

في السنوات الأخيرة، تصاعد صخب الأصوات التي أخذت تعرب عن قلقها بشأن حال بيئتنا هنا على الأرض. إذ يؤدي السعي الحثيث إلى تحقيق النمو والازدهار إلى إجهاد كوكبنا [استنفاد قدراته] حتى الحدود القصوى، وبحسب المعدل الذي نمضي به، لن يتبقى شيء قريباً. في المقابل، هنالك تأثير لم ينل المقدار عينه من الصيت والتغطية الإعلامية، هو الضرر الذي أحدثناه فعلاً في العالم القابع فوق رؤوسنا. بعد أن دمرنا أنظمتنا البيئية التي تحتضنها اليابسة على كوكب الأرض، ننتقل الآن إلى تلويث الفضاء الخارجي بالطريقة نفسها تقريباً.

الفضاء الخارجي مكان شاسع. ومؤكد أن الكون أكبر [مترامي الأطراف] من أن ينهار. تراه يمتد إلى الأبد في مختلف الاتجاهات، ولهذا السبب وغيره، يصعب علينا أن نتصور كيف عسانا أن نلحق به أي ضرر. ولكن للأسف، الحال مختلفة. حتى بضع مئات من الأميال الأولى، يتبدى خطر محدق الآن من أن نشاطنا على وشك أن ينال منا، وأن البشرية ستفقد المدار الأرضي المنخفض لجيل كامل في أقل تقدير.

وبالاستعادة، حملت الغالبية العظمى من عمليات الإطلاق الفضائية أشخاصاً ومعدات حتى ارتفاع 200 (321.8688 كيلومتر) إلى 300 ميل (482.8032 كيلومتر) فوق الأرض، وتشغل المدار الآن آلاف الأقمار الاصطناعية. قلة قليلة من تلك الأقمار الاصطناعية تدور في مدارات دائرية تماماً، في حين أن معظمها يستمر في الطيران ضمن مدار شبه بيضاوي، إلى أن يسقطها شيء ما. كذلك ثمة فئة ثانية من الأقمار الاصطناعية تحوم متريثة في المدار المستقر بالنسبة إلى الأرض، على بعد نحو 35 ألف كيلومتر. وإذ تتبع في مسارها دائرة تامة، يبدو أنها تحتل نقطة ثابتة في السماء عند النظر إليها من الأرض. ولكن نادراً ما تجد أدوات فضائية طريقها نحو ارتفاع أعلى وتكون، في أغلب الأحوال، مسابر ضمن مشاريع علمية لاستكشاف كواكب أخرى. في الحقيقة، كل ما ذكرناه لا يمثل سوى عينة صغيرة جداً من عمليات الإطلاق الفضائية المنفذة حتى الآن، ولن تسبب أي مشكلة على الأرجح.

إذن، إلى متى سيبقى أي من تلك الأقمار الاصطناعية في الأعلى؟ والسؤال الحاسم في هذا الصدد، أين ينتهي الغلاف الجوي للأرض؟ بالنظرة الأولى، تقطع ]تلك الطبقة المكونة من خليط غازات [مسافة 150 ميلاً فوق رؤوسنا، ولكن في الواقع، ثمة دائماً حفنة من الجزيئات تحوم منفردة حتى عند الارتفاع الذي تدور فيه "محطة الفضاء الدولية" ("آي أس أس" ISS). هكذا، في كل ثانية من كل يوم، تصطدم "محطة الفضاء الدولية" بعدد غير قليل من جزيئات الغاز وتحطمها سريعاً. عليه، يتأتى عن كل حادثة اصطدام انتقال للزخم الحركي من المحطة الفضائية إلى جزيئات الغاز. وغني عن القول أن أياً من رواد الفضاء لا يشعر بهذه العملية، غير أنهم يعلمون بشأنها، وفي النتيجة على مدى فترة طويلة من الزمن، يفقد حتى هيكل ضخم على شاكلة "محطة الفضاء الدولية" ارتفاعه وينزل إلى الطبقات الأكثر كثافة من الغلاف الجوي العلوي حيث يصبح "السحب" [أو مقاومة الهواء] خطيراً، وفي نهاية المطاف ستتحطم المركبة الفضائية. لعل المثال الأكثر شهرة على هذه الظاهرة كانت محطة الفضاء الأميركية "سكايلاب" Skylab، التي تحطمت في 1979 بسبب مقاومة طويلة الأمد للهواء. بعد خفض السرعة التي سيتدهور بها مدارها، لم يكن في متناول الأميركيين أي وسيلة لزيادة ارتفاعها.

بالنسبة إلى محطة الفضاء الثانية التابعة لـ"ناسا" [محطة الفضاء الدولية]، كانت الأمور مختلفة. إذ التحمت مركبات فضائية عدة بها تطلق محركاتها الصاروخية لفترة، وإن ببطء شديد، وتزيد ارتفاع المحطة الفضائية أميالاً عدة. بهذه الطريقة، تمكنا من دفع "محطة الفضاء الدولية" بشكل متكرر نحو مدار أكثر أمناً مجدداً.

بالنسبة إلى الأقمار الاصطناعية للاتصالات السلكية واللا سلكية في المدار المستقر بالنسبة إلى الأرض، تبقى "مقاومة الهواء" عديمة الأهمية إلى حد كبير، من ثم لن يتزحزح معظم تلك الأقمار من المدار طوال عدة آلاف من السنين. في المقابل، لدى غالبية أجهزة الأقمار الاصطناعية الصغيرة الأكثر حداثة للتزود بالإنترنت عمر تشغيلي أقصر كثيراً. معلوم أن شركات عدة الآن في صدد إطلاق مجموعات من آلاف الأقمار الاصطناعية الصغيرة جداً في مدارات منخفضة للغاية. مثلاً، تعتزم "ون ويب" OneWeb البريطانية نشر أقمارها عند ارتفاع 300 ميل (482.803 كيلومتر)، علماً أنه علو آمن إلى حد معقول. في المقابل، ستدور مجموعات "ستارلينك"Starlink  للإنترنت الفضائي التابعة لإيلون ماسك عند علو أدنى كثيراً، تحديداً 180 ميلاً (300 كيلومتر)، وسيتعين تجديد هذه الشبكة بانتظام فيما تحترق قمراً تلو آخر في الغلاف الجوي للأرض.

والأسوأ أن بعض الأقمار الاصطناعية قد تصادمت، مطلقة آلاف الشظايا عبر السماء. كي نقف على نوع الضرر الذي من شأن هذا الحطام أن يطرحه، من المهم أن نعرف مدى السرعة التي تتحرك بها هذه الأجزاء. في المدار الأرضي المنخفض، يسافر القمر الاصطناعي بسرعة 17 ألف ميل (27358.848 كيلومتر) في الساعة (خمسة أميال في الثانية). إذا صادفت جسماً آخر يتحرك في الاتجاه المعاكس بالسرعة نفسها، فقد تكون النتائج مأساوية. مثلاً، في مقدور قشيرة طلاء من قمر اصطناعي سافر إلى الفضاء في ستينيات القرن العشرين أن تلحق أضراراً كبيرة بهيكل بحجم "محطة الفضاء الدولية". وتتيح الطريقة التي صممت بها الأخيرة لها أن تصمد أمام ارتطامات جسم يصل قطره إلى سنتيمتر واحد. كل قطعة من الحطام الفضائي تتجاوز ذلك، تحمل المنشأة الفضائية نحو مصير غامض.

مدفوعة بتوق كبير إلى المشاركة، قررت الحكومة الصينية تدمير أحد أقمارها الاصطناعية عن عمد في 2007

يمكن أن تنحرف الأقمار الاصطناعية عن موقعها بسبب اضطرابات في الجاذبية، فكثافة الأرض أبعد ما تكون عن الثبات، كذلك عندما تصطدم بفوتونات [الفوتون هو أصغر وحدة مستقلة من الطاقة الكهرومغناطيسية، ولا وزن لها] من الشمس، علماً أن ذلك لا ينفك يحدث على مدار الساعة. في حال عدم الخضوع للصيانة باستمرار في الموقع، يعجز حتى القمر الاصطناعي الثابت بالنسبة إلى الأرض عن البقاء في موقعه، وثمة توجه متزايد نحو استخدام الدفع الكهربائي من أجل تحقيق ذلك. نعم، إنها تقنية "المحرك الأيوني" الآتية من أفلام الخيال العلمي. يتمتع محرك "أيون درايف" Ion Drive بميزة إضافية تتمثل في أنه من المستبعد أن يتسبب الغاز المنبعث منه في أي مشكلة للمركبة الفضائية المقبلة. ولكن على النقيض، تشتهر معززات الصواريخ العاملة بالوقود الصلب بخروج مسحوق ناعم من حطام الألمنيوم، علماً أن معظم ذلك يبقى مقصوراً مرة أخرى على علو منخفض.

في 2021، كشفت "شبكة مراقبة الفضاء الأميركية" عن نحو 21 ألف جسم اصطناعي تدور حول الأرض. اشتملت تلك الحصيلة على خمسة آلاف قمر اصطناعي تشغيلي. ولكن، يعتقد الآن أن أكثر من 128 مليون قطعة من المخلفات الفضائية التي لا يزيد قطر الواحدة منها على سنتيمتر، تسبح فوق رؤوسنا. بعيداً تماماً من تلوث أرضنا، لقد بات اجتماع التلوث الناجم عن الطبيعة ونظيره الذي يعزى إلى الإنسان، يتهدد الآن بجعل استخدام المدار الأرضي المنخفض شديد الخطورة.

في سياق متصل، قررت الحكومة الصينية التي كانت متلهفة إلى تقديم مساهمتها الخاصة [في ظاهرة المخلفات الفضائية]، تدمير أحد أقمارها الاصطناعية عن عمد في 2007. في الواقع، اختبر الصينيون نظام أسلحة مضاداً للأقمار الاصطناعية. على افتراض أن العملية لم تتسبب في أضرار كافية، أعيدت التجربة مرة أخرى في 2009، ناثرة الحطام في شتى أنحاء الفضاء. وما زال كثير من تلك المخلفات يسبح هناك في الأعلى حتى الآن.

في 1979، هوى "سكايلاب" إلى الأرض بفعل تزايد مقاومة الهواء (ناسا)

سرعان ما أطلق الغرب سهام الإدانة الغاضبة صوب الحكومة الصينية، على الرغم من أنه يصح القول إن ذلك انطوى على شيء من النفاق. لما كان الجيش في مختلف البلاد يزداد اعتماداً على الاتصالات والاستطلاع عبر الأقمار الاصطناعية، من الضروري أن تكون في متناولك القدرة على تدمير أقمار اصطناعية منافسة ما إن يبدأ القتال. خلال ستينيات القرن العشرين، اختبر الأميركيون والسوفيات بحماسة كبيرة [الأسلحة المضادة للأقمار الاصطناعية]، وما زال عدد تداعيات ذلك الصراع ماثلاً أمامنا حتى اليوم. في 2019، كشف ناريندرا مودي، رئيس الوزراء الهندي، أنه قد أمر باختبار سلاح هندي مضاد للأقمار الاصطناعية يعمل بالطاقة الحركية. هكذا، ما دمت تحقق ضربة مباشرة، لن تحتاج إلى إهدار الموارد على رأس حربي متفجر. كل شيء سيستحيل قطعاً صغيرة من طريق انتقال زخم الحركة وحده.

أعرب علماء كثر عن قلقهم من أننا قد نواجه نقطة لا عودة، إذ يروح عدد الجسيمات في مدار الأرض المنخفض يزداد أضعافاً مضاعفة. كل يوم، ستتصادم قطعتان كبيرتان نسبياً من الحطام مصادفة، وتتسبان في انفجار. في هذه الظروف، يعتقد أن سرعة الاصطدام المعتادة تبلغ نحو عشرة كيلومترات في الثانية. في حين أن المخلفات بحد ذاتها ربما تبدو غير مؤذية، لا يسعنا أن نتصور انتقال الطاقة الحركية الكامنة. سيؤدي الانفجار إلى إطلاق مئات الجسيمات الأخرى. في الأخير، سينتهي بنا المطاف في سيناريو مرعب يشهد تدمير أي قمر اصطناعي صالح سريعاً من طريق الاصطدام بنوع من الرمال الكاشطة من شأنها أن تملأ مدار الأرض المنخفض تماماً. [الرمال هي تشبيه عن تراكم الجسيمات الفائقة الصغر الناجمة من الانفجارات المستمرة المتأتية من اصطدام قطع صغيرة تماماً من النفايات الفضائية].

كان عالم الفلك والفيزيائي الأميركي دونالد كيسلر أحد أوائل العلماء الذين تبينوا تلك التصادمات. في 1978، توقع كيسلر أنه في المستقبل سيكون محالاً تنفيذ عمليات استكشاف إضافية نتيجة الحجم الهائل من الحطام الفضائي. أشارت دراسات عدة إلى أنه يتعين أن يكون هذا التصور قد وقع فعلاً، وحقيقة أنه لم يحدث قادت سلطات أخرى إلى الإشارة إلى أن كيسلر كان متشائماً في فرضيته من دون وجود سبب معقول. ولكن على المدى الطويل، ربما يتبين أنه كان على صواب. فكيف إذاً عسانا نفلت من أزمة بهذا الحجم؟

حسناً، إذا التزمنا عدم إطلاق أي أدوات قط إلى الفضاء طوال فترة زمنية معينة، فإن بعض الحطام سيعود في النهاية إلى الغلاف الجوي للأرض. والحال أن هذه العملية تتكرر دائماً نتيجة مقاومة الغلاف الجوي. بمرور الوقت، تنجح البيئة بتنظيف نفسها بنفسها، لكن جسيمات الحطام على ارتفاع أعلى ستستغرق وقتاً أطول قبل أن تهبط. أوصت الأمم المتحدة بأن أي قمر اصطناعي نطلقه الآن يجب أن يكون قادراً على دخول الغلاف الجوي للأرض مجدداً في غضون 25 عاماً بعد توقف تشغيله. ومع ذلك، ربما يكون عسيراً الامتثال إلى هذا الجزء المتساهل من تلك القاعدة التنظيمية. من الناحية العملية، تعتقد وكالة "ناسا" أنه بشكل يومي يدخل جسم فضائي اصطناعي كبير بدرجة معقولة مرة أخرى إلى الغلاف الجوي للأرض ويتحطم. ولما كانت المياه تستحوذ على ثلاثة أرباع مساحة سطح الأرض، يمر معظم الحطام من دون أن يسترعي أي اهتمام. ولكن مع ذلك، بينما نتطلع إلى مستقبل يحمل معه المزيد من الأنشطة في الفضاء الخارجي، من الصعب ألا يعترينا قلق من أن بعض الاصطدامات ربما تطرح آثاراً كارثية على بعثة مأهولة.

بينما لم تحظَ المسألة إلا بقليل من الدعاية آنذاك، كانت البعثات المكوكية الفضائية الأولى تواجه ارتطامات بجزيئات صغيرة. من أصل 67 مهمة مكوكية فضائية، سجل 177 ارتطاماً على النوافذ وحدها. دفعت هذه المشكلة بـ"ناسا" إلى تحمل تكلفة تركيب 45 نافذة بديلة، مع العلم أن الزجاج الأمامي لمكوك فضائي باهظ الثمن. ولنأخذ في الحسبان أيضاً أن ذلك يعود إلى ثمانينيات القرن العشرين. منذ ذلك الحين، شهد مقدار النشاط في المدار الأرضي المنخفض ارتفاعاً شديداً.

ثمة نبأ سار يتمثل في أن صناعة الفضاء تملك وعياً متزايداً بهذه المعضلة برمتها، وتدرك أنه في حال حدث الأسوأ وثبتت صحة رأي كيسلر فستحل مأساة بالبشرية. لذا، يحاول المهندسون تغيير طريقة تصنيع الصواريخ بغية خفض عدد الشظايا الأصغر التي تخلفها وراءها أثناء صعودها إلى الفضاء.

ذيل من الانبعاثات تطلقه مجموعة من أقمار "ستارلينك" التابعة لشركة "سبيس إكس" أثناء مرورها فوق أوروغواي (أ ف ب)

تاريخياً، تركت الأجزاء العليا من معظم عمليات إطلاق الأقمار الاصطناعية في مدار حول الأرض، ولم يكن يبدو أن ذلك من شأنه أن يتسبب بأي مشكلة طوال سنوات عدة. مع تزايد القلق بشأن ما سمي "متلازمة كيسلر" Kessler syndrome، شرعت وكالات فضائية عدة في البحث عن طرق لإيقاف الصواريخ في مدارات آمنة و/أو السعي عن وعي إلى إخراجها من مدارها في مرحلة مبكرة جداً.

النبأ السار هو أن لدى صناعة الفضاء الآن وعياً متزايداً بهذه المعضلة برمتها وإذا حدث الأسوأ وثبتت صحة رأي كيسلر، فستحل مأساة بالبشرية

يأخذ جزء من المشكلة منحى فلسفياً. على كوكب الأرض، من المستطاع مقاضاة شركة ما أو شخص يتسبب في التلوث وإجباره على دفع ثمن التنظيف المطلوب. هنالك مثلاً، الدعوى القضائية ضد شركة "بريتيش بتروليوم" الأميركية بسبب حادثة التسرب النفطي في خليج المكسيك. ولكن في الفضاء الخارجي، تزداد الأمور تعقيداً. في الآونة الأخيرة، اصطدم صاروخ كبير جداً بالجانب المظلم من القمر. لبعض الوقت، اعتقد الناس أنه ينتمي إلى "سبيس إكس" على الرغم من أن إيلون ماسك أنكر ذلك. في وقت لاحق، قيل إن الصين قد أطلقته مع أن الصينيين نفوا مجدداً كل المسؤولية. ولما كان أحد لا يعيش على سطح القمر، لم يكن الاصطدام بالأمر الجلل، ولكن على المدى الطويل، سيسفر هذا النوع من الحوادث عن مشكلات عدة.

تخطط "وكالة الفضاء الأوروبية" (ESA) لإطلاق قاطرة فضائية كي تستعيد قمراً اصطناعياً تعطل في المدار كي تسحبه إلى مدار آخر منخفض حيث سيتحلل ويعود إلى الغلاف الجوي للأرض. نظرت مجموعات أخرى في استخدام الخطاطيف أو حتى الشباك لإسقاط الأقمار الاصطناعية الموجودة. واقترح البعض الاستعانة بالليزر الأرضي لصعق القمر الاصطناعي من الأسفل وتسخين سطحه الخارجي. عند انطلاق الغاز الساخن من سطح القمر الاصطناعي، سيتباطأ مساره وينسحب باتجاه هبوطي حلزوني، لينتهي به الأمر إلى التفكك في الغلاف الجوي للأرض.

وضعت "وكالة الفضاء الأوروبية" تقنيات الإزالة الجارية للحطام الفضائي بين أهدافها الاستراتيجية، وتشتغل على عدد من الأفكار في الوقت الحالي. ولدى "وكالة الفضاء الأوروبية" مبادرة الفضاء النظيف التي تتضمن خططاً لإطلاق روبوتات مبتكرة من شأنها تنظيف المدار من الأقمار الاصطناعية المتعطلة كلها، أو تركها على علو آمن.

في الظروف الراهنة، تعتزم شركة "سبيس إكس" إطلاق 12 ألف قمر اصطناعي صغير في مدار أرضي منخفض. كذلك تملك شركة "أمازون" خطة مماثلة، وقد يشهد هذا الاتجاه قريباً دخول 50 ألف جسم فضائي اصطناعي إضافي إلى مدار أرضي منخفض. يمثل ذلك زيادة متسارعة في عدد الأجسام الموجودة في المدار، وبالتالي، لا بد بالتأكيد من تضمين التصميم الأصلي وسائل استرجاعها في نهاية عمرها الإنتاجي المتوقع، بدلاً من تنفيذ ذلك كعملية تكميلية تجرى بعد سنوات من توقف تلك الأجسام الفضائية عن العمل.

نشر في "اندبندنت" 14 أبريل 2022