ความรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับขยะบนอวกาศ

แนวคิดพื้นฐานนั้นง่าย: อย่าทำให้ปัญหาที่มีอยู่แย่ลง ลดหรือป้องกันการสร้างขยะใหม่ และโดยเฉพาะอย่างยิ่ง พยายามปกป้องโลกระดับต่ำและวงโคจรค้างฟ้าที่มีค่าในเชิงพาณิชย์ ปริมาณของขยะที่เกิดขึ้นระหว่างการทำงานปกติสามารถลดลงได้โดยการไม่ทิ้ง ดีดออก หรือแยกสิ่งที่ไม่ต้องทิ้ง ดีดออก หรือแยกออก ซึ่งรวมถึงฝาครอบ payload, Yo-Yo despinner และฝาครอบอุปกรณ์ เช่น ฝาครอบที่ใช้เพื่อป้องกันหน้าต่างออปติคอลของเซ็นเซอร์ที่มีความไวสูงในระหว่างการปล่อย ประการสุดท้าย ลดการแตกหัก ซึ่งเป็นแหล่งสำคัญของเศษซากขนาดเล็กแต่อันตรายถึงชีวิต การระเบิดในอวกาศ อาจเป็นเรื่องที่น่าแปลกใจสำหรับใครก็ตามที่อยู่นอกชุมชนอวกาศเมื่อรู้ว่ายานอวกาศ (ในบางครั้ง) และยานปล่อย (บ่อยครั้ง) นั้นแยกตัวออกจากวงโคจร โดยทั่วไปการปล่อยยานในขั้นที่ต่ำกว่าจะตกลงสู่ชั้นบรรยากาศและเผาไหม้จนหมด ทำให้เกิดวิธีแก้ปัญหาที่เป็นระเบียบเรียบร้อยหากเป็นไฟ แต่ชะตากรรมทั่วไปของจรวดขั้นบนซึ่งมักจะถูกทิ้งหลังจากปล่อยคือการระเบิด ทำไมสิ่งนี้ถึงเกิดขึ้น? ตามธรรมเนียมแล้ว วิศวกรของยานอวกาศรับประกันว่าจะประสบความสำเร็จในการปล่อยขึ้นสู่ผิวโลกโดยการบรรทุกเชื้อเพลิงพิเศษไว้บนเครื่องบิน เนื่องจากวิธีนี้มีประโยชน์หากเครื่องยนต์ต้องเผาไหม้นานกว่าที่วางแผนไว้เล็กน้อย อย่างไรก็ตาม เชื้อเพลิงสำรองนั้นส่วนใหญ่ยังคงอยู่ในถังแรงดันเมื่อจรวดถูกทิ้งเข้าสู่วงโคจรของโลก เมื่อเวลาผ่านไปและในสภาพแวดล้อมที่รุนแรงของอวกาศ ความสมบูรณ์เชิงกลของส่วนประกอบภายในของบูสเตอร์จะพังลง เส้นรั่วไหล เชื้อเพลิงที่มีฤทธิ์กัดกร่อนซึมเข้าไปในซอกและรอยแยก อุกกาบาตขนาดเล็กและไม่เล็กจิ๋วจะโจมตีและทะลุทะลวง การปล่อยแรงดันอย่างกะทันหันมักส่งผลให้เกิดการระเบิดและพ่นชิ้นส่วนที่ยากต่อการติดตาม ทั้งขนาดใหญ่และขนาดเล็ก เข้าสู่วงโคจร เพิ่มเข้าไปในช่องเก็บเศษซาก แหล่งพลังงานอื่นๆ บนเครื่องบินทำหน้าที่เป็นจุดชนวนการระเบิดแฝง รวมถึงแบตเตอรี่ ระบบแรงดันอื่นๆ เซลล์เชื้อเพลิง และเชื้อเพลิงไฮเปอร์โกลิก ดร. เจนกล่าวว่า "เพียงแค่การหยุดไม่ให้เครื่องกระตุ้นการระเบิดเป็นก้าวแรกที่ยิ่งใหญ่ และเราก็ได้เห็นการปรับปรุงแล้ว" วิธีแก้ปัญหาการระเบิดแฝงที่เกิดจากเชื้อเพลิงบนเครื่องบินนั้นง่ายมากอย่างน่าประหลาดใจ เมื่อทิ้งชั้นบนแล้ว ให้สตาร์ทเครื่องยนต์จนกว่าเชื้อเพลิงจะหมด ระยะบนของยานปล่อยเดลต้าของสหรัฐกำลังเผาไหม้จนหมดสิ้น การแก้ไขอีกประการหนึ่งคือการระบายเชื้อเพลิงที่เหลืออยู่ในอวกาศ สิ่งนี้เรียกว่าการเคลือบผิว และทั้งเวทีบนของ Ariane และสถานี H-1 ที่สองของญี่ปุ่นต่างก็ทิ้งเชื้อเพลิงที่ตกค้างในลักษณะนี้ แบตเตอรี่และแหล่งพลังงานอื่นๆ บนเครื่องบินสามารถผ่านกระบวนการในลักษณะเดียวกันได้ แม้ว่าจะไม่ง่ายนักและทำให้มีค่าใช้จ่ายเพิ่มขึ้น มาตรการเหล่านี้และมาตรการอื่นๆ ได้รับการนำไปใช้อย่างแพร่หลายโดยผู้ปฏิบัติภารกิจส่วนใหญ่ แต่ไม่ใช่ทุกคนในทศวรรษที่ผ่านมา แต่ถึงกระนั้น เศษซากยังคงเติบโตตามยานพาหนะรุ่นเก่า ซึ่งเปิดตัวเมื่อ 10, 20 หรือมากกว่านั้นปีที่แล้ว ก่อนที่จะเข้าใจข้อกำหนดการลดผลกระทบ สร้างขยะต่อไป ที่จอดรถปรากฏอยู่ในวงโคจรของสุสาน ยานปล่อยที่ใช้แล้วและดาวเทียมที่หมดอายุถือเป็นเศษซากแม้ว่าพวกมันจะไม่แตกสลายก็ตาม ดังนั้น ขั้นตอนการบรรเทาผลกระทบที่สำคัญอีกประการหนึ่งคือการเคลื่อนย้ายสิ่งเหล่านี้ออกจากวงโคจรโลกต่ำ (LEO) และวงโคจรค้างฟ้า (GEO) ที่มีคุณค่าในเชิงพาณิชย์และทางวิทยาศาสตร์เมื่อภารกิจเสร็จสิ้น แน่นอนว่าต้องพกเชื้อเพลิงพิเศษสำหรับสิ่งนี้โดยเฉพาะ ทำให้มีค่าใช้จ่ายเพิ่มขึ้น ขยะอวกาศ แต่ความพยายามก็คุ้มค่า ตามแนวทางการลดผลกระทบฉบับร่างปี 2545 ที่ออกโดยคณะกรรมการประสานงานเศษซากอวกาศระหว่างหน่วยงาน (IADC) ซึ่งเป็นกลุ่มที่ประกอบด้วย ESA และหน่วยงานอวกาศแห่งชาติ 10 แห่ง ยานอวกาศใน LEO ควรถูกกำจัด กล่าวคือปล่อยให้ตกสู่ชั้นบรรยากาศและเผาไหม้ ภายใน 25 ปีหลังจากสิ้นสุดภารกิจ ในขณะที่ยานใน GEO ควรได้รับการส่งเสริมอย่างน้อย 300 กม. เหนือวงแหวนวงโคจรของธรณีซิงโครนัสและจอดอยู่ในวงโคจรสุสาน ทำไมต้อง 300 กม.? "แรงดันรังสีดวงอาทิตย์และแรงขนาดเล็กอื่นๆ ในที่สุดจะดันยานกลับเข้าไปในวงแหวน GEO เว้นแต่ว่าพวกมันจะสูงพอ" ดร. เยห์นกล่าว มาตรการทั้งสองต้องใช้เชื้อเพลิง: วิธีแรกเพื่อชะลอและลดยานจาก LEO และอย่างหลังเพื่อยกและจอดยานจาก GEO การนำยานที่ใช้แล้วจนหมดไปจาก GEO มาเผานั้นแพงเกินไป แต่ที่จอดรถในสุสานก็เป็นทางเลือกที่เพียงพอ ใน LEO วิธีแก้ปัญหานั้นตรงไปตรงมามากยิ่งขึ้น ตัวอย่างเช่น ดาวเทียม ERS ของ ESA โคจรที่ระดับความสูงประมาณ 800 กม. ตามหลักการแล้ว ถ้ามันช้าลงและลดระดับลงเมื่อสิ้นสุดภารกิจที่ระดับความสูง 200 กม. มันจะหลุดวงโคจรตามธรรมชาติและเผาไหม้ในเวลาประมาณ 24 ชั่วโมง แต่สิ่งนี้จะต้องใช้เชื้อเพลิงมาก "อย่างไรก็ตาม สำหรับยานที่มีขนาดเท่ากับ ERS ยานจะโคจรตามธรรมชาติภายใน 25 ปี หากเราลดความเร็วลงเหลือ 600 กม." ดร. เจนกล่าว "ดังนั้น [ระดับความสูง] จึงเป็นการประนีประนอมในการประหยัดเชื้อเพลิง" เขาอ้างอิงงานวิจัยที่จัดทำโดย ESA และสถาบันอื่นๆ ที่แสดงให้เห็นว่าการปลดวงโคจรยานหลังจากผ่านไป 25 ปี จะช่วยลดจำนวนเศษซากใหม่ๆ ที่สร้างขึ้นได้ครึ่งหนึ่ง เห็นได้ชัดว่ามาตรการลดค่าใช้จ่ายต่ำสามารถมีส่วนช่วยในการลดขยะได้อย่างมาก การกวาดล้างเศษขยะที่มีเทคโนโลยีสูง มีวิธีการอื่น ๆ ที่ใช้เทคโนโลยีขั้นสูงกว่าภายใต้การวิจัย สิ่งเหล่านี้รวมถึงการใช้เลเซอร์ในอวกาศเพื่อชะลอความเร็วและกำจัดขยะที่มีอยู่ การใช้สายโยงเพื่อลากยานกลับลงสู่ชั้นบรรยากาศ หรือคว้าวัตถุด้วยสลิงขนาดใหญ่ "Tethers เป็นแนวคิดที่ถูกต้อง" ดร. Jehn กล่าว "แต่ยังนำไปใช้ไม่ได้จริง พวกมันแพงเกินไป" แนวคิดอื่นๆ ยังคงอยู่บนกระดานวาดภาพ ซึ่งหมายความว่าการลดเศษขยะจะต้องพึ่งพาการบรรเทา อย่างน้อยก็ในอนาคตอันใกล้นี้ ชุมชนอวกาศทั่วโลกดำเนินการอย่างไรในการใช้มาตรการลดผลกระทบที่เป็นที่รู้จักเหล่านี้ "ไม่ดีเกินไป" ดร. เจนกล่าวโดยอ้างถึงการวางยาน GEO ขึ้นสู่วงโคจรของสุสานโดยเฉพาะ เขาอ้างอิงผลการศึกษาล่าสุดที่พบว่าประมาณ 1 ใน 3 ของผู้ให้บริการดาวเทียมเร่งความเร็วยาน GEO ของตนอย่างน้อย 300 กม. ออกไปให้พ้นทาง ประมาณ 1 ใน 3 เพิ่มความเร็วไม่เพียงพอจนเหลือเพียง 100-200 กม. และ 1/3 ปล่อยทิ้งไว้ให้รกรุงรัง ขึ้นวงแหวน GEO “ผู้ให้บริการบางรายส่งดาวเทียมของตนจนเชื้อเพลิงหยดสุดท้ายหมดลง แล้วก็ทิ้งมันไป” เขากล่าว เมื่อพิจารณาถึงระดับของการอภิปรายและการวิจัยเกี่ยวกับเศษซากภายในชุมชนอวกาศ มันจึงยากขึ้นสำหรับผู้ควบคุมยานอวกาศที่จะแสร้งทำเป็นไม่รู้ หลักเกณฑ์การลดขยะ แบบร่างหรืออื่นๆ และหลักปฏิบัติได้รับการออกโดยหน่วยงานที่เคารพหลายแห่ง รวมถึง JAXA ของ NASA และญี่ปุ่น นอกเหนือจาก IADC ขยะอวกาศเป็นวาระการประชุมของ UNCOPUOS (คณะกรรมการสหประชาชาติว่าด้วยการใช้ประโยชน์อย่างสันติของอวกาศ) และ IAA (International Academy of Astronautics) และการประชุมเศษซากอวกาศสี่ปีของ ESA ได้กลายเป็นการประชุมที่ใหญ่ที่สุดในโลกที่อุทิศให้กับขยะเพียงอย่างเดียว จรรยาบรรณของยุโรปเอง European's Network of Centers on Space Debris ซึ่งเป็นกลุ่มของหน่วยงานอวกาศของอิตาลี อังกฤษ ฝรั่งเศส และเยอรมัน รวมทั้ง ESA ได้จัดทำ "แนวปฏิบัติของยุโรปสำหรับการบรรเทาขยะในอวกาศ" ของตนเอง ในขณะที่เอกสารยังอยู่ในระหว่างการศึกษาเพื่อการอนุมัติขั้นสุดท้าย หน่วยงานด้านอวกาศของฝรั่งเศส CNES (Centre National d'Etudes spatiales) เป็นผู้นำในเดือนตุลาคมปีที่แล้วด้วยการเป็นหน่วยงานแรกที่ลงนามในแนวทางปฏิบัติ (CoC) ของยุโรป อย่างไรก็ตาม การใช้มาตรการลดผลกระทบเฉพาะและหลักจรรยาบรรณยังคงเป็นข้อโต้แย้งในอุตสาหกรรมนี้ เนื่องจากการนำมาใช้เป็นนโยบายอย่างเป็นทางการจะเพิ่มค่าใช้จ่ายในการปฏิบัติภารกิจอย่างสม่ำเสมอ แต่ทุกวันนี้เกือบทุกคนตระหนักดีว่ามีปัญหา ในอนาคต อาจมีวิธีที่จะลดความต้องการเชื้อเพลิงสำหรับการออกจากวงโคจรลงอย่างมาก ยานอวกาศ SMART-1 (Small Mission for Advanced Research in Technology - 1) ของ ESA ซึ่งตอนนี้กำลังโคจรรอบดวงจันทร์ ไปถึงที่นั่นโดยใช้เครื่องยนต์อิออนขับดันไฟฟ้า (EP) ใหม่ วิศวกรอธิบาย EP thrust ว่า "คล้ายกับน้ำหนักของแผ่นกระดาษในมือคุณ" อย่างไรก็ตาม เครื่องยนต์ต้องการเชื้อเพลิงน้อยมากเมื่อเทียบกับเครื่องยนต์จรวดทั่วไป EP สามารถทำหน้าที่เป็นกลไกเสริมบนดาวเทียมในอนาคตที่จะยิงและปล่อยทิ้งไว้เพื่อนำยานลงจาก GEO สู่ชั้นบรรยากาศอย่างช้าๆ ได้หรือไม่ "การใช้ EP ใช้เพียง 5% ของเชื้อเพลิงของคุณเท่านั้น ฉันคิดว่าในระยะยาว เราควรหาวิธีที่จะทำลายดาวเทียมแม้จาก GEO" ดร. เยห์นกล่าว ในขณะที่เทคโนโลยีมีแนวโน้มที่จะให้วิธีแก้ปัญหามากมาย และหลายประเทศกำลังจริงจังกับการปฏิบัติตามจรรยาบรรณ ดร. Jehn และคนอื่นๆ ในชุมชนเศษขยะอวกาศของ ESA โต้แย้งว่าท้ายที่สุดแล้ว สิ่งที่จำเป็นคือ CoC ที่เจรจากันในระดับสหประชาชาติเพื่อผลักดันให้ทุกคนปฏิบัติตาม ให้ได้มาตรฐาน ในระหว่างนี้คนทั่วไปจะมีส่วนร่วมได้อย่างไร? "โทรหาหน่วยงานด้านอวกาศของคุณ" ดร. เจนกล่าว "บอกพวกเขาว่า 'ลูก ๆ ของฉันต้องการเดินทางในอวกาศในอีก 30 ปีข้างหน้า และฉันก็ไม่อยากให้พวกคุณทำลายมัน' แรงกดดันจากสาธารณชนสามารถช่วยได้ เมื่ออวกาศมีมลภาวะ ดึกแล้วไม่กล้าขึ้นไป”