פינוי קרוב לחלל הרבה יותר קשה ממה שנראה לעין
בעיית זיהום החלל מדאיגה את כלל הקהילה האווירית. התפתחויות היפותטיות כאלה במסלול כדור הארץ הנמוך, כגון תסמונת קסלר, החוזה היווצרות של פסולת חלל ללא שליטה, עוררו אפילו את התקשורת הפופולרית. ברור שיש צורך במחקר יסודי על מנת להבין מה הסכנה שאפילו שבר קטן טומן בחובו, ולחשב כמה אנחנו מוכנים לשלם כדי לנקות את החלל החיצון.
כיום, פוליטיקאים, מדענים, טכנאים והציבור הרחב מודעים מאוד לריבוי פסולת החלל. הודות לעבודה הבסיסית של J-K. ליובויל וניקולס ג'ונסון, שפורסמו בשנת 2006, אנו מבינים כי שיעור ההריסות צפוי להמשיך לעלות בעתיד, גם אם כל השיגורים יופסקו. הסיבה לצמיחה מתמשכת זו היא ההתנגשויות שצפויות להתרחש בין לוויינים ושלבי רקטות שכבר במסלול. הדבר מדאיג מאוד את מפעילי הלוויין הרבים, שנאלצים לנקוט באמצעים מתאימים להגנה על נכסיהם.
כמה מומחים סבורים שאירועים אלה יהיו רק ההתחלה של שורה של התנגשויות אשר יהפכו את זה כמעט בלתי אפשרי להגיע למסלול כדור הארץ הנמוך. תופעה זו, שתוארה לראשונה בפירוט על ידי יועץ נאס"א דונלד קסלר, מכונה בדרך כלל תסמונת קסלר. אך המציאות עשויה להיות שונה מאוד מנבואות או מאירועים דומים המוצגים בסרט העלילתי "כוח הכבידה". אכן, התוצאות שהוצגו בפני הוועדה לתיאום פסולת חלל בין הסוכנויות (IADC) בכנס האירופי השישי בנושא הצביעו על גידול צפוי בפסולת של 30 אחוזים בלבד על פני 200 שנה עם שיגורים רציפים.
התנגשויות עדיין יתרחשו, אך המציאות תהיה רחוקה מהתרחיש האסון, שחלקן חוששות ממנו. ניתן לצמצם את הגידול בכמות פסולת החלל לרמה די צנועה. הצעת IADC היא להפיץ באופן נרחב ולהקפיד על ההנחיות להפחתת פסולת חלל, במיוחד בכל הנוגע לנטרול מקורות האנרגיה, שצריכים להיות מפותחים עד סוף הטיסה ולסילוק לאחר סיום הטיסה. עם זאת, מנקודת המבט של ה- IADC, הגידול הצפוי בכמות הפסולת, למרות המאמצים המתמשכים, עדיין מחייב קביעת אמצעים נוספים למאבק בגורמי הסיכון הקיימים.
אין התקדמות?
עניין משמעותי בעיבוד סביבת החלל צוין תשע שנים לאחר פרסום עבודותיהם של ליובויל וג'ונסון. במיוחד ננקטו צעדים ברחבי העולם לפיתוח שיטות להסרת אובייקטים ממסלול כדור הארץ הנמוך. סוכנות החלל האירופית, למשל, הכריזה לאחרונה על כוונתה להבטיח תמיכה ממשלתית בשיגור חללית אירופית בעשור הקרוב.הסוכנות ערכה מחקרים רבים לקביעת דרכים רציונאליות ואמינות להשגת המטרה. מרכיב מרכזי בתכנון היה מודלים ממוחשבים של חלל הפסולת, שהראו כי ניתן למנוע צמיחת פסולת על ידי הסרת שלבי חללית או טילים ספציפיים. בהדמיות מחשב, אובייקטים אלה מזוהים ככאלה המועדים ביותר להתנגשויות, ולכן לאחר הסרתם מהמסלול מספר ההתנגשויות אמור לרדת בחדות, מה שימנע הופעת פסולת חדשה כתוצאה מפיזור פסולת.
כמעט עשר שנים חלפו מאז פרסום עבודותיהם של ליובויל וג'ונסון, ומפתיע כי ברמה הבינלאומית או הלאומית אין עקרונות מתודולוגיים המגדירים באופן ברור אמצעים לחיסול ההשלכות של זיהום החלל הקרוב לכדור הארץ. נראה שיש קצת אדישות לגבי פיתוח הליך סילוק פסולת, למרות הקריאות לפעולה. אבל האם זה באמת כך?
למעשה, המצב אינו פשוט כפי שהוא נראה. בנוגע להליך הסרת פסולת החלל, ישנן כמה שאלות עקרוניות שעדיין יש לענות עליהן. דאגה מיוחדת היא סוגיות הקשורות לבעלות, אחריות ושקיפות. לדוגמה, רבות מהטכנולוגיות המוצעות להסרת פסולת יכולות לשמש גם להסרה או השבתה של חללית פעילה. לכן, אפשר לצפות להאשמות שהטכנולוגיות הללו הן נשק. ישנן גם שאלות בנוגע למחיר של תוכנית פינוי אשפה עקבית. כמה טכנאים העריכו את זה בעשרות טריליוני דולרים.
עם זאת, אולי הסיבה החשובה ביותר להיעדר עקרונות מתודולוגיים מתאימים נעוצה בעובדה שעדיין איננו יודעים כיצד לבצע התאוששות, שבה בפועל אנו מתכוונים לטיהור החלל החיצון. אבל זה לא אומר שאנחנו לא יודעים אילו טכנולוגיות אנחנו צריכים.
אלגוריתמים לשימוש חד פעמי כבר פותחו באופן מעשי. הבעיה האמיתית נובעת ממשימה פשוטה לכאורה: לקבוע את הפסולת ה"נכונה "להסיר ממסלולו. ועד שלא נוכל לפתור בעיה זו, נראה כי לא נוכל לגבות שטח.
משחק ההריסות
כדי להבין את הבעייתיות של פתרון משימה פשוטה לכאורה כמו זיהוי אשפה שיש להסיר, אנו משתמשים באנלוגיה של משחק עם חפיסה של 52 קלפי משחק רגילים. באנלוגיה זו, כל מפה מייצגת אובייקט בחלל החיצון שאולי נרצה להסיר אותו כדי למנוע התנגשות. לאחר חלוקת הקלפים אנו מניחים כל כרטיס בנפרד על השולחן. מטרתנו כעת היא לנסות לזהות את האסים ולהסירם מהשולחן, שכן קלפים אלה מייצגים לוויינים או חפצים גדולים אחרים של פסולת חלל שעלולים להפוך למשתתפים בהתנגשות בשלב כלשהו בעתיד. אנחנו יכולים להסיר כמה כרטיסים מהשולחן שאנחנו רוצים, אבל בכל פעם שאנו מסירים כרטיס אחד, עלינו לשלם 10 $. בנוסף, ככל שאנו מתרחקים, אין לנו זכות להסתכל על המפה (אם יוסר לוויין ממסלולו, איננו יכולים לומר בוודאות מה הוא יכול להפוך ממשתתף בהתנגשות). לבסוף, עלינו לשלם 100 דולר עבור כל אס שנותרה על השולחן, המייצגת את ההפסדים האפשריים כתוצאה מהתנגשויות של הלוויינים שלנו (במציאות, עלות החלפת הלוויין יכולה לנוע בין 100,000 ל -2 מיליארד דולר).
ובכן, כיצד נוכל לפתור את הבעיה הזו? בצד ההפוך, כל הקלפים זהים, כך שאין דרך לדעת היכן נמצאים האסים, והדרך היחידה לוודא שניקה את כל האסים היא לנקות את כל הקלפים מהשולחן. בדוגמה שלנו, זה יעלה לכל היותר 520 $.בחלל החיצון אנו מתמודדים עם אותה בעיה: איננו יודעים בדיוק אילו אובייקטים עשויים להיות מעורבים בהתנגשויות, אך זה יקר מדי להסיר את כולם ולכן עלינו לבחור. נניח שעשינו בחירה: להסיר כרטיס אחד בשווי 10 $, מה הסיכוי שהסרנו אס? ובכן, ההסתברות שהכרטיס הוא אס מתחלקת בארבע ב -52, במילים אחרות בערך 0, 08 או 8 אחוזים. לפיכך, ההסתברות שהכרטיס אינו אס היא 92 אחוז. זוהי הסבירות שבזבזנו את 10 הדולרים שלנו.
מה יקרה אם הפעם ניקח כרטיס שני (שיעלה לנו עוד 10 $)? הסבירות שהקלף השני הוא אס תלויה אם הכרטיס הראשון היה אס. אם זה היה המצב, אז ההסתברות שהקלף השני הוא גם אס מחולקת לשלוש ב -51 (כי עכשיו יש רק שלושה אסים בחפיסה, שהצטמצמו בכרטיס אחד). אם הקלף הראשון אינו אס, אז ההסתברות שהקלף השני הוא אס מחולקת ב -51 (כי עדיין יש ארבעה אסים בחפיסה הקטנה יותר).
אנו יכולים להשתמש בשיטה זו כדי לקבוע את הסבירות כי הסרנו את שני האסים - אנו פשוט מכפילים את ההסתברויות כדי למצוא את התשובה: 4/52 כפול 3/51, מה שנותן לנו הסתברות של 0.0045 או 0.45 אחוז בשווי 20 $ לשני כרטיסים הוסר. לא מאוד מעודד.
עם זאת, אנו יכולים גם לקבוע את ההסתברות להסרת לפחות אחד מהאסים. לאחר משיכת שני קלפים, יש סיכוי של 15 אחוזים שהסרנו בהצלחה לפחות אחד מהאסים. זה נשמע מבטיח יותר, אבל גם הסיכויים לא טובים במיוחד עכשיו.
מסתבר שכדי להגדיל את הסיכוי לצייר לפחות אחד מהאסים, עלינו להסיר יותר מתשעה קלפים (בשווי 90 $) או יותר מ -22 קלפים (בשווי 220 $) אם ברצוננו להיות בטוחים ב -90 אחוז. שהסרנו את אחד האסים. גם אם נצליח, שלושה אסים עדיין על השולחן, כך שבסך הכל עלינו לשלם 520 $, שזה במקרה אותו סכום שנאלצנו לשלם אם בחרנו באפשרות עם ההסרה. כל הקלפים.
המשחקים הסתיימו
אם נחזור מהאנלוגיה שלנו לסביבת החלל האמיתית, נראה שהמצב מדאיג יותר. נכון לעכשיו, כ -20,000 אובייקטים נחקרים במסלול באמצעות רשת תחנות התצפית בחלל האמריקאית, כשכשישה אחוזים מהאובייקטים הללו שוקלים יותר מטון אחד, מה שעלול להשתתף באופן היפותטי בהתנגשות ואולי כדאי להסיר אותו … באנלוגיה של הכרטיסים, הבעיה שלנו היא שהחלק האחורי של כל הקלפים זהה וההסתברות שאחד הוא אייס עלים זהה לסבירות שהאחר הוא גם אס. אין דרך לזהות את הקלפים שאתה רוצה ולהסיר אותם מהשולחן. במציאות, הסיכויים שלנו להימנע מהתנגשות גבוהים בהרבה מאשר במשחק קלפים, מכיוון שבמסלול אנו יכולים לראות את הסבירות שחלק מהחפצים יהיו מעורבים בהתנגשויות ואנו יכולים למקד את תשומת ליבנו עליהם. לדוגמה, אובייקטים הנמצאים במסלולים מאוכלסים בצפיפות כגון הליוסינכרוני בגבהים שבין 600 ל -900 קילומטרים סביר להניח שהם יהיו מעורבים בהתנגשויות עקב עומס באזור זה. אם אנו ממקדים את תשומת ליבנו באובייקטים דומים (ואחרים במסלולים צפופים דומים) ומתחשבים בתחזיות האפשרות להתנגשות שלהם, מסתבר שעלינו להסיר כ -50 אובייקטים על מנת לצמצם את מספר ההתנגשויות הקטסטרופאליות על ידי יחידה אחת בלבד, הנובעת מתוצאות המחקר שערכו חברי סוכנות החלל IADC.
ומסתבר שגם אם ניתן להסיר כמה אובייקטים באמצעות חללית נקייה אחת (ונראה שחמש מטרות הן חלופה רב תכליתית), יש לבצע טיסות רבות - לרוב מאתגרות ושאפתניות - רק כדי למנוע התנגשות אחת.
מדוע איננו מסוגלים לחזות בצורה מדויקת יותר את הסבירות להתנגשויות ולהסיר רק את אותם אובייקטים שאנו יודעים בוודאות שיהיו מסוכנים? ישנם פרמטרים רבים שיכולים להשפיע על מסלול הלוויין, כולל כיוון הלוויין, בין אם מדובר בתנועה לא יציבה או במזג אוויר בחלל (שיכול להשפיע על הגרירה שחווים לוויינים). אפילו טעויות קטנות בערכים הראשוניים יכולות להוביל לפערים גדולים בתוצאות חישוב מיקומו של הלוויין בהשוואה למציאות, ולאחר תקופה קצרה יחסית. למעשה, אנו משתמשים באותה טכניקה כמו החזאים: אנו משתמשים במודלים כדי לייצר את הסבירות לתוצאות ספציפיות, אך לא את העובדה שתוצאות אלה יושגו אי פעם.
לפיכך, יש לנו טכנולוגיות שניתן להשתמש בהן מדי פעם להסרת פסולת חלל. זוהי העמדה שנקטה סוכנות החלל האירופית במשימתם המתוכננת e. Deorbit, אך עדיין יש בעיות שצריך לפתור על מנת לזהות את האובייקטים המתאימים ביותר להסרה. יש לטפל בבעיות אלה לפני שניתן יהיה להציע את ההנחיות העקרונות המתודולוגיים הדרושים לאלו המעוניינים להכין תוכנית להסרת פסולת חלל לטווח ארוך שחיונית לשיקום סביבה יעיל.
עקרונות מתודולוגיים מבחינת אתרים ספציפיים, מספרם, דרישותיהם ומגבלותיהם חיוניים להגדלת הסבירות שהמאמצים לתקן את הסביבה יהיו יעילים וכדאיים. כדי לפתח עקרונות מתודולוגיים כאלה, עלינו לשקול מחדש את הציפיות הבלתי סבירות שלנו מתוצאה חיובית.
