تخيل أنك رائد فضاء يقوم بالتجارب العلمية والأكروبات المذهلة للجمهور. راديو التحكم في المهمة الذي يجب على جميع أفراد المحطة الفضائية إخلاءهم إلى مركبات الإنقاذ لأن قطعة من الحطام الفضائي القاتل تتجه في طريقك.
هذا السيناريو ليس خيالًا علميًا. في يونيو 2011 ، مجلة الفضاء وذكرت أن "ستة من أفراد الطاقم على متن محطة الفضاء الدولية قيل لهم أن يحتموا في ... مركبتين فضائيتين سويوز". مع وصول المزيد من الأقمار الصناعية إلى نهاية عمرها التشغيلي ، سيكون هناك المزيد من حالات الطوارئ غير المرغوب فيها في الفضاء وعلى الأرض ، مما لا شك فيه مع نتائج أقل متعة. لقد كان مجتمعنا الراغب في الفضاء الفضائي محظوظًا حتى الآن: لقد تمكنت محطة الفضاء الدولية من الابتعاد عن خردة الفضاء ، وسقطت الأقمار الصناعية غير المنضبطة التي تقع خارج المحيطات ولحسن الحظ في المحيطات. ولكن ذات يوم سينفد حظنا.
ولكن هناك أمل. ورقة جديدة بعنوان إزالة الحطام المداري بالليزر يقترح نشرها على arXiv استخدام نظام ليزر نبضي عالي الطاقة من الأرض لإنشاء نفاثات بلازما على قطع من الحطام الفضائي ، مما يبطئها قليلاً ، مما يتسبب في دخولها مرة أخرى وحرقها في الغلاف الجوي أو الوقوع في المحيط.
أوجز كلود فيبس وفريقه من شركة ذات تقنية عالية تدعى Photonic Associates طريقتهم ، تسمى إزالة الحطام المداري بالليزر (LODR) التي تستخدم تقنية الليزر التي تبلغ من العمر 15 عامًا والتي أصبحت متاحة الآن بسهولة.
أدرك الفريق أن "خمسة وثلاثين عامًا من سوء التدبير المنزلي في الفضاء قد أنتجت مئات الآلاف من قطع الحطام الفضائي التي يزيد حجمها عن سم واحد في ... نطاق مدار الأرض المنخفض (LEO). قد لا تبدو هذه كائنات كبيرة ، ولكن مع كثافة الطاقة من الديناميت ، حتى رقاقة الدهان الكبيرة يمكن أن تسبب ضررًا كبيرًا.
إن إزالة الحطام مهمة ملحة لأن كمية الحطام الموجودة حاليًا في الفضاء تشكل "تصادمًا متسلسلًا هاربًا" ، حيث تتصادم الأجسام مع بعضها البعض ، مما يخلق المزيد من الحطام.
هناك حلول أخرى إلى جانب إنشاء طائرة بلازما ، لكنها تميل إلى أن تكون أقل فعالية وأكثر تكلفة. يمكن استخدام الليزر لطحن شيء ما إلى غبار ، لكن هذا من شأنه أن يخلق رذاذًا منصهرًا لا يمكن السيطرة عليه ، مما يجعل المشكلة أسوأ.
يمكن أن يكون التعامل مع الكائن أو إرفاق مجموعة إزالة المدار فعالًا. لسوء الحظ ، فإنها تتطلب الكثير من الوقود بسبب الحاجة إلى التسريع للقبض على الكائن ، مما يؤدي إلى حل أكثر تكلفة - حوالي 27 مليون دولار لكل كائن. أخيرًا ، هناك خيار نووي لإطلاق غاز أو ضباب أو هوائية لإبطاء الأجسام ، ولكن هذا سيؤثر على كل من المركبات الفضائية التشغيلية وغير التشغيلية.
في ورقتهم ، يقول Phipps وفريقه أن إزالة خردة الفضاء عن طريق إنشاء نفاثة بلازما طولها بضع ثوان باستخدام الليزر هو الحل الأفضل ، حيث تكلف مليون دولار فقط لكل كائن كبير تمت إزالته وبضعة آلاف للأشياء الصغيرة. علاوة على ذلك ، يمكن إزالة الأجسام الصغيرة من المدار في مدار واحد فقط ، ومجموعة من "167 جسمًا مختلفًا يمكن معالجتها (ضرب بالليزر) في يوم واحد ، مما يمنح 4.9 عامًا لإعادة الدخول" في الغلاف الجوي.
يجب تتبع جميع الأشياء الـ 167 بعناية حتى لا تغير مساراتها للعذاب ؛ ومع ذلك ، من الممكن استخدام النظام لضبط مدارات خردة الفضاء. ومع ذلك ، فإن المستويات الحالية لتتبع الحطام الفضائي ليست كافية لتنفيذ LODR ، ولكن هناك فائدة مزدوجة من سهولة الإزالة وتجنب أفضل مع تحسين تتبع الحطام. سيسمح التتبع الأفضل بتحكم أفضل في نقطة إعادة الدخول وتعديل المدار باستخدام LODR ، إذا لزم الأمر.
كيف يمكن للدفع الخفيف من الليزر تعديل مدار؟ في حين أن الليزر لا ينسف الحطام من الهواء ، إلا أنه لا يزال فعالًا بسبب طبيعة الميكانيكا المدارية.
تخيل مكعبًا يحتاج إلى التخلص منه في مدار دائري منخفض على ارتفاع منخفض. الصنبور من ليزر عالي الطاقة ونفاثة البلازما التي تم إنشاؤها ستدفع المكعبات للخارج ، بعيدًا عن الأرض (أعلى في الارتفاع) وإلى مدار بيضاوي أكثر.
قد تبدو هذه فكرة رهيبة خلال الوقت الذي يقضي فيه المكعبات على ارتفاع أعلى ، ولكن عندما يأتي نصف دائرة ، فإنه يقطع الغلاف الجوي على ارتفاع أقل لأن القطع الناقص مشوه بسبب التعديلات التي تتم بواسطة الليزر. نظرًا لأن الارتفاع المنخفض يتوافق مع المزيد من السحب ، يتباطأ المكعبان لأسفل ويتم قفله في مدار أدنى. هذا هو السبب في أن المدارات الإهليلجية تسمى مدارات النقل ، لأنها تغير الممرات على الطريق السريع للفضاء. الآن ، مع اكتمال مدار النقل ، يتم إبطاء المكعبات بما يكفي بحيث لا يمكن تحقيق مداره بواسطة المكعبات. ثم يسقط المكعبات من السماء.
يتعامل اللحم البحثي لـ LODR مع الغلاف الجوي حيث يمكن أن يصبح الليزر غير مركز إذا لم يتم معالجة الاضطراب الجوي. LODR معقدة لأن الاضطراب في الغلاف الجوي يسبب تشوهات مثل تلك التي تراها فوق طريق في يوم صيفي حار أو مثل تلك التي تراها عند النظر من خلال زجاجة زجاجية. هذا التعقيد بالإضافة إلى الهدف المستهدف المطلوب لضرب الهدف ، تمامًا مثل الهدف المستقبلي المطلوب لضرب لاعب جار في لعبة المراوغة.
هناك طريقتان لإلغاء الاضطراب. أولاً ، يمكن للمرء أن يلمع بالليزر في مكان معروف في الغلاف الجوي ، ويثير ذرات الصوديوم في ذلك الموقع. من خلال معرفة ارتفاع هذه النقطة في السماء ، يمكن للنظام عندئذٍ ثني المرآة العاكسة لإدخال النقطة إلى التركيز لحظة بلحظة. ثم يمكن أن تطلق النار بحرية.
تتضمن الطريقة الثانية استخدام مرآة Phase Conjugate (PC) ، والمعروفة أيضًا باسم عاكس الضوء ، والتي يمكنها التراجع تلقائيًا عن الاضطراب عن طريق إرسال الضوء الذي تم عكس تغير الطور. وهذا يعني أنها ستعيد إرسال شعاع ليزر "مشوه بشكل معاكس" ، والذي لا يحدث تشويه بواسطة الغلاف الجوي مما يخلق شعاع ليزر حادًا.
LODR ليست رصاصة فضية. سلكي تقارير تفيد بأن "الانتقاد الرئيسي لمثل هذا المشروع سيأتي من المجتمع الدولي ، الذي قد يخشى أن يستخدم ليزر قوي بما فيه الكفاية لأغراض عسكرية مثل ضرب أقمار صناعية للعدو". سلكي ثم أجرى مقابلة مع كيسلر. كبير العلماء السابقين في ناسا لأبحاث الحطام المداري الذي قال ، بسبب السياسة المعنية ، "أي عرض ليزر قد مات فور وصوله." ومع ذلك ، يؤكد Phipps ل سلكيأنه "إذا حصلنا على التعاون الدولي الصحيح ، فلن يصدق أحد أن الليزر سلاح في ملابس الأغنام."
لا تزال هناك مشاكل لم يتم معالجتها ، كما يشير كيسلر ، فإن إصابة الجزء الخطأ من جسم فضائي ستكون له نتائج كارثية. "قد تصطدم بالجزء الخاطئ من قمر صناعي أو قد تتبخر بدرجة كافية تجعله ينفجر." على الرغم من ذلك ، فإن الدراسة الدقيقة للجسم يمكن أن تتجنب أي خطر.
