الحطام المداري يتحول إلى مشكلة حاسمة للمهام — والسباق لتنظيف المدار الأرضي المنخفض قد انطلق

في أبريل 2021، اقترب قمر اصطناعي سوفييتي معطل من الاصطدام بجسم صاروخي صيني في المدار الأرضي المنخفض على مسافة 55 مترًا فقط. لم يكن أي منهما في الخدمة. لم يكن أي منهما قابلاً للمناورة. لقد تفاديا الاصطدام بهامش ضئيل جدًا في المقاييس المدارية. لو اصطدما، لكانت سحابة الحطام الناتجة قد أنتجت آلاف الشظايا الجديدة — كل منها قادر على إحداث اصطدامات أخرى في سلسلة يسميها قطاع الفضاء متلازمة كيسلر.

ذلك الاقتراب الخطير لم يكن حالة نادرة. وكالة الفضاء الأوروبية تنفذ مئات مناورات تجنب الاصطدام كل سنة لأقمارها العاملة. محطة الفضاء الدولية اضطرت للمناورة أكثر من 30 مرة في تاريخها لتجنب الحطام. مع ازدياد عدد الأجسام المدارية — بفعل الإطلاق المكثف للأبراج التجارية — تتحول المشكلة من نظرية إلى عملية بوتيرة متسارعة.

ما الموجود فعليًا هناك

شبكة المراقبة الفضائية الأمريكية ترصد حاليًا حوالي 27 ألف جسم أكبر من 10 سنتيمترات في المدار. تحت هذه العتبة، تنخفض حساسية الرادار بشكل حاد. تقديرات الأجسام بين 1 و10 سنتيمترات — كبيرة بما يكفي لتدمير مركبة فضائية عند الاصطدام ولكن صغيرة جدًا لتُتعقب بشكل موثوق — تصل إلى حوالي 500 ألف جسم. الأجسام الأصغر من 1 سنتيمتر تعد بمئات الملايين.

التوزع مهم. المدار الأرضي المنخفض، تحت حوالي 2000 كيلومتر ارتفاع، يحتوي على غالبية الأقمار العاملة وأعلى تركيز للحطام. حيث تعمل أقمار Starlink لشركة SpaceX، وحيث يعمل كوكب التصوير Planet، وحيث تحلق محطة الفضاء الدولية. وهو أيضًا حيث يبقى الحطام أطول فترة قبل أن يسحبه الاحتكاك الجوي — على ارتفاع 400 كيلومتر، تزول الأجسام طبيعيًا في غضون بضع سنوات؛ على 800 كيلومتر، يمتد الزمن إلى عقود؛ فوق 1000 كيلومتر، يمكن للشظايا البقاء لقرون.

خطر سلسلة كيسلر

متلازمة كيسلر — التي سميت باسم عالم ناسا دونالد كيسلر الذي وصف الخطر في 1978 — تصف سلسلة حطام ذاتية التعزيز. تصادم يخلق حطامًا جديدًا؛ حطام جديد يزيد احتمال الاصطدام؛ المزيد من الاصطدامات تخلق المزيد من الحطام. السلسلة لا تحتاج إلى إطلاق جديد لتستمر بمجرد بدئها؛ إنها مدفوعة بالتجمع الحالي. بعض الارتفاعات المدارية قد تحتوي بالفعل على حطام كافٍ لدرجة أن السلسلة، على مقياس زمني طويل، حتمية دون إزالة فعالة.

أخطر الأجسام الحالية هي "الأقمار الزومبي" والمراحل العليا المستهلكة للصواريخ من عصر ما قبل التخفيف — أجسام كبيرة بدون دفع، في مدارات ستبقى لعقود، تتراكم عليها مخاطر الاصطدام ببطء. ناسا حددت حوالي 50 جسمًا في مدارات خطيرة بشكل خاص، إزالتها سيكون لها تأثير غير متناسب على احتمال الاصطدام الكلي.

من يعمل على التنظيف

الإزالة النشطة للحطام — أي الصعود فعليًا واسترجاع أو إزالة الأجسام الموجودة — صعبة تقنيًا وتجاريًا. الأهداف لا تتعاون: إنها تتأرجح، غالبًا بدون واجهة إرساء، وقد تكون هشة هيكليًا. الاقتصاديات غير واضحة: من يدفع ثمن تنظيف حطام صنعته أطراف قد لا تكون موجودة بعد؟

مع ذلك، العديد من الشركات ووكالات الفضاء تطور قدرات إزالة. Astroscale، شركة يابانية بريطانية، كانت الأكثر نشاطًا. مهمتها ELSA-d أظهرت تقنية الالتحام المغناطيسي مع هدف متعاون في 2021-2022. مهمتها ADRAS-J، التي أطلقت في 2024 بعقد من JAXA، نفذت عمليات التقاء واقتراب مع مرحلة صاروخ يابانية معطلة فعلية — أول مهمة تجارية تفحص عن قرب حطامًا غير متعاون. مهمة لاحقة لعمليات إزالة المرحلة الصاروخية مخطط لها.

ClearSpace، شركة ناشئة سويسرية، لديها عقد مع ESA لإزالة VESPA، قطعة من أجهزة صاروخ Vega تركت في المدار عام 2013. المهمة، المخطط لها في 2026، ستستخدم أذرعًا آلية للإمساك بالهدف وإزالة المدار لكلا المركبتين معًا. إذا نجحت، ستكون أول إزالة نشطة لجسم كبير في التاريخ.

على الجانب الحكومي، برنامج JAXA للإزالة التجارية للحطام (CRD2) يطور نموذج الشراء لخدمات التنظيف التجارية المنتظمة. DARPA و US Space Force يمولان أبحاثًا في تكنولوجيا فحص وخدمة الحطام. برنامج الفضاء الأوروبي يطور إطار إدارة حركة الفضاء الذي يتضمن متطلبات إزالة الحطام.

الوقاية: الرافعة الأكبر

بينما تحظى الإزالة النشطة باهتمام أكبر، الوقاية — منع خلق حطام جديد — هي الرافعة الأكبر في المدى القريب. المعيار الدولي لأجسام المدار الأرضي المنخفض هو قاعدة إزالة المدار خلال 25 سنة (معدلة إلى 5 سنوات في المبادئ التوجيهية المحدثة)، لكن الامتثال متفاوت والإنفاذ عمليًا معدوم.

SpaceX تتبنى ممارسات إزالة مدارية جريئة لأقمار Starlink، مستهدفة إزالة المدار خلال 5 سنوات من نهاية العمر واستخدام الدفع لخفض المدارات بسرعة عندما تفشل الأقمار. الشركة تقول إن برجها منخفض الارتفاع (حوالي 550 كم) سينزع مداره طبيعيًا خلال 5 سنوات حتى للفشل غير القابل للمناورة. النقاد يلاحظون أن العدد الهائل لأقمار Starlink — الذي يستهدف عشرات الآلاف — يعني حتى نسبة فشل صغيرة يمكن أن تنتج حطامًا كبيرًا.

OneWeb، مشروع Kuiper من Amazon، ومشغلو أبراج آخرين يواجهون تدقيقًا مماثلاً. الجهات التنظيمية بما فيها FCC بدأت تفرض متطلبات إزالة مدارية أكثر صرامة كشرط لتراخيص الطيف، مع قاعدة FCC لإزالة المدار خلال 5 سنوات للأبراج الجديدة التي دخلت حيز التنفيذ في 2023.

اقتصاديات استدامة المدار

التحدي الأساسي هو أن الحطام المداري هو مثال كلاسيكي لمأساة المشاعات. كل مشغل يستفيد من الوصول للمدار؛ تكاليف حطامهم يتحملها جميع المشغلين الحاليين والمستقبليين بشكل جماعي. بدون آلية تسعير تعيد استيعاب تكاليف خلق الحطام، لا يوجد حافز مالي للمشغلين لتجاوز الحد الأدنى من الامتثال.

المقترحات لمعالجة هذا تشمل رسوم استخدام مداري (دفع رسم لكل قمر سنوي يعكس مساهمة خطر الاصطدام)، متطلبات تأمين ضد الحطام، وسندات إزالة إلزامية. لم يتم تطبيق أي منها على نطاق واسع، والتنسيق الدولي المطلوب لتنفيذها بفعالية كبير.

ما تغير مؤخرًا هو أن المشغلين الأكثر تعرضًا لمشكلة الحطام — مشغلي الأبراج الكبيرة الذين سيتأثرون أكثر بحدث كيسلر في نطاق ارتفاعهم التشغيلي — بدأوا يعتبرون استدامة المدار قضية حاسمة للأعمال بدلاً من مجرد ممارسة امتثال تنظيمي. هذا التحول في بنية الحوافز قد يفعل في النهاية أكثر لمعالجة المشكلة من أي إطار تنظيمي.