الحطام الفضائي أزمة متزايدة — والصناعة تأخذها على محمل الجد أخيرًا
لقد ترك عصر الفضاء أثرًا. كل مرحلة صاروخية لم تخرج من المدار، وكل قمر صناعي نفد وقوده قبل أن يتمكن من خفض مداره، وكل تصادم حطم جسمين إلى آلاف الشظايا — ساهم كل منها في حقل متزايد من الحطام الذي يدور حول الأرض بسرعات تصل إلى 28000 كيلومتر في الساعة. بهذه السرعات، تحمل شظية بحجم 1 سنتيمتر طاقة حركية تعادل قنبلة يدوية.
تتابع شبكة المراقبة الفضائية الأمريكية حاليًا حوالي 27000 جسم أكبر من 10 سنتيمترات. تصل تقديرات الأجسام بين 1 و 10 سنتيمترات إلى حوالي 500000. بالنسبة للشظايا الأصغر من 1 سنتيمتر — كبيرة بما يكفي لإتلاف أو تدمير قمر صناعي — يبلغ الرقم حوالي 130 مليونًا. لا يمكن تتبع أي من الأجسام التي يقل حجمها عن 10 سنتيمترات بشكل موثوق باستخدام أنظمة الرادار الأرضية الحالية، مما يعني أن الأقمار الصناعية النشطة تناور لتجنب الأجسام التي يمكنها رؤيتها، ولا يمكنها إلا أن تأمل في الباقي.
كيف وصلنا إلى هنا
تراكمت مشكلة الحطام تدريجيًا على مدى 65 عامًا من النشاط الفضائي. لم تكن لدى برامج الفضاء المبكرة متطلبات للخروج من المدار — كانت الصواريخ تُطلق، وتُترك مراحلها العلوية في المدار، وتعمل الأقمار الصناعية حتى تتعطل دون أي ترتيب للتخلص منها. تراكم الحطام في بيئة المدار الأرضي المنخفض (LEO) تحت ارتفاع 2000 كيلومتر، حيث تعمل معظم أقمار رصد الأرض والاتصالات والعلمية، من كل دولة فضائية كبرى.
حدثان سرّعا المشكلة بشكل حاد. في عام 2007، أجرت الصين اختبار صاروخ مضاد للأقمار الصناعية على قمرها الصناعي للطقس Fengyun-1C على ارتفاع 865 كيلومترًا، مما خلق حوالي 3500 جسم حطامي مرصود وما يقدر بـ 150000 شظية — أكبر حدث فردي لتوليد الحطام في التاريخ. في عام 2009، اصطدم القمران الصناعيان Iridium 33 و Cosmos 2251 فوق سيبيريا على ارتفاع 789 كيلومترًا، مما ولّد حوالي 2300 شظية مفهرسة وأصبح أول اصطدام عرضي بين قمرين صناعيين سليمين.
أظهر كلا الحدثين أن الحطام لا يختفي على مقياس زمني بشري. الأجسام على ارتفاع 800-1000 كيلومتر لها أعمار مدارية تقاس بالعقود إلى القرون. لا تزال الشظايا الناتجة عن كلا الحادثين في الأعلى، وهي تدور ببطء إلى الأسفل مع مقاومة الغلاف الجوي في تلك الارتفاعات — الرقيقة جدًا ولكن غير الصفرية — التي تآكل مداراتها على مر السنين والعقود.
خطر متلازمة كسلر
في عام 1978، وصف عالم ناسا دونالد كسلر سيناريو أصبح الشغل الشاغل لمجتمع الحطام: إذا وصلت الكثافة المدارية إلى عتبة حرجة، تصبح تصادمات الحطام ذاتية الاستدامة. كل تصادم يخلق حطامًا جديدًا، مما يسبب المزيد من التصادمات، التي تخلق المزيد من الحطام، في شلال هارب يملأ طبقة مدارية تدريجيًا بالشظايا حتى تصبح غير قابلة للعبور فعليًا. ستتكشف العملية على مدى سنوات إلى عقود، وليس ساعات — ولكن بمجرد أن تبدأ، لا يمكن إيقافها.
ما إذا كنا حاليًا فوق تلك العتبة في أي نطاق مداري معين هو أمر محل نقاش نشط. تشير بعض النماذج إلى أن نطاقات ارتفاعية معينة حوالي 800-1000 كيلومتر موجودة بالفعل في نظام تكون فيه تصادمات الحطام بالحطام هي المصدر المهيمن للشظايا الجديدة، حتى بدون أي عمليات إطلاق إضافية. لقد أدى عصر الكوكبات الضخمة الحالية — Starlink من SpaceX، و Kuiper من Amazon، و OneWeb، ونظائرها الصينية التي تنشر آلاف الأقمار الصناعية في وقت واحد — إلى زيادة عدد الأجسام النشطة بشكل كبير ويرفع احتمالية التصادم على ارتفاعات LEO حتى للأقمار الصناعية التي تناور بنشاط.
النعمة المنقذة لـ LEO هي مقاومة الغلاف الجوي. تحت ارتفاع حوالي 600 كيلومتر، تخرج الأجسام من المدار بشكل طبيعي في غضون سنوات إلى عقود دون دفع. تصمم SpaceX أقمار Starlink لتخرج من المدار في غضون خمس سنوات من نهاية العمر. تكون مشكلة الحطام أكثر حدة على ارتفاعات أعلى — 700-1200 كيلومتر — حيث تكون المقاومة غير كافية لتنظيف الحطام على أي مقياس زمني ذي صلة بالسياسات.
إزالة الحطام النشطة: صناعة ممولة
لعقود، كانت إزالة الحطام النشطة (ADR) مفهومًا بحثيًا دون مسار تجاري. التحديات التقنية هائلة: أجسام الحطام غير متعاونة (غير مصممة للالتقاط)، وغالبًا ما تتأرجح بشكل غير متوقع، ومنتشرة عبر آلاف المدارات المختلفة التي تتطلب تخطيط مهمة فردي لكل هدف. كانت الاقتصاديات أيضًا غير واضحة — من يدفع لإزالة حطام شخص آخر؟
هذا يتغير. أكملت Astroscale، وهي شركة ناشئة يابانية تأسست في عام 2013، أول مهمة عرض لإزالة الحطام في العالم في عام 2021 (ELSA-d)، واختبرت الالتقاط المغناطيسي لهدف متعاون في المدار. تقوم مهمتها ADRAS-J، الممولة من JAXA، حاليًا بفحص جسم صاروخ ياباني معطل — المرحلة العليا H-IIA — على ارتفاع حوالي 600 كيلومتر، مع محاولة التقاط متابعة مخطط لها. جمعت Astroscale أكثر من 300 مليون دولار وهي الشركة التجارية الرائدة في ADR.
تقوم ClearSpace، وهي شركة ناشئة سويسرية تم اختيارها من قبل ESA لمهمة ClearSpace-1، بتصميم مركبة فضائية لالتقاط وإخراج محول الصاروخ VESPA من المدار الذي تركته عملية إطلاق ESA في عام 2013. المهمة مقررة لعام 2026 وستكون أول عملية إزالة تجارية لجسم حطام فعلي (في مقابل هدف عرض تعاوني). تدفع ESA حوالي 120 مليون يورو للمهمة.
تقوم شركات أقمار الاتصالات D-Orbit و Exolaunch و Rocket Lab ببناء دفع نهاية العمر في منصاتها كمعيار. يتضمن تصميم Starlink من SpaceX صراحةً قدرة على الخروج من المدار، وسجل الشركة التشغيلي — مع نجاح أكثر من 99٪ من أقمار Starlink التي خرجت من المدار في إعادة الدخول في الموعد المحدد — يضع معيارًا عمليًا بدأ المنظمون في إضفاء الطابع الرسمي عليه.
المشهد التنظيمي
توجد مبادئ توجيهية لتخفيف الحطام من لجنة التنسيق المشتركة بين الوكالات للحطام الفضائي (IADC) منذ عام 2002، لكنها إرشادات وليست قواعد ملزمة. قامت لجنة الاتصالات الفيدرالية الأمريكية (FCC) بتحديث قواعد الحطام المداري في عام 2022، مما يتطلب من الأقمار الصناعية الجديدة في LEO الخروج من المدار في غضون خمس سنوات من نهاية العمر (تم تقليصه من المبدأ التوجيهي السابق البالغ 25 عامًا). اعتمد العديد من المنظمين الوطنيين الآخرين قواعد مماثلة أو يقومون بتطويرها.
المشكلة التنظيمية الأصعب هي المسؤولية. تعين معاهدة الفضاء الخارجي المسؤولية عن الأجسام الفضائية لدولتها المُطلقة، لكن التحدي العملي المتمثل في نسب تصادم حطام إلى فاعل وطني معين — خاصة بالنسبة لشظايا الصواريخ التي يبلغ عمرها 40 عامًا وغير الواضحة المصدر — يجعل إطار المسؤولية صعب التنفيذ. مسؤولية المنتج الموسعة — التي تتطلب من مشغلي الأقمار الصناعية تقديم ضمان ضد مخاطر الحطام الخاصة بهم، كما يطلب بعض شركات التأمين الآن — هي الآلية الأكثر احتمالاً لخلق ضغط تجاري لتحسين التخلص من نهاية العمر.
مشكلة العموميات المدارية حقيقية: لا توجد شركة أو دولة واحدة لديها حافز كافٍ لتنظيف الحطام الذي لم تخلقه. الحطام الذي خلفته عمليات الإطلاق السوفيتية والأمريكية من الستينيات والسبعينيات هو مشكلة الجميع ومسؤولية لا أحد. تمثل الصناعة الناشئة حول ADR بداية حل، لكن إزالة الأجسام الأكثر أهمية — الأقمار الصناعية الكبيرة المعطلة وأجسام الصواريخ التي ستتحطم إلى ملايين القطع إذا اصطدمت — تتطلب مستوى من الاستثمار والتنسيق الدولي لم يتحقق بعد.