ردیابی محل دقیق زباله‌های فضایی با استفاده از لیزر

به گزارش پایگاه خبری ساینس دیلی، زباله‌های فضایی می‌توانند شامل پدیده‌های طبیعی (مانند شهاب سنگ) یا محصولات مصنوعی ساخت دست بشر (مانند بقایای فضاپیما، ماهواره و موشک) باشند.
شهاب سنگ‌ها معمولا در مدار خورشید قرار دارند؛ در حالی که اکثر زباله‌های مصنوعی، در مدار زمین قرار دارند. معمولا به آثار باقی‌مانده از پدیده‌هایی مانند شهاب سنگ، بقایای مداری گفته می‌شود. در حالی‌که بقایای دست ساز، بیشتر به زباله‌های فضایی معروف هستند. معمولا زباله‌های فضایی از فضاپیماهای غیر قابل استفاده، تجهیزات نقلیه رها شده در فضا یا تکه‌های این تجهیزات تشکیل می‌شوند.
با توجه به روند رو به رشد تعداد زباله‌های فضایی، تجهیزات فضایی و به ویژه ایستگاه فضایی بین‌المللی و سفینه‌های فضایی و فضاپیماهای سرنشین‌دار، در معرض تهدید جدی قرار دارند. در حال حاضر مدار زمین از نظر زباله‌های فضایی برای حرکت فضاپیماها خطرناک نیست؛ ولی کمتر از پنجاه سال دیگر بر اثر فعالیت‌های فضایی می‌تواند کاملا خطرناک باشد.
محققان چینی برای حل این مشکل مجموعه‌ای الگوریتم برای تلسکوپ‌های لیزری توسعه داده‌اند که در تشخیص محل دقیق زباله‌های فضایی موثر است. این فناوری با استفاده از یک شبکه عصبی، زباله‌هایی با سطح مقطع یک متر مربع و به فاصله هزار و ۵۰۰ کیلومتری را تشخیص می‌دهد. از بازتاب باریکه لیزر برای تعیین محل دقیق اجرام استفاده می‌کند.
بر اساس گزارش ناسا در سال ۲۰۱۳، بیش از ۲۰ هزار زباله فضایی بزرگتر از توپ بیسبال در مدار زمین قرار دارد. حداکثر سرعت این بقایا، ۱۷ هزار و ۵۰۰ مایل بر ساعت است که به راحتی می‌توانند به تجهیزات فضایی آسیب بزنند. در این گزارش آمده است که ۵۰۰ هزار قطعه به اندازه یک تیله یا بزرگتر نیز در مدار زمین وجود دارد. همچنین میلیون‌ها ذره کوچک دیگر وجود دارند که به دلیل سایز کوچک، قادر به ردیابی نیستند.
نیکلاس جانسون، دانشمند ارشد ناسا در زمینه زباله‌های فضایی بر این باور است که بزرگترین خطر برای ماموریت‌های فضایی، زباله‌های غیر قابل ردیابی هستند.
در سال ۱۹۹۶ میلادی، یک ماهواره فرانسوی با زباله باقیمانده از یک راکت فرانسوی که یک دهه قبل منفجر شده بود برخورد کرد و آسیب دید. در فوریه سال ۲۰۰۹ میلادی، یک ماهواره بی استفاده روسی با ماهواره تجاری ایریدیوم آمریکا برخورد کرد و سبب نابود شدن ماهواره آمریکایی شد. این برخورد باعث بوجود آمدن دو هزار زباله فضایی قابل ردیابی جدید شد. آزمایش ضد ماهواره کشور چین در سال ۲۰۰۷ که به منظور نابودی یک ماهواره هواشناسی قدیمی صورت گرفت، بیش از سه هزار زباله فضایی تولید کرد.

راهکارهای صورت گرفته برای مقابله با زباله های فضایی
سازمان فضایی آمریکا (ناسا)، دستورالعمل‌های ویژه‌ای را تحت عنوان قوانین پرواز، تنظیم کرده که سایر اقدامات حیاتی از جمله گریختن از زباله فضایی را برای ایمنی سرنشینان و فضاپیما مشخص می‌کند. از طرفی با برآورد سرعت و مکان زباله فضایی و با استفاده از محاسبات فیزیکی، می‌توان از برخورد زباله با تجهیزات اجتناب کرد.
وزارت دفاع آمریکا نیز مجموعه‌ای بسیار دقیق از زباله‌های بزرگتر از توپ بیسبال در مدار زمین را در اختیار دارد. ناسا و وزارت دفاع آمریکا، با همکاری یکدیگر، مسؤولیت توصیف محیط زیست ماهواره‌ها را بر عهده دارند. شبکه نظارت فضایی وزارت دفاع آمریکا، زباله‌های به اندازه حدود دو اینچ (پنج سانتی متر) در مدار پایین زمین و حدود یک متر در مدار همزمان با زمین را ردیابی می‌کند. در حال حاضر حدود ۱۵ هزار شی در مدار قرار دارند و در کاتالوگ وزارت دفاع قید شده‌اند. تعداد کل اشیای ردیابی شده از ۲۱ هزار تجاوز می‌کند. ناسا با استفاده از حسگرهای مخصوص زمین و بازرسی سطح ماهواره‌های بازگشته از فضا، جمعیت آماری زباله‌های کوچکتر از چهار اینچ (۱۰ سانتی متر) را برعهده دارد. خطر برخورد با زباله‌های فضایی با توجه به ابعاد شی، به سه دسته اشیای بزرگتر از چهار اینچ، اشیای کوچکتر از چهار اینچ و کوچکتر از نیم اینچ تقسیم بندی می‌شود که هریک راهکارهای منحصر بفردی دارند.
نتایج این مطالعه در نشریه Journal of Laser Applications منتشر شده است.