איך זה שלוויינים לא מתנגשים בחלל כל יום? מה עושים כשהם כן מתנגשים ואיך נתמגן מפני פסולת החלל?
אפקט קסלר: מהי פסולת חלל?
יוגורט הוא לא פסולת, אבל גביע יוגורט ריק משנות השישים הוא בהחלט פסולת. אותו עיקרון תקף גם לגבי חלליות: לוויינים ישנים, מכלי דלק ריקים, כפפות של אסטרונאוטים שאבדו לנצח – כל מה שיצא מכלל שימוש בחלל נקרא פסולת חלל.
פסולת חלל אפשר למצוא כמעט בכל מקום במערכת השמש שהאנושות ביקרה בו. על הירח לבדו, למשל, השארנו עד היום כ-200 טון פסולת. הפסולת שפיזרנו בחלל הרחוק לא מטרידה במיוחד. הפסולת שנעה בחלל הקרוב לכדור הארץ, לעומת זאת, מדאיגה מאוד, כי דרכו אנחנו יוצאים אל החלל.
לפי לפי UNOOSA, משרד האו"ם לענייני החלל החיצון, נכון ל-2021, 2,700 הלוויינים הפעילים המקיפים היום את כדור הארץ חולקים את החלל עם 8,800 טון פסולת. אלה כוללים חלקי משגרים לוויינים שיצאו מכלל שימוש ושרידים שונים, מזוהים או בלתי מזוהים.
אלא שבניגוד לאותו גביע יוגורט בחצר, פסולת בחלל יכולה להיות מסוכנת מאוד. המהירות הממוצעת של עצם במסלול סביב כדור הארץ היא 28,000 קמ"ש, או 7 ק"מ לשנייה. ומאחר שהאנרגיה הקינטית, אנרגיית התנועה של העצם, עולה בהתאם למהירות – עצם בגודל קליע אקדח יהיה קטלני בחלל בערך פי 100 מאשר אם נירה אותו על פני כדור הארץ. למעשה, האנרגיה הקינטית בחלל גדולה כל כך, שאין צורך בקליעים: מספיקה חתיכת אלומיניום בגודל 1 ס"מ כדי להשבית לוויין או חס חלילה לפגוע באסטרונאוט.
ובדומה ליקום כולו, גם האנטרופיה (כלומר מידת אי-הסדר) של פסולת החלל גדלה, בתהליך שנקרא "אפקט קסלר". דונלד קסלר, חוקר נאס"א לשעבר, חזה את הבעיה במאמר שפרסם כבר ב-1978: כל התנגשות בין עצמים בחלל יוצרת פסולת חלל קטנה יותר ויותר, וזו מגבירה את הסיכוי להתנגשות נוספת, וכן הלאה. אם תגובת השרשרת הזאת תצא מכלל שליטה, היא עלולה לסכן את הכדאיות ואת הבטיחות של כל הפעילות האנושית בחלל.
אבל האם זה באמת קורה? האם אי פעם התנגשו לוויינים בחלל?
האם לוויינים מתנגשים בחלל?
החלל הוא גדול, וזו הסיבה העיקרית שאנחנו לא שומעים כל יום על התנגשויות לוויינים. עם זאת, הסטטיסטיקה מספרת שעד כה – שנת 2020 – אירעו כ-290 אירועי התנגשות של פסולת חלל בפסולת חלל – או של פסולת חלל קטנה בלוויינים או בתחנת החלל הבינלאומית. אבל היו גם פגיעות גדולות בהרבה, של לוויינים בלוויינים.
בפברואר 2009 התנגש לוויין רוסי ישן בלוויין תקשורת אמריקני של חברת אירידיום תקשורת. הלוויין הרוסי, קוסמוס-2251, היה לוויין צבאי ששוגר ב-1993 ויצא מכלל שימוש ב-1995, כלומר היה פסולת חלל. ואילו הלוויין האמריקני, אירידיום-22, שוגר ב-1997, נמנה עם 66 לוויינים במערך של חברת אירידיום, ועדיין היה פעיל בזמן התאונה. הלוויינים התנגשו בגובה של 789 ק"מ מעל סיביר ובמהירות של 42,000 קמ"ש.
כ-2,000 רסיסים הגדולים מ-10 ס"מ, ועוד אינספור רסיסים קטנים יותר, התפזרו בעקבות ההתנגשות. חלקם הספיק להישרף באטמוספירה, וחלקם יהיה איתנו לעוד שנים רבות. ב-2012, חתיכה קטנה מקוסמוס-2251 חלפה במרחק מבהיל של 120 מטר מתחנת החלל הבינלאומית. ששת אנשי הצוות תפסו מחסה בחללית סויוז שעגנה בתחנה.
4EDd2yM6WsAAJVU6.jpg
למעשה, החלל הקרוב לכדור הארץ צפוף עד כדי כך שגם בלי פסולת חלל, כלומר כלי שאבדה עליו השליטה, קיימת בו סכנת התנגשות מתמדת. רק ב-2019 נמנע אסון כבד כאשר הלוויין אאוליס של סוכנות החלל האירופית ביצע תמרון חירום כדי לחמוק מהתנגשות עם לוויין ממערך 12,000 לווייני התקשורת סטארלינק של אילון מאסק. אגב, אם הפרויקט של סטארלינק יתממש במלואו, מספר הלוויינים הפעילים יגדל פי חמישה, ואנחנו צפויים לראות הרבה מאוד התנגשויות וכמעט-התנגשויות בחלל.
5Snapshot - 2.jpg
אבל ההתנגשויות והכמעט-התנגשויות האלה הן כאין וכאפס לעומת טיפשות האדם, שבכוונה תחילה יצר הרבה מהזיהום שאנו רואים בחלל. אז מה היה האסון הסביבתי החמור ביותר בחלל?
מה היה האסון הסביבתי החמור ביותר בתחום פסולת החלל?
6Fengyun-1C_debris.jpg
בתואר המפוקפק של האסון הסביבתי החמור ביותר בתחום פסולת החלל, זוכה כנראה פרויקט וסט פורד האמריקני.
בתקופת המלחמה הקרה נהג צבא ארצות הברית להעביר מסרים סודיים לבעלי בריתו באירופה באמצעות כבלים תת-ימיים באוקיינוסים. האמריקנים חששו שבזמן מלחמה ממשית הרוסים יחתכו את הכבלים הללו וינתקו את אירופה מאמריקה. לכן תכנן הצבא האמריקני לשגר לחלל מיליוני אנטנות זעירות, מחטי נחושת באורך 1.7 ס"מ כל אחת, שיקיפו את כדור הארץ כחגורה. גלי הרדיו שישודרו מארצות הברית יינתזו בחזרה מהאנטנות וייקלטו באירופה – ולהפך.
לכאורה הפרויקט הוכיח את עצמו. ב-9 במאי 1963 פוזרו בהצלחה 480 מיליון מחטים בגובה של בין 3,500 ל-3,800 ק"מ מעל פני הקרקע, והאמריקנים הצליחו להעביר גלי רדיו ממסצ'וסטס לקליפורניה. אך למעשה היה זה פרויקט אנכרוניסטי והרסני. אנכרוניסטי – כי עד שיצא לפועל כבר היו לווייני תקשורת ולא היה כל צורך במחטים, והרסני – כי מיליוני המחטים יצרו חגורה של פסולת חלל שאיימה לעצור כל יציאה של האדם לכוכבים. ברית המועצות מחתה בתוקף נגד הפרויקט, שלטענתה נועד לאפשר לאמריקנים להדביק את הפער במרוץ החלל.
כך או כך, שנים רבות אחרי שתקשורת לוויינים נעשתה מובנית מאליה, רגילה כמו תנורי מיקרוגל – המחטים עדיין איתנו. ארצות הברית הגנה על הפרויקט בטענה שקרני השמש ילחצו על המחטים הזעירות (כמו למשל במפרשית שמש) – ובתוך שלוש שנים כולן יישרפו באטמוספירה. בפועל, מיליוני מחטים עוד מקיפות את כדור הארץ ומסכנות לוויינים ואסטרונאוטים. יתרה מכך, לא כל המחטים התפזרו בהצלחה, ונכון ל-2019 נאס"א עוקבת אחר מסלולם של ארבעים צבירי מחטים. במקרה של פגיעה באחת הערמות, המחטים יתפזרו לכל עבר.
מה לגבי העת האחרונה? אירוע טינוף החלל הגדול ביותר בעשורים האחרונים אירע כאשר ב-11 בינואר 2007 שיגרה סין טיל נגד לוויין שלה עצמה. הטיל פגע בלוויין חיזוי סיני במשקל 750 ק"ג ובגובה 865 ק"מ מעל הקרקע. ההתנגשות הייתה חזיתית, במהירות של 8 ק"מ לשנייה, ונועדה לאותת לארצות הברית שסין מסוגלת להפיל כל לוויין בחלל במקרה של עימות צבאי בין המעצמות.
המסר נקלט, אבל השברים עדיין כאן. ההתנגשות יצרה חגורה של כ-2,000 שברים שניתן לעקוב אחריהם, ועוד כ-150,000 שברים זעירים שאינם מופיעים בשום מכ"ם. נאס"א מעריכה ששליש מהשברים הגדולים יישארו במסלול לפחות עד שנת 2035.
אירוע דרמטי לא פחות התרחש בסוף נובמבר, 2021, כאשר גם רוסיה ערכה ניסוי בטיל על מנת להרוס לוויין ישן של עצמה. הטיל השמיד את המטרה בגובה 485 ק"מ מעל פני הים – ויצר ענן שברים המונה לכל הפחות 1,500 חתיכות שניתנות למעקב, ועוד מאות אלפי חתיכות של פסולת חלל מזעריות מדי למעקב רדאר, ואלו מאיימות עתה על כל לוויין בגובה דומה. בגלל השברים נאס"א ביטלה הליכת חלל ולווייני סטארלינק של ספייס אקס נאלצו לשנות מסלול.
ASAT_0.jpg
אז מה עושים במקרה ששבר סיני או מחט אמריקנית עפים לעברכם בחלל?
האם אפשר לחמוק מפסולת חלל?
7debris-1974372_1280.jpg
התשובה הקצרה: אי אפשר לחמוק מפסולת חלל כמו בורג שטס במהירות של 28,000 קמ"ש. אבל יש כמה צעדי מנע שניתן לנקוט.
קודם כול, אפשר לא להיות שם. הצבא האמריקני, סוכנות החלל האירופית וגופים נוספים עוקבים ללא הפסקה אחר פסולת חלל. המעקב הזה של טלסקופים ומכ"מים נועד להזהיר לוויינים, חלליות ואת תחנת החלל הבינלאומית מפני פגיעה אפשרית – ותמרוני התחמקות הפכו כמעט לשגרה עבור הצבאות, סוכנויות החלל וחברות התקשורת. הבעיה בשיטה הזאת (מעבר לעובדה שצריך להתחמק, כלומר לבזבז דלק) היא שלא ניתן לעקוב אחר חלקיקים הקטנים מכדור גולף – וגם הם יכולים להיות קטלניים.
פתרון אחר בקטגוריית הבריחה הוא לעלות למסלול הקפה גבוה יותר. פסולת החלל מרוכזת במסלול לווייני נמוך סביב כדור הארץ, בגובה של עד 2,000 ק"מ. מעבר לגבוה זה יש יותר מקום (פשוט כי שטח הפנים של המסלולים גדל) – והרבה פחות מהמורות. אלא שכדי להגיע לשם צריך לשרוף יותר דלק בשיגור. יותר דלק, פירושו של דבר חללית כבדה יותר; וחללית כבדה יותר – פירושו של דבר יותר דלק. מעגל הקסמים הזה, שנקרא בשם ההולם "עריצות משוואות הטילים", בא על חשבון המשקל המקסימלי של המטען המחקרי או המסחרי שרוצים לשלוח לחלל.
אבל לא חייבים לברוח: יש גם פתרונות מיגון.
איך אפשר להגן על לוויינים מפני פסולת חלל?
8i6yckt00gzgm0hzsy2bh.0.0.jpg
פתרון המיגון המפורסם ביותר הוא "מגן וויפל", שהמציא האסטרונום האמריקני פרנק וויפל. מאחר שהוספת שכבות מיגון לחללית הופכת אותה לכבדה יותר (ושוב: על חשבון המטען), וויפל הציע פתרון מחוכם: מגן דקיק שאינו חוסם את העצם הפוגע אלא שובר ומפזר אותו.
אז איך עושים את זה? בונים חללית שהדפנות שלה מורכבות מכמה שכבות שיש ביניהן רווחים זעירים. כשהחלקיק פוגע בשכבה החיצונית ביותר, הוא נמס בחום שנוצר בפגיעה – ומגיע לשכבה הבאה כשהוא נוזלי, שבור או סתם בלי חלק מהתנופה שלו, שאבד לו בפגיעה הראשונה. מגיני וויפל יכולים להגן על חלליות מאוישות ובלתי מאוישות מפני עצמים הנעים במהירות של 3–18 ק"מ לשנייה – אבל רק מפני עצמים זעירים ביותר, כמו חלקיק הצבע שכמעט ניפץ את שמשת תחנת החלל הבינלאומית ב-2016. עצם מתכתי גדול מכדור גולף יקרע את מגן וויפל כמו נייר.
אז מה כן אפשר לעשות? איך אפשר לנקות את פסולת החלל?
מהם הפתרונות לאיסוף פסולת החלל?
9mev_render.jpg
ב-2018 פרשה תחנת החלל הבינלאומית רשת והעלתה בחכתה ננו-לוויין. הניסוי של חברת NanoRacks הוכתר בהצלחה: החיישנים של NanoRacks זיהו את העצם הפוגע, תחנת החלל "ניצלה" והננו-לוויין נשלח להישרף באטמוספירה.
אלא שעצם גדול יותר מהננו-לוויין שנבחר למשימה היה קורע את הרשת, ואילו עצם קטן יותר לא היה נקלט במצלמת ה-3D של החברה. ובסופו של דבר, אם נצטרך לצרף את החיישנים ואת הרשת של NanoRacks לכל משימה שיוצאת מכדור הארץ, הם יבואו על חשבון המטען המדעי שלשמו שיגרנו את החללית מלכתחילה.
המון פתרונות יצירתיים הוצעו לטיפול בפסולת החלל. סוכנות החלל היפנית JAXA, למשל, שיגרה ב-2019 מוט אלקטרומגנטי באורך 700 מטרים שאמור היה למשוך אליו פסולת חלל מתכתית, ולאחר מכן להישרף באטמוספירה יחד עם הפסולת. למרבה הצער, המוט לא נפרש בהצלחה. חברות כמו אפקטיב ספייס הישראלית, ותאגיד התעופה נורת'רופ גראמן שיגרו מכליות דלק שנועדו להאריך את חייהם של לוויינים – במקום שייגמר להם הדלק והם יהפכו לעוד פסולת חלל.
רק החודש הכריזה סוכנות החלל האירופית – ששוקדת יותר מכל גוף אחר על ניקוי החלל – כי ב-2025 היא תשגר את ClearSpace1. החללית תשלוף ארבע זרועות ותנסה לתפוס את Vespa, השלב האחרון במשגר הרב-שלבי וגה של סוכנות החלל האירופית, ששוגר ב-2013. ClearSpace1 תחבק את הרקטה, שמשקלה כ-100 ק"ג, ויחד הן יצללו אל מותן המפואר בהתפרקות באטמוספירה.
אבל האמת המרה היא שכל פתרון אפשרי לבעיה המצטברת והולכת של פסולת חלל יהיה חלקי ויקר, ואף אחד לא ישלם מיליארדי דולרים כדי לנקות את הנכס המשותף, גם לא האירופאים.
הפתרון הריאלי ביותר יהיה פשוט לתת לזמן לעשות את שלו, ולפסולת החלל – להישרף באטמוספירה בשל גרר אטמוספירי. זה ייקח שנים, אבל זה יקרה בסופו של דבר – בהנחה שלא נמשיך לזהם, בקצב הולך וגובר, את החלל הקרוב אלינו. לכן האו"ם דן בהצעות קונקרטיות להגביל בחוק את מספר הלוויינים שניתן לשגר ללא תוכנית מסודרת לסיום החיים שלהם.