פסולת חלל: האיום הגובר וטכנולוגיות לניקוי מסלולי

חקר וניצול החלל על ידינו הביאו תועלות עצומות לאנושות, החל מתקשורת וניווט גלובליים ועד לחיזוי מזג אוויר ותגליות מדעיות. עם זאת, עשרות שנים של פעילויות בחלל הביאו גם לבעיה הולכת וגוברת: פסולת חלל, הידועה גם כפסולת מסלולית או זבל חללי. פסולת זו מהווה איום משמעותי על לוויינים פעילים, משימות חלל עתידיות, ועל הקיימות ארוכת הטווח של פעילויות בחלל.

מהי פסולת חלל?

פסולת חלל כוללת את כל העצמים הלא-פונקציונליים מעשה ידי אדם הנמצאים במסלול סביב כדור הארץ. זה כולל:

• לוויינים שיצאו מכלל שימוש: לוויינים שהגיעו לסוף חייהם התפעוליים אך נותרו במסלול.
• גופי טילים: שלבים עליונים של טילים ששיגרו לוויינים למסלול.
• שברי פיצול: חתיכות של לוויינים וטילים שהתפרקו עקב פיצוצים, התנגשויות או בלאי.
• פסולת הקשורה למשימה: עצמים ששוחררו במהלך פריסת לוויינים או פעולות משימה, כגון מכסי עדשות או טבעות מתאם.
• פסולת קטנה: אפילו עצמים זעירים, כמו פתיתי צבע או סיגים ממנועי דלק מוצק, יכולים לגרום לנזק משמעותי בשל מהירותם הגבוהה.

רשת המעקב החללי של ארצות הברית (SSN) עוקבת אחר עצמים הגדולים מ-10 ס"מ במסלול נמוך סביב כדור הארץ (LEO) וגדולים ממטר אחד במסלול גאוסטציונרי (GEO). עם זאת, ישנם מיליוני חלקי פסולת קטנים יותר, שקטנים מכדי שניתן יהיה לעקוב אחריהם אך עדיין מהווים איום.

הסכנות שבפסולת חלל

הסכנות הנשקפות מפסולת חלל הן רב-גוניות:

סיכון התנגשות

אפילו חלקי פסולת קטנים יכולים לגרום נזק משמעותי ללוויינים פעילים בשל המהירויות הגבוהות שבהן הם נעים במסלול (בדרך כלל סביב 7-8 ק"מ לשנייה ב-LEO). התנגשות אפילו עם עצם קטן עלולה להשבית או להרוס לוויין, ולהוביל לאובדן שירותים יקרי ערך וליצירת פסולת נוספת.

דוגמה: בשנת 2009, לוויין רוסי שיצא מכלל שימוש, קוסמוס 2251, התנגש בלוויין תקשורת פעיל של אירידיום, ויצר אלפי חלקי פסולת חדשים.

תסמונת קסלר

תסמונת קסלר, שהוצעה על ידי מדען נאס"א דונלד קסלר, מתארת תרחיש שבו צפיפות העצמים ב-LEO גבוהה מספיק כך שהתנגשויות בין עצמים עלולות לגרום לתגובת שרשרת, ליצור עוד יותר פסולת ולהפוך את הפעילויות בחלל למסוכנות ובלתי מעשיות יותר ויותר. תהליך בלתי נשלט זה עלול להפוך אזורים מסלוליים מסוימים לבלתי שמישים למשך דורות.

עלויות משימה מוגברות

מפעילי לוויינים חייבים להשקיע משאבים במעקב אחר פסולת, בביצוע תמרוני הימנעות מהתנגשות, ובמיגון לוויינים מפני פגיעות. פעילויות אלו מגדילות את עלויות המשימה ואת מורכבותה.

איום על טיסות חלל מאוישות

פסולת חלל מהווה איום ישיר על טיסות חלל מאוישות, כולל תחנת החלל הבינלאומית (ISS). ל-ISS יש מיגון להגנה מפני פסולת קטנה, אך עצמים גדולים יותר מחייבים את התחנה לבצע תמרוני הימנעות.

המצב הנוכחי של פסולת החלל

כמות פסולת החלל גדלה בהתמדה במהלך העשורים האחרונים. לפי סוכנות החלל האירופית (ESA), נכון לשנת 2023, ישנם:

• כ-36,500 עצמים הגדולים מ-10 ס"מ הנמצאים במעקב.
• הערכה של מיליון עצמים בגודל שבין 1 ס"מ ל-10 ס"מ.
• מעל 130 מיליון עצמים הקטנים מ-1 ס"מ.

רוב הפסולת מרוכזת ב-LEO, שהוא גם האזור המסלולי הנמצא בשימוש הרב ביותר לתצפית על כדור הארץ, תקשורת ומחקר מדעי.

טכנולוגיות לניקוי מסלולי: התמודדות עם הבעיה

התמודדות עם בעיית פסולת החלל דורשת גישה רב-כיוונית, הכוללת הפחתת פסולת, מודעות מצב בחלל (SSA), ופינוי פסולת אקטיבי (ADR). הפחתת פסולת מתמקדת במניעת יצירת פסולת חדשה, בעוד ש-SSA כוללת מעקב וניטור של פסולת קיימת. ADR, מוקד פוסט זה, כולל פינוי אקטיבי של פסולת מהמסלול.

טכנולוגיות חדשניות רבות מפותחות ונבדקות עבור ADR. ניתן לסווג טכנולוגיות אלו באופן כללי לקטגוריות הבאות:

שיטות לכידה

שיטות לכידה משמשות לתפיסה או ריסון פיזי של חתיכת פסולת לפני שניתן להורידה מהמסלול או להעבירה למסלול בטוח יותר. מספר גישות נחקרות:

• זרועות רובוטיות: אלו הם כלים רב-תכליתיים שניתן להשתמש בהם לאחיזה ולתמרון של פסולת. לעיתים קרובות הן מצוידות בקצה-אפקטור (תופסנים) ייעודי כדי להחזיק בבטחה סוגים שונים של עצמים.
• רשתות: ניתן לפרוס רשתות גדולות כדי ללכוד עצמי פסולת, במיוחד כאלה שמתגלגלים או בעלי צורה לא סדירה. לאחר הלכידה, ניתן להוריד את הרשת והפסולת מהמסלול יחד.
• צלצלים: צלצלים משמשים לחדירה ואבטחה של עצמי פסולת. שיטה זו מתאימה ללכידת עצמים מוצקים אך עשויה שלא להתאים לפריטים שבירים או פגומים.
• רתמות: ניתן להשתמש ברתמות אלקטרודינמיות כדי לגרור פסולת מהמסלול באמצעות השדה המגנטי של כדור הארץ. הן יעילות להורדת עצמים גדולים מהמסלול אך דורשות שליטה קפדנית.
• לכידה באמצעות קצף או אירוג'ל: שימוש בענן של קצף דביק או אירוג'ל כדי לעטוף וללכוד פסולת. גישה זו עדיין נמצאת בשלבי פיתוח מוקדמים.

שיטות הורדה ממסלול

לאחר שנלכדה חתיכת פסולת, יש להורידה מהמסלול, כלומר להחזירה לאטמוספירה של כדור הארץ שם היא תישרף. מספר שיטות משמשות להורדה מהמסלול:

• הורדה ישירה מהמסלול: שימוש במנועים כדי להנמיך ישירות את מסלול הפסולת עד לכניסתה מחדש לאטמוספירה. זוהי השיטה הפשוטה ביותר אך דורשת כמות משמעותית של דלק.
• הגברת גרר אטמוספירי: פריסת מפרש גרר גדול או בלון כדי להגדיל את שטח הפנים של הפסולת, ובכך להגביר את הגרר האטמוספירי ולהאיץ את כניסתה מחדש.
• רתמות אלקטרודינמיות: כפי שצוין לעיל, ניתן להשתמש ברתמות גם להורדה מהמסלול על ידי יצירת כוח גרר באמצעות אינטראקציה עם השדה המגנטי של כדור הארץ.

שיטות ללא לכידה

חלק מטכנולוגיות ה-ADR אינן כרוכות בלכידה פיזית של הפסולת. שיטות אלו מציעות יתרונות פוטנציאליים במונחים של פשטות ומדרגיות:

• אבלציית לייזר: שימוש בלייזרים רבי עוצמה כדי לאדות את פני השטח של עצמי פסולת, וליצור דחף המנמיך בהדרגה את מסלולם.
• רועה קרן יונים: שימוש בקרן יונים כדי לדחוף עצמי פסולת הרחק מלוויינים פעילים או למסלולים נמוכים יותר. שיטה זו אינה דורשת מגע ונמנעת מסכנת התנגשות במהלך הלכידה.

דוגמאות למשימות וטכנולוגיות לניקוי מסלולי

מספר משימות וטכנולוגיות פותחו כדי להדגים את ההיתכנות של ADR:

• RemoveDEBRIS (סוכנות החלל האירופית): משימה זו הדגימה מספר טכנולוגיות ADR, כולל רשת, צלצל ומפרש גרר. היא לכדה בהצלחה עצם פסולת מדמה באמצעות רשת ופרסה מפרש גרר כדי להאיץ את הורדתה מהמסלול.
• ELSA-d (Astroscale): משימה זו הדגימה את היכולת ללכוד ולהוריד מהמסלול עצם פסולת מדמה באמצעות מערכת עגינה מגנטית. היא כללה חללית שירות וחללית לקוח שייצגה את הפסולת.
• ClearSpace-1 (סוכנות החלל האירופית): משימה זו, המתוכננת לשיגור בשנת 2026, שואפת ללכוד ולהוריד מהמסלול שלב עליון של Vespa (מתאם מטען משני של וגה), חתיכת פסולת שנותרה במסלול לאחר שיגור טיל וגה. היא תשתמש בזרוע רובוטית כדי ללכוד את ה-Vespa.
• ADRAS-J (Astroscale): משימת ADRAS-J נועדה להיפגש עם חתיכת פסולת גדולה קיימת (שלב עליון של טיל יפני) כדי לאפיין את מצבה ותנועתה. נתונים אלו יהיו חיוניים לתכנון משימות פינוי עתידיות.
• e.Deorbit (סוכנות החלל האירופית - מוצע): משימה מתוכננת ללכוד ולהוריד מהמסלול לוויין נטוש גדול באמצעות זרוע רובוטית. המשימה שואפת להדגים את ההיתכנות הטכנית של פינוי עצמי פסולת גדולים ומורכבים.

אתגרים ושיקולים

למרות ההתקדמות בטכנולוגיית ADR, מספר אתגרים ושיקולים עדיין קיימים:

עלות

משימות ADR יקרות לפיתוח וביצוע. עלות שיגור חללית וביצוע תמרונים מורכבים במסלול יכולה להיות משמעותית. פיתוח פתרונות ADR חסכוניים הוא חיוני כדי להפוך את פינוי הפסולת לכדאי כלכלית.

פיתוח טכנולוגי

טכנולוגיות ADR רבות עדיין נמצאות בשלבי פיתוח מוקדמים ודורשות בדיקות ושכלול נוספים. פיתוח שיטות לכידה והורדה מהמסלול אמינות ויעילות הוא חיוני להצלחת משימות ADR.

מסגרת משפטית ורגולטורית

המסגרת המשפטית והרגולטורית עבור ADR עדיין מתפתחת. ישנן שאלות לגבי אחריות לנזק שנגרם במהלך פינוי פסולת, בעלות על פסולת שפונתה, והפוטנציאל לשימוש בטכנולוגיית ADR למטרות התקפיות. שיתוף פעולה בינלאומי וקביעת הנחיות משפטיות ברורות נחוצים כדי להבטיח פעילויות ADR אחראיות ובנות קיימא.

בחירת מטרות

בחירת עצמי הפסולת הנכונים לפינוי היא קריטית למקסום יעילות מאמצי ה-ADR. תעדוף פינוי של עצמים גדולים ובעלי סיכון גבוה המהווים את האיום הגדול ביותר על לוויינים פעילים הוא חיוני. יש לשקול גורמים כגון גודל העצם, מסתו, גובהו והפוטנציאל שלו להתפצלות.

שיקולים פוליטיים ואתיים

ADR מעלה שיקולים פוליטיים ואתיים, כגון הפוטנציאל לשימוש בטכנולוגיית ADR למטרות צבאיות או לכוון באופן לא הוגן ללוויינים של מדינות אחרות. שקיפות ושיתוף פעולה בינלאומיים הם חיוניים להתמודדות עם חששות אלה ולהבטחת שימוש ב-ADR לטובת הכלל.

מאמצים ושיתופי פעולה בינלאומיים

מתוך הכרה באופייה הגלובלי של בעיית פסולת החלל, ארגונים ויוזמות בינלאומיות רבות פועלים לטיפול בנושא:

• ועדת האו"ם לשימוש של שלום בחלל החיצון (UN COPUOS): ועדה זו מספקת פורום לשיתוף פעולה בינלאומי בנושאים הקשורים לחלל, כולל הפחתת פסולת חלל. היא פיתחה הנחיות להפחתת פסולת חלל המאומצות באופן נרחב על ידי מדינות בעלות יכולת שיגור לחלל.
• הוועדה הבין-סוכנותית לתיאום פסולת חלל (IADC): ועדה זו היא פורום לסוכנויות חלל להחלפת מידע ולתיאום פעילויות הקשורות לפסולת חלל. היא מפתחת הנחיות מוסכמות להפחתת פסולת חלל ומקדמת מחקר על טכנולוגיות ADR.
• דירוג קיימות בחלל (SSR): יוזמה בהובלת הפורום הכלכלי העולמי לקידום פרקטיקות בנות קיימא בחלל. ה-SSR מעריך את קיימות משימות החלל על בסיס גורמים כגון אמצעי הפחתת פסולת ויכולות הימנעות מהתנגשות.

מאמצים בינלאומיים אלה חיוניים לטיפוח שיתוף פעולה, שיתוף שיטות עבודה מומלצות, ופיתוח גישות משותפות להתמודדות עם בעיית פסולת החלל.

עתיד הניקוי המסלולי

עתיד הניקוי המסלולי יכלול ככל הנראה שילוב של התקדמות טכנולוגית, שינויי מדיניות ושיתוף פעולה בינלאומי. מגמות והתפתחויות מרכזיות שיש לעקוב אחריהן כוללות:

• התקדמות בטכנולוגיית ADR: מחקר ופיתוח מתמשכים של טכנולוגיות ADR יעילות וחסכוניות יותר, כגון זרועות רובוטיות, רשתות ואבלציית לייזר.
• פיתוח יכולות שירות במסלול: פיתוח חלליות שיכולות לבצע שירות במסלול, כגון תדלוק, תיקון והעברת לוויינים. ניתן להשתמש ביכולות אלו גם לפינוי פסולת.
• יישום אמצעי הפחתת פסולת מחמירים יותר: אימוץ אמצעי הפחתת פסולת מחמירים יותר על ידי מדינות וארגונים בעלי יכולת שיגור לחלל, כולל דרישות להורדה מהמסלול בסוף החיים ופסיבציה של לוויינים.
• מודעות מצב בחלל מוגברת: מעקב וניטור משופרים של פסולת חלל כדי להעריך טוב יותר סיכוני התנגשות ולתכנן תמרוני הימנעות.
• הקמת מסגרת משפטית ורגולטורית מקיפה: פיתוח הנחיות משפטיות ברורות לפעילויות ADR, המתייחסות לסוגיות כגון אחריות, בעלות, והשימוש בטכנולוגיית ADR למטרות צבאיות.

התמודדות עם בעיית פסולת החלל היא חיונית להבטחת הקיימות ארוכת הטווח של פעילויות בחלל ולשמירה על התועלות שחקר וניצול החלל מספקים לאנושות. על ידי השקעה בטכנולוגיית ADR, יישום אמצעי הפחתת פסולת מחמירים יותר, וטיפוח שיתוף פעולה בינלאומי, אנו יכולים ליצור סביבת חלל בטוחה ובת קיימא יותר עבור הדורות הבאים.

סיכום

פסולת חלל היא איום גובר על תשתית החלל שלנו ועל עתיד חקר החלל. פיתוח טכנולוגיות לניקוי מסלולי חיוני להפחתת סיכון זה. בעוד שנותרו אתגרים משמעותיים, מחקר מתמשך, שיתוף פעולה בינלאומי והתקדמות במדיניות מציעים תקווה לסביבה מסלולית נקייה ובטוחה יותר. מחויבותן של ממשלות, סוכנויות חלל וחברות פרטיות ברחבי העולם היא חיונית להבטחת הקיימות ארוכת הטווח של פעילויות בחלל והתועלות המתמשכות שהחלל מספק לאנושות.