अंतरिक्ष मलबा: बढ़ता खतरा और कक्षीय सफाई प्रौद्योगिकियाँ

हमारे अंतरिक्ष अन्वेषण और उपयोग ने मानवता को अपार लाभ पहुँचाया है, वैश्विक संचार और नेविगेशन से लेकर मौसम पूर्वानुमान और वैज्ञानिक खोज तक। हालाँकि, दशकों की अंतरिक्ष गतिविधियों के परिणामस्वरूप एक बढ़ती हुई समस्या भी सामने आई है: अंतरिक्ष मलबा, जिसे कक्षीय मलबा या स्पेस जंक भी कहा जाता है। यह मलबा परिचालन उपग्रहों, भविष्य के अंतरिक्ष अभियानों और अंतरिक्ष गतिविधियों की दीर्घकालिक स्थिरता के लिए एक महत्वपूर्ण खतरा है।

अंतरिक्ष मलबा क्या है?

अंतरिक्ष मलबे में पृथ्वी की कक्षा में मौजूद सभी गैर-कार्यात्मक, मानव निर्मित वस्तुएँ शामिल हैं। इसमें शामिल हैं:

• निष्क्रिय उपग्रह: वे उपग्रह जो अपने परिचालन जीवन के अंत तक पहुँच चुके हैं लेकिन कक्षा में बने हुए हैं।
• रॉकेट बॉडीज: रॉकेट के ऊपरी चरण जिन्होंने उपग्रहों को कक्षा में लॉन्च किया।
• विखंडन मलबा: विस्फोटों, टकरावों या क्षरण के कारण टूटे हुए उपग्रहों और रॉकेटों के टुकड़े।
• मिशन-संबंधित मलबा: उपग्रह परिनियोजन या मिशन संचालन के दौरान जारी की गई वस्तुएँ, जैसे लेंस कवर या एडाप्टर रिंग।
• छोटा मलबा: पेंट के छोटे कण या ठोस रॉकेट मोटर स्लैग जैसी छोटी वस्तुएँ भी अपने उच्च वेग के कारण महत्वपूर्ण क्षति पहुँचा सकती हैं।

संयुक्त राज्य अमेरिका का अंतरिक्ष निगरानी नेटवर्क (SSN) निम्न पृथ्वी कक्षा (LEO) में 10 सेमी से बड़ी और भूस्थिर कक्षा (GEO) में 1 मीटर से बड़ी वस्तुओं को ट्रैक करता है। हालाँकि, मलबे के लाखों छोटे टुकड़े हैं जो ट्रैक किए जाने के लिए बहुत छोटे हैं लेकिन फिर भी खतरा पैदा करते हैं।

अंतरिक्ष मलबे के खतरे

अंतरिक्ष मलबे से उत्पन्न खतरे बहुआयामी हैं:

टकराव का जोखिम

मलबे के छोटे टुकड़े भी परिचालन उपग्रहों को महत्वपूर्ण नुकसान पहुँचा सकते हैं क्योंकि वे कक्षा में बहुत तेज गति (आमतौर पर LEO में लगभग 7-8 किमी/सेकेंड) से यात्रा करते हैं। एक छोटी वस्तु से भी टक्कर एक उपग्रह को अक्षम या नष्ट कर सकती है, जिससे मूल्यवान सेवाओं का नुकसान होता है और और भी अधिक मलबा पैदा होता है।

उदाहरण: 2009 में, एक निष्क्रिय रूसी उपग्रह, कॉसमॉस 2251, एक परिचालन इरिडियम संचार उपग्रह से टकरा गया, जिससे हजारों नए मलबे के टुकड़े बन गए।

केसलर सिंड्रोम

नासा के वैज्ञानिक डोनाल्ड केसलर द्वारा प्रस्तावित केसलर सिंड्रोम, एक ऐसे परिदृश्य का वर्णन करता है जहाँ LEO में वस्तुओं का घनत्व इतना अधिक हो जाता है कि वस्तुओं के बीच टकराव एक व्यापक प्रभाव पैदा कर सकता है, जिससे और भी अधिक मलबा बनता है और अंतरिक्ष गतिविधियाँ तेजी से खतरनाक और अव्यावहारिक हो जाती हैं। यह अनियंत्रित प्रक्रिया कुछ कक्षीय क्षेत्रों को पीढ़ियों के लिए अनुपयोगी बना सकती है।

मिशन लागत में वृद्धि

उपग्रह ऑपरेटरों को मलबे पर नज़र रखने, टकराव से बचाव के युद्धाभ्यास करने और उपग्रहों को प्रभावों से बचाने के लिए संसाधनों को खर्च करना पड़ता है। ये गतिविधियाँ मिशन की लागत और जटिलता को बढ़ाती हैं।

मानव अंतरिक्ष उड़ान के लिए खतरा

अंतरिक्ष मलबा मानव अंतरिक्ष उड़ान के लिए सीधा खतरा है, जिसमें अंतर्राष्ट्रीय अंतरिक्ष स्टेशन (ISS) भी शामिल है। ISS में छोटे मलबे से बचाने के लिए शील्डिंग है, लेकिन बड़ी वस्तुओं के लिए स्टेशन को बचाव युद्धाभ्यास करने की आवश्यकता होती है।

अंतरिक्ष मलबे की वर्तमान स्थिति

पिछले कई दशकों में अंतरिक्ष मलबे की मात्रा लगातार बढ़ रही है। यूरोपीय अंतरिक्ष एजेंसी (ESA) के अनुसार, 2023 तक, वहाँ हैं:

• लगभग 36,500 वस्तुएँ जो 10 सेमी से बड़ी हैं और ट्रैक की जा रही हैं।
• अनुमानित 1 मिलियन वस्तुएँ 1 सेमी और 10 सेमी के बीच।
• 130 मिलियन से अधिक वस्तुएँ 1 सेमी से छोटी।

अधिकांश मलबा LEO में केंद्रित है, जो पृथ्वी अवलोकन, संचार और वैज्ञानिक अनुसंधान के लिए सबसे अधिक उपयोग किया जाने वाला कक्षीय क्षेत्र भी है।

कक्षीय सफाई प्रौद्योगिकियाँ: समस्या का समाधान

अंतरिक्ष मलबे की समस्या के समाधान के लिए एक बहु-आयामी दृष्टिकोण की आवश्यकता है, जिसमें मलबा शमन, अंतरिक्ष स्थितिजन्य जागरूकता (SSA), और सक्रिय मलबा हटाना (ADR) शामिल है। मलबा शमन नए मलबे के निर्माण को रोकने पर केंद्रित है, जबकि SSA में मौजूदा मलबे पर नज़र रखना और उसकी निगरानी करना शामिल है। ADR, इस ब्लॉग पोस्ट का केंद्र बिंदु, कक्षा से मलबे को सक्रिय रूप से हटाने से संबंधित है।

ADR के लिए कई नवीन प्रौद्योगिकियाँ विकसित और परीक्षण की जा रही हैं। इन प्रौद्योगिकियों को मोटे तौर पर निम्नलिखित श्रेणियों में वर्गीकृत किया जा सकता है:

पकड़ने की विधियाँ

पकड़ने की विधियों का उपयोग मलबे के एक टुकड़े को भौतिक रूप से पकड़ने या रोकने के लिए किया जाता है, इससे पहले कि उसे कक्षा से हटाया जा सके या एक सुरक्षित कक्षा में ले जाया जा सके। कई दृष्टिकोणों की खोज की जा रही है:

• रोबोटिक आर्म्स: ये बहुमुखी उपकरण हैं जिनका उपयोग मलबे को पकड़ने और हेरफेर करने के लिए किया जा सकता है। वे अक्सर विभिन्न प्रकार की वस्तुओं को सुरक्षित रूप से पकड़ने के लिए विशेष एंड-इफ़ेक्टर (ग्रिपर्स) से सुसज्जित होते हैं।
• जाल: बड़े जालों को मलबे की वस्तुओं को पकड़ने के लिए तैनात किया जा सकता है, विशेष रूप से वे जो लुढ़क रही हैं या अनियमित आकार की हैं। पकड़ने के बाद, जाल और मलबे को एक साथ कक्षा से हटाया जा सकता है।
• हार्पून: हार्पून का उपयोग मलबे की वस्तुओं को भेदने और सुरक्षित करने के लिए किया जाता है। यह विधि ठोस वस्तुओं को पकड़ने के लिए उपयुक्त है लेकिन नाजुक या क्षतिग्रस्त वस्तुओं के लिए उपयुक्त नहीं हो सकती है।
• टेथर्स: इलेक्ट्रोडायनामिक टेथर्स का उपयोग पृथ्वी के चुंबकीय क्षेत्र का उपयोग करके मलबे को कक्षा से बाहर खींचने के लिए किया जा सकता है। वे बड़ी वस्तुओं को कक्षा से हटाने के लिए प्रभावी हैं लेकिन सावधानीपूर्वक नियंत्रण की आवश्यकता होती है।
• फोम या एरोजेल कैप्चर: मलबे को घेरने और पकड़ने के लिए चिपचिपे फोम या एरोजेल के बादल का उपयोग करना। यह दृष्टिकोण अभी भी विकास के प्रारंभिक चरण में है।

डीऑर्बिटिंग विधियाँ

एक बार मलबे का एक टुकड़ा पकड़ लिया जाता है, तो उसे डीऑर्बिट करने की आवश्यकता होती है, यानी पृथ्वी के वायुमंडल में वापस लाना जहाँ वह जल जाएगा। डीऑर्बिटिंग के लिए कई तरीकों का इस्तेमाल किया जाता है:

• सीधा डीऑर्बिट: थ्रस्टर्स का उपयोग करके मलबे की कक्षा को सीधे तब तक कम करना जब तक कि वह वायुमंडल में फिर से प्रवेश न कर जाए। यह सबसे सीधा तरीका है लेकिन इसके लिए महत्वपूर्ण मात्रा में प्रणोदक की आवश्यकता होती है।
• वायुमंडलीय ड्रैग वृद्धि: मलबे के सतह क्षेत्र को बढ़ाने के लिए एक बड़े ड्रैग सेल या गुब्बारे को तैनात करना, जिससे वायुमंडलीय खिंचाव बढ़ता है और इसके पुनः प्रवेश में तेजी आती है।
• इलेक्ट्रोडायनामिक टेथर्स: जैसा कि ऊपर उल्लेख किया गया है, टेथर्स का उपयोग पृथ्वी के चुंबकीय क्षेत्र के साथ संपर्क के माध्यम से एक ड्रैग बल उत्पन्न करके डीऑर्बिटिंग के लिए भी किया जा सकता है।

गैर-कैप्चर विधियाँ

कुछ ADR प्रौद्योगिकियों में मलबे को भौतिक रूप से पकड़ना शामिल नहीं है। ये विधियाँ सरलता और मापनीयता के मामले में संभावित लाभ प्रदान करती हैं:

• लेजर एब्लेशन: उच्च शक्ति वाले लेजर का उपयोग करके मलबे की वस्तुओं की सतह को वाष्पीकृत करना, जिससे एक थ्रस्ट बनता है जो धीरे-धीरे उनकी कक्षा को कम करता है।
• आयन बीम शेफर्ड: एक आयन बीम का उपयोग करके मलबे की वस्तुओं को परिचालन उपग्रहों से दूर या निचली कक्षाओं में धकेलना। यह विधि गैर-संपर्क है और पकड़ने के दौरान टकराव के जोखिम से बचाती है।

कक्षीय सफाई मिशनों और प्रौद्योगिकियों के उदाहरण

ADR की व्यवहार्यता को प्रदर्शित करने के लिए कई मिशन और प्रौद्योगिकियाँ विकसित की गई हैं:

• RemoveDEBRIS (यूरोपीय अंतरिक्ष एजेंसी): इस मिशन ने कई ADR प्रौद्योगिकियों का प्रदर्शन किया, जिसमें एक जाल, एक हार्पून और एक ड्रैग सेल शामिल है। इसने एक जाल का उपयोग करके एक नकली मलबे की वस्तु को सफलतापूर्वक पकड़ा और अपने स्वयं के डीऑर्बिटिंग में तेजी लाने के लिए एक ड्रैग सेल तैनात किया।
• ELSA-d (Astroscale): इस मिशन ने एक चुंबकीय डॉकिंग प्रणाली का उपयोग करके एक नकली मलबे की वस्तु को पकड़ने और डीऑर्बिट करने की क्षमता का प्रदर्शन किया। इसमें एक सर्विसर अंतरिक्ष यान और एक क्लाइंट अंतरिक्ष यान शामिल था जो मलबे का प्रतिनिधित्व करता था।
• ClearSpace-1 (यूरोपीय अंतरिक्ष एजेंसी): यह मिशन, जिसे 2026 में लॉन्च करने की योजना है, का उद्देश्य वेगा रॉकेट लॉन्च के बाद कक्षा में छोड़े गए मलबे के एक टुकड़े, वेस्पा (वेगा सेकेंडरी पेलोड एडॉप्टर) ऊपरी चरण को पकड़ना और डीऑर्बिट करना है। यह वेस्पा को पकड़ने के लिए एक रोबोटिक आर्म का उपयोग करेगा।
• ADRAS-J (Astroscale): ADRAS-J मिशन को बड़े मलबे के एक मौजूदा टुकड़े (एक जापानी रॉकेट का ऊपरी चरण) के साथ मिलने के लिए डिज़ाइन किया गया है ताकि उसकी स्थिति और गति का पता लगाया जा सके। यह डेटा भविष्य के हटाने के मिशनों की योजना बनाने के लिए महत्वपूर्ण होगा।
• e.Deorbit (यूरोपीय अंतरिक्ष एजेंसी - प्रस्तावित): एक रोबोटिक आर्म का उपयोग करके एक बड़े परित्यक्त उपग्रह को पकड़ने और डीऑर्बिट करने के लिए एक नियोजित मिशन। इस मिशन का उद्देश्य बड़े, जटिल मलबे की वस्तुओं को हटाने की तकनीकी व्यवहार्यता का प्रदर्शन करना है।

चुनौतियाँ और विचार

ADR प्रौद्योगिकी में प्रगति के बावजूद, कई चुनौतियाँ और विचार बने हुए हैं:

लागत

ADR मिशनों को विकसित करना और निष्पादित करना महंगा है। एक अंतरिक्ष यान को लॉन्च करने और कक्षा में जटिल युद्धाभ्यास करने की लागत महत्वपूर्ण हो सकती है। मलबे को हटाने को आर्थिक रूप से व्यवहार्य बनाने के लिए लागत प्रभावी ADR समाधान विकसित करना महत्वपूर्ण है।

प्रौद्योगिकी विकास

कई ADR प्रौद्योगिकियाँ अभी भी विकास के प्रारंभिक चरण में हैं और उन्हें और अधिक परीक्षण और शोधन की आवश्यकता है। ADR मिशनों की सफलता के लिए विश्वसनीय और कुशल कैप्चर और डीऑर्बिटिंग विधियों का विकास आवश्यक है।

कानूनी और नियामक ढाँचा

ADR के लिए कानूनी और नियामक ढाँचा अभी भी विकसित हो रहा है। मलबे को हटाने के दौरान होने वाले नुकसान के लिए देयता, हटाए गए मलबे के स्वामित्व और ADR प्रौद्योगिकी के आक्रामक उद्देश्यों के लिए उपयोग किए जाने की क्षमता के बारे में सवाल हैं। जिम्मेदार और टिकाऊ ADR गतिविधियों को सुनिश्चित करने के लिए अंतर्राष्ट्रीय सहयोग और स्पष्ट कानूनी दिशानिर्देशों की स्थापना आवश्यक है।

लक्ष्य चयन

ADR प्रयासों की प्रभावशीलता को अधिकतम करने के लिए हटाने के लिए सही मलबे की वस्तुओं का चयन करना महत्वपूर्ण है। बड़ी, उच्च-जोखिम वाली वस्तुओं को हटाने को प्राथमिकता देना आवश्यक है जो परिचालन उपग्रहों के लिए सबसे बड़ा खतरा पैदा करती हैं। वस्तु के आकार, द्रव्यमान, ऊँचाई और विखंडन की क्षमता जैसे कारकों पर विचार किया जाना चाहिए।

राजनीतिक और नैतिक विचार

ADR राजनीतिक और नैतिक विचार उठाता है, जैसे कि ADR प्रौद्योगिकी का सैन्य उद्देश्यों के लिए उपयोग किए जाने या अन्य राष्ट्रों के उपग्रहों को गलत तरीके से लक्षित करने की क्षमता। इन चिंताओं को दूर करने और यह सुनिश्चित करने के लिए कि ADR का उपयोग सभी के लाभ के लिए किया जाता है, अंतर्राष्ट्रीय पारदर्शिता और सहयोग महत्वपूर्ण हैं।

अंतर्राष्ट्रीय प्रयास और सहयोग

अंतरिक्ष मलबे की समस्या की वैश्विक प्रकृति को पहचानते हुए, कई अंतर्राष्ट्रीय संगठन और पहल इस मुद्दे को संबोधित करने के लिए काम कर रहे हैं:

• बाह्य अंतरिक्ष के शांतिपूर्ण उपयोग पर संयुक्त राष्ट्र समिति (UN COPUOS): यह समिति अंतरिक्ष से संबंधित मुद्दों पर अंतर्राष्ट्रीय सहयोग के लिए एक मंच प्रदान करती है, जिसमें अंतरिक्ष मलबा शमन भी शामिल है। इसने अंतरिक्ष मलबा शमन के लिए दिशानिर्देश विकसित किए हैं जिन्हें अंतरिक्ष यात्रा करने वाले राष्ट्रों द्वारा व्यापक रूप से अपनाया जाता है।
• अंतर-एजेंसी अंतरिक्ष मलबा समन्वय समिति (IADC): यह समिति अंतरिक्ष एजेंसियों के लिए अंतरिक्ष मलबे से संबंधित जानकारी का आदान-प्रदान करने और गतिविधियों का समन्वय करने के लिए एक मंच है। यह अंतरिक्ष मलबा शमन के लिए आम सहमति दिशानिर्देश विकसित करता है और ADR प्रौद्योगिकियों पर अनुसंधान को बढ़ावा देता है।
• अंतरिक्ष स्थिरता रेटिंग (SSR): विश्व आर्थिक मंच के नेतृत्व में अंतरिक्ष में स्थायी प्रथाओं को बढ़ावा देने के लिए एक पहल। SSR मलबा शमन उपायों और टकराव से बचाव क्षमताओं जैसे कारकों के आधार पर अंतरिक्ष मिशनों की स्थिरता का आकलन करता है।

ये अंतर्राष्ट्रीय प्रयास सहयोग को बढ़ावा देने, सर्वोत्तम प्रथाओं को साझा करने और अंतरिक्ष मलबे की समस्या के समाधान के लिए सामान्य दृष्टिकोण विकसित करने के लिए आवश्यक हैं।

कक्षीय सफाई का भविष्य

कक्षीय सफाई के भविष्य में संभवतः तकनीकी प्रगति, नीतिगत बदलाव और अंतर्राष्ट्रीय सहयोग का संयोजन शामिल होगा। देखने के लिए प्रमुख प्रवृत्तियों और विकासों में शामिल हैं:

• ADR प्रौद्योगिकी में प्रगति: अधिक कुशल और लागत प्रभावी ADR प्रौद्योगिकियों, जैसे रोबोटिक आर्म्स, जाल और लेजर एब्लेशन पर निरंतर अनुसंधान और विकास।
• इन-ऑर्बिट सर्विसिंग क्षमताओं का विकास: ऐसे अंतरिक्ष यान का विकास जो इन-ऑर्बिट सर्विसिंग कर सकते हैं, जैसे कि ईंधन भरना, मरम्मत करना और उपग्रहों का स्थानांतरण। इन क्षमताओं का उपयोग मलबे को हटाने के लिए भी किया जा सकता है।
• सख्त मलबा शमन उपायों का कार्यान्वयन: अंतरिक्ष यात्रा करने वाले राष्ट्रों और संगठनों द्वारा सख्त मलबा शमन उपायों को अपनाना, जिसमें जीवन के अंत में डीऑर्बिटिंग और उपग्रहों के निष्क्रियकरण की आवश्यकताएं शामिल हैं।
• बढ़ी हुई अंतरिक्ष स्थितिजन्य जागरूकता: टकराव के जोखिमों का बेहतर आकलन करने और बचाव युद्धाभ्यास की योजना बनाने के लिए अंतरिक्ष मलबे की बेहतर ट्रैकिंग और निगरानी।
• एक व्यापक कानूनी और नियामक ढांचे की स्थापना: ADR गतिविधियों के लिए स्पष्ट कानूनी दिशानिर्देशों का विकास, जिसमें देयता, स्वामित्व और सैन्य उद्देश्यों के लिए ADR प्रौद्योगिकी के उपयोग जैसे मुद्दों को संबोधित किया गया है।

अंतरिक्ष मलबे की समस्या का समाधान करना अंतरिक्ष गतिविधियों की दीर्घकालिक स्थिरता सुनिश्चित करने और अंतरिक्ष अन्वेषण और उपयोग से मानवता को मिलने वाले लाभों को संरक्षित करने के लिए महत्वपूर्ण है। ADR प्रौद्योगिकी में निवेश करके, सख्त मलबा शमन उपायों को लागू करके और अंतर्राष्ट्रीय सहयोग को बढ़ावा देकर, हम भविष्य की पीढ़ियों के लिए एक सुरक्षित और अधिक टिकाऊ अंतरिक्ष वातावरण बना सकते हैं।

निष्कर्ष

अंतरिक्ष मलबा हमारे अंतरिक्ष के बुनियादी ढांचे और अंतरिक्ष अन्वेषण के भविष्य के लिए एक बढ़ता हुआ खतरा है। इस जोखिम को कम करने के लिए कक्षीय सफाई प्रौद्योगिकियों का विकास आवश्यक है। जबकि महत्वपूर्ण चुनौतियाँ बनी हुई हैं, चल रहे अनुसंधान, अंतर्राष्ट्रीय सहयोग और नीतिगत प्रगति एक स्वच्छ और सुरक्षित कक्षीय वातावरण के लिए आशा प्रदान करती हैं। दुनिया भर की सरकारों, अंतरिक्ष एजेंसियों और निजी कंपनियों की प्रतिबद्धता अंतरिक्ष गतिविधियों की दीर्घकालिक स्थिरता और अंतरिक्ष द्वारा मानवता को प्रदान किए जाने वाले निरंतर लाभों को सुनिश्चित करने के लिए महत्वपूर्ण है।