अवकाशातील कचरा: वाढता धोका आणि कक्षीय स्वच्छता तंत्रज्ञान

आपल्या अंतराळ संशोधनाने आणि वापरामुळे मानवाला प्रचंड फायदे झाले आहेत, जागतिक दळणवळण आणि नेव्हिगेशनपासून ते हवामान अंदाज आणि वैज्ञानिक शोधांपर्यंत. तथापि, अनेक दशकांच्या अंतराळ उपक्रमांमुळे एक वाढती समस्या निर्माण झाली आहे: अवकाशातील कचरा, ज्याला कक्षीय कचरा किंवा स्पेस जंक असेही म्हणतात. हा कचरा कार्यरत उपग्रहांना, भविष्यातील अंतराळ मोहिमांना आणि अंतराळ उपक्रमांच्या दीर्घकालीन स्थिरतेसाठी एक महत्त्वपूर्ण धोका निर्माण करतो.

अवकाशातील कचरा म्हणजे काय?

अवकाशातील कचऱ्यामध्ये पृथ्वीभोवतीच्या कक्षेत फिरणाऱ्या सर्व अकार्यक्षम, मानवनिर्मित वस्तूंचा समावेश होतो. यात खालील गोष्टींचा समावेश आहे:

• निष्क्रिय उपग्रह: असे उपग्रह ज्यांचे कार्यान्वयन आयुष्य संपले आहे परंतु ते कक्षेतच आहेत.
• रॉकेटचे भाग: उपग्रहांना कक्षेत प्रक्षेपित करणाऱ्या रॉकेटचे वरचे टप्पे.
• तुकड्यांचा कचरा: स्फोट, टक्कर किंवा झीज झाल्यामुळे उपग्रह आणि रॉकेटचे तुटलेले भाग.
• मोहिमेशी संबंधित कचरा: उपग्रह तैनात करताना किंवा मोहिमेच्या कार्यवाहीदरम्यान सोडलेल्या वस्तू, जसे की लेन्स कव्हर किंवा अडॅप्टर रिंग्ज.
• लहान कचरा: अगदी लहान वस्तू, जसे की रंगाचे तुकडे किंवा सॉलिड रॉकेट मोटर स्लॅग, त्यांच्या उच्च वेगामुळे मोठे नुकसान करू शकतात.

युनायटेड स्टेट्स स्पेस सर्व्हिलन्स नेटवर्क (SSN) निम्न पृथ्वी कक्षेत (LEO) १० सेमी पेक्षा मोठ्या आणि भूस्थिर कक्षेत (GEO) १ मीटरपेक्षा मोठ्या वस्तूंचा मागोवा घेते. तथापि, लाखो लहान कचऱ्याचे तुकडे आहेत जे ट्रॅक करण्यासाठी खूप लहान आहेत परंतु तरीही धोका निर्माण करतात.

अवकाशातील कचऱ्याचे धोके

अवकाशातील कचऱ्यामुळे निर्माण होणारे धोके बहुआयामी आहेत:

टक्कर होण्याचा धोका

कचऱ्याचे लहान तुकडे देखील कार्यरत उपग्रहांना मोठे नुकसान पोहोचवू शकतात कारण ते कक्षेत अत्यंत वेगाने प्रवास करतात (सामान्यतः LEO मध्ये सुमारे ७-८ किमी/प्रति सेकंद). एका लहान वस्तूशी टक्कर झाल्याने उपग्रह अक्षम होऊ शकतो किंवा नष्ट होऊ शकतो, ज्यामुळे मौल्यवान सेवांचे नुकसान होते आणि आणखी कचरा निर्माण होतो.

उदाहरण: २००९ मध्ये, एक निष्क्रिय रशियन उपग्रह, कॉसमॉस २२५१, एका कार्यरत इरिडियम कम्युनिकेशन उपग्रहाशी धडकला, ज्यामुळे हजारो नवीन कचऱ्याचे तुकडे तयार झाले.

केसलर सिंड्रोम

नासाचे शास्त्रज्ञ डोनाल्ड केसलर यांनी प्रस्तावित केलेला केसलर सिंड्रोम अशा परिस्थितीचे वर्णन करतो जिथे LEO मधील वस्तूंची घनता इतकी जास्त होते की वस्तूंमधील टक्करमुळे एक साखळी प्रतिक्रिया होऊ शकते, ज्यामुळे आणखी कचरा तयार होतो आणि अंतराळ उपक्रम अधिकाधिक धोकादायक आणि अव्यवहार्य बनतात. या अनियंत्रित प्रक्रियेमुळे काही कक्षीय प्रदेश अनेक पिढ्यांसाठी निरुपयोगी होऊ शकतात.

मोहिमेच्या खर्चात वाढ

उपग्रह चालकांना कचरा ट्रॅक करणे, टक्कर टाळण्यासाठी हालचाली करणे आणि उपग्रहांना आघातांपासून वाचवण्यासाठी अधिक मजबूत बनवणे यासाठी संसाधने खर्च करावी लागतात. या क्रियाकलापांमुळे मोहिमेचा खर्च आणि गुंतागुंत वाढते.

मानवी अंतराळ उड्डाणासाठी धोका

अवकाशातील कचरा आंतरराष्ट्रीय अंतराळ स्थानकासह (ISS) मानवी अंतराळ उड्डाणांना थेट धोका निर्माण करतो. ISS कडे लहान कचऱ्यापासून संरक्षण करण्यासाठी कवच आहे, परंतु मोठ्या वस्तूंसाठी स्टेशनला टक्कर टाळण्याच्या हालचाली कराव्या लागतात.

अवकाशातील कचऱ्याची सद्यस्थिती

गेल्या अनेक दशकांपासून अवकाशातील कचऱ्याचे प्रमाण सातत्याने वाढत आहे. युरोपियन स्पेस एजन्सी (ESA) नुसार, २०२३ पर्यंत, खालीलप्रमाणे स्थिती आहे:

• सुमारे ३६,५०० वस्तू ज्या १० सेमी पेक्षा मोठ्या आहेत आणि त्यांचा मागोवा घेतला जात आहे.
• अंदाजे १० लाख वस्तू १ सेमी ते १० सेमी दरम्यान आहेत.
• १३ कोटींहून अधिक वस्तू १ सेमी पेक्षा लहान आहेत.

बहुतांश कचरा LEO मध्ये केंद्रित आहे, जो पृथ्वी निरीक्षण, दळणवळण आणि वैज्ञानिक संशोधनासाठी सर्वाधिक वापरला जाणारा कक्षीय प्रदेश आहे.

कक्षीय स्वच्छता तंत्रज्ञान: समस्येचे निराकरण

अवकाशातील कचऱ्याच्या समस्येचे निराकरण करण्यासाठी कचरा कमी करणे, अवकाश परिस्थिती जागरूकता (SSA) आणि सक्रिय कचरा काढणे (ADR) यासह बहुआयामी दृष्टिकोनाची आवश्यकता आहे. कचरा कमी करणे हे नवीन कचरा निर्माण होण्यापासून रोखण्यावर लक्ष केंद्रित करते, तर SSA मध्ये विद्यमान कचऱ्याचा मागोवा घेणे आणि त्यावर लक्ष ठेवणे समाविष्ट आहे. ADR, या ब्लॉग पोस्टचा मुख्य विषय, कक्षेतून सक्रियपणे कचरा काढून टाकण्याशी संबंधित आहे.

ADR साठी अनेक नाविन्यपूर्ण तंत्रज्ञान विकसित आणि तपासले जात आहेत. या तंत्रज्ञानाचे विस्तृतपणे खालीलप्रमाणे वर्गीकरण केले जाऊ शकते:

पकडण्याच्या पद्धती

पकडण्याच्या पद्धतींचा वापर कचऱ्याचा तुकडा पकडण्यासाठी किंवा त्याला नियंत्रित करण्यासाठी केला जातो, जेणेकरून त्याला कक्षेबाहेर काढता येईल किंवा सुरक्षित कक्षेत हलवता येईल. अनेक पद्धती शोधल्या जात आहेत:

• रोबोटिक आर्म्स: ही बहुपयोगी उपकरणे आहेत जी कचरा पकडण्यासाठी आणि हाताळण्यासाठी वापरली जाऊ शकतात. ते विविध प्रकारच्या वस्तू सुरक्षितपणे धरण्यासाठी विशेष एंड-इफेक्टर्स (ग्रिपर्स) सह सुसज्ज असतात.
• जाळी: कचऱ्याच्या वस्तू पकडण्यासाठी मोठी जाळी तैनात केली जाऊ शकतात, विशेषतः ज्या वस्तू गडगडत आहेत किंवा अनियमित आकाराच्या आहेत. पकडल्यानंतर, जाळी आणि कचरा एकत्र कक्षेबाहेर काढता येतात.
• हार्पून: हार्पूनचा वापर कचऱ्याच्या वस्तूंमध्ये घुसून त्यांना सुरक्षित करण्यासाठी केला जातो. ही पद्धत घन वस्तू पकडण्यासाठी योग्य आहे परंतु नाजूक किंवा खराब झालेल्या वस्तूंसाठी योग्य नसू शकते.
• टेथर्स: इलेक्ट्रोडायनामिक टेथर्सचा वापर पृथ्वीच्या चुंबकीय क्षेत्राचा वापर करून कचरा कक्षेबाहेर खेचण्यासाठी केला जाऊ शकतो. ते मोठ्या वस्तू कक्षेबाहेर काढण्यासाठी प्रभावी आहेत परंतु काळजीपूर्वक नियंत्रणाची आवश्यकता असते.
• फोम किंवा एरोजेल कॅप्चर: चिकट फोम किंवा एरोजेलच्या ढगाचा वापर करून कचरा वेढणे आणि पकडणे. हा दृष्टीकोन अजूनही विकासाच्या सुरुवातीच्या टप्प्यात आहे.

कक्षेबाहेर काढण्याच्या पद्धती

एकदा कचऱ्याचा तुकडा पकडला की, त्याला कक्षेबाहेर काढणे आवश्यक आहे, म्हणजे पृथ्वीच्या वातावरणात परत आणणे जिथे तो जळून जाईल. कक्षेबाहेर काढण्यासाठी अनेक पद्धती वापरल्या जातात:

• थेट कक्षेबाहेर काढणे: थ्रस्टर्सचा वापर करून कचऱ्याची कक्षा थेट कमी करणे जोपर्यंत तो वातावरणात पुन्हा प्रवेश करत नाही. ही सर्वात सोपी पद्धत आहे परंतु त्यासाठी मोठ्या प्रमाणात इंधनाची आवश्यकता असते.
• वातावरणीय ड्रॅग वाढवणे: कचऱ्याचे पृष्ठफळ वाढवण्यासाठी एक मोठे ड्रॅग सेल किंवा बलून तैनात करणे, ज्यामुळे वातावरणीय ड्रॅग वाढतो आणि त्याचा पुन्हा प्रवेश वेगवान होतो.
• इलेक्ट्रोडायनामिक टेथर्स: वर नमूद केल्याप्रमाणे, पृथ्वीच्या चुंबकीय क्षेत्राशी संवाद साधून ड्रॅग फोर्स निर्माण करून कक्षेबाहेर काढण्यासाठी टेथर्सचा वापर केला जाऊ शकतो.

न-पकडण्याच्या पद्धती

काही ADR तंत्रज्ञानामध्ये कचरा प्रत्यक्ष पकडण्याचा समावेश नाही. या पद्धती साधेपणा आणि स्केलेबिलिटीच्या बाबतीत संभाव्य फायदे देतात:

• लेझर अॅब्लेशन: उच्च-शक्तीच्या लेझरचा वापर करून कचऱ्याच्या वस्तूंच्या पृष्ठभागाचे बाष्पीभवन करणे, ज्यामुळे एक थ्रस्ट निर्माण होतो जो हळूहळू त्यांची कक्षा कमी करतो.
• आयन बीम शेपर्ड: आयन बीमचा वापर करून कचऱ्याच्या वस्तू कार्यरत उपग्रहांपासून दूर ढकलणे किंवा खालच्या कक्षेत आणणे. ही पद्धत संपर्करहित आहे आणि पकडताना होणाऱ्या टक्करचा धोका टाळते.

कक्षीय स्वच्छता मोहिमा आणि तंत्रज्ञानाची उदाहरणे

ADR ची व्यवहार्यता सिद्ध करण्यासाठी अनेक मोहिमा आणि तंत्रज्ञान विकसित केले गेले आहेत:

• रिमूव्हडेब्रीस (युरोपियन स्पेस एजन्सी): या मोहिमेने जाळी, हार्पून आणि ड्रॅग सेल यासह अनेक ADR तंत्रज्ञानाचे प्रात्यक्षिक दाखवले. याने जाळीचा वापर करून यशस्वीरित्या एका बनावट कचऱ्याच्या वस्तूला पकडले आणि स्वतःची कक्षेबाहेर काढण्याची प्रक्रिया वेगवान करण्यासाठी ड्रॅग सेल तैनात केला.
• एल्सा-डी (ॲस्ट्रोस्केल): या मोहिमेने चुंबकीय डॉकिंग प्रणालीचा वापर करून एका बनावट कचऱ्याच्या वस्तूला पकडण्याची आणि कक्षेबाहेर काढण्याची क्षमता दाखवली. यात एक सर्व्हिसर अवकाशयान आणि कचऱ्याचे प्रतिनिधित्व करणारे क्लायंट अवकाशयान यांचा समावेश होता.
• क्लियरस्पेस-१ (युरोपियन स्पेस एजन्सी): २०२६ मध्ये प्रक्षेपणासाठी नियोजित असलेली ही मोहीम, वेगा रॉकेट प्रक्षेपणा नंतर कक्षेत राहिलेल्या कचऱ्याचा तुकडा, वेस्पा (Vega Secondary Payload Adapter) वरचा टप्पा पकडणे आणि कक्षेबाहेर काढणे हे उद्दिष्ट ठेवते. हे वेस्पा पकडण्यासाठी रोबोटिक आर्मचा वापर करेल.
• ॲड्रस-जे (ॲस्ट्रोस्केल): ॲड्रस-जे मोहीम मोठ्या कचऱ्याच्या (जपानी रॉकेटचा वरचा टप्पा) विद्यमान तुकड्यासोबत जाऊन त्याची स्थिती आणि हालचाल तपासण्यासाठी डिझाइन केली आहे. हा डेटा भविष्यातील कचरा काढण्याच्या मोहिमांचे नियोजन करण्यासाठी महत्त्वपूर्ण असेल.
• ई.डीऑर्बिट (युरोपियन स्पेस एजन्सी - प्रस्तावित): रोबोटिक आर्मचा वापर करून एका मोठ्या बेवारस उपग्रहाला पकडण्यासाठी आणि कक्षेबाहेर काढण्यासाठी एक नियोजित मोहीम. या मोहिमेचे उद्दिष्ट मोठ्या, गुंतागुंतीच्या कचऱ्याच्या वस्तू काढून टाकण्याची तांत्रिक व्यवहार्यता सिद्ध करणे आहे.

आव्हाने आणि विचारणीय बाबी

ADR तंत्रज्ञानातील प्रगती असूनही, अनेक आव्हाने आणि विचारणीय बाबी कायम आहेत:

खर्च

ADR मोहिमा विकसित करणे आणि कार्यान्वित करणे महाग आहे. अवकाशयान प्रक्षेपित करण्याचा आणि कक्षेत गुंतागुंतीच्या हालचाली करण्याचा खर्च लक्षणीय असू शकतो. कचरा काढणे आर्थिकदृष्ट्या व्यवहार्य बनवण्यासाठी किफायतशीर ADR उपाय विकसित करणे महत्त्वाचे आहे.

तंत्रज्ञान विकास

अनेक ADR तंत्रज्ञान अजूनही विकासाच्या सुरुवातीच्या टप्प्यात आहेत आणि त्यांना पुढील चाचणी आणि सुधारणेची आवश्यकता आहे. ADR मोहिमांच्या यशस्वीतेसाठी विश्वसनीय आणि कार्यक्षम पकडण्याच्या आणि कक्षेबाहेर काढण्याच्या पद्धती विकसित करणे आवश्यक आहे.

कायदेशीर आणि नियामक चौकट

ADR साठी कायदेशीर आणि नियामक चौकट अजूनही विकसित होत आहे. कचरा काढताना झालेल्या नुकसानीची जबाबदारी, काढलेल्या कचऱ्याची मालकी आणि ADR तंत्रज्ञानाचा आक्षेपार्ह हेतूंसाठी वापर होण्याची शक्यता याबद्दल प्रश्न आहेत. जबाबदार आणि टिकाऊ ADR उपक्रम सुनिश्चित करण्यासाठी आंतरराष्ट्रीय सहकार्य आणि स्पष्ट कायदेशीर मार्गदर्शक तत्त्वांची स्थापना आवश्यक आहे.

लक्ष्य निवड

ADR प्रयत्नांची प्रभावीता वाढवण्यासाठी काढण्यासाठी योग्य कचऱ्याच्या वस्तू निवडणे महत्त्वाचे आहे. कार्यरत उपग्रहांना सर्वात मोठा धोका निर्माण करणाऱ्या मोठ्या, उच्च-जोखीम असलेल्या वस्तू काढून टाकण्यास प्राधान्य देणे आवश्यक आहे. वस्तूचा आकार, वस्तुमान, उंची आणि तुकडे होण्याची शक्यता यासारख्या घटकांचा विचार केला पाहिजे.

राजकीय आणि नैतिक विचार

ADR राजकीय आणि नैतिक विचार निर्माण करते, जसे की ADR तंत्रज्ञानाचा लष्करी हेतूंसाठी वापर होण्याची शक्यता किंवा इतर राष्ट्रांच्या उपग्रहांना अयोग्यरित्या लक्ष्य करणे. या चिंतांचे निराकरण करण्यासाठी आणि ADR सर्वांच्या फायद्यासाठी वापरले जाईल याची खात्री करण्यासाठी आंतरराष्ट्रीय पारदर्शकता आणि सहकार्य महत्त्वपूर्ण आहे.

आंतरराष्ट्रीय प्रयत्न आणि सहकार्य

अवकाशातील कचऱ्याच्या समस्येचे जागतिक स्वरूप ओळखून, अनेक आंतरराष्ट्रीय संस्था आणि उपक्रम या समस्येचे निराकरण करण्यासाठी काम करत आहेत:

• संयुक्त राष्ट्र समिती बाह्य अवकाशाच्या शांततापूर्ण वापरासाठी (UN COPUOS): ही समिती अवकाशातील कचरा कमी करण्यासह अंतराळ-संबंधित मुद्द्यांवर आंतरराष्ट्रीय सहकार्यासाठी एक मंच प्रदान करते. तिने अवकाशातील कचरा कमी करण्यासाठी मार्गदर्शक तत्त्वे विकसित केली आहेत जी अंतराळ प्रवास करणाऱ्या राष्ट्रांद्वारे मोठ्या प्रमाणावर स्वीकारली जातात.
• आंतर-एजन्सी अवकाश कचरा समन्वय समिती (IADC): ही समिती अंतराळ संस्थांसाठी माहितीची देवाणघेवाण करण्यासाठी आणि अवकाशातील कचऱ्याशी संबंधित क्रियाकलाप समन्वयित करण्यासाठी एक मंच आहे. ती अवकाशातील कचरा कमी करण्यासाठी एकमत मार्गदर्शक तत्त्वे विकसित करते आणि ADR तंत्रज्ञानावरील संशोधनाला प्रोत्साहन देते.
• अवकाश शाश्वतता रेटिंग (SSR): जागतिक आर्थिक मंचाच्या नेतृत्वाखालील एक उपक्रम जो अवकाशात शाश्वत पद्धतींना प्रोत्साहन देतो. SSR कचरा कमी करण्याचे उपाय आणि टक्कर टाळण्याची क्षमता यासारख्या घटकांवर आधारित अंतराळ मोहिमांच्या टिकाऊपणाचे मूल्यांकन करते.

हे आंतरराष्ट्रीय प्रयत्न सहकार्य वाढवण्यासाठी, सर्वोत्तम पद्धती सामायिक करण्यासाठी आणि अवकाशातील कचऱ्याच्या समस्येचे निराकरण करण्यासाठी सामान्य दृष्टिकोन विकसित करण्यासाठी आवश्यक आहेत.

कक्षीय स्वच्छतेचे भविष्य

कक्षीय स्वच्छतेच्या भविष्यात तांत्रिक प्रगती, धोरणात्मक बदल आणि आंतरराष्ट्रीय सहकार्य यांचा मिलाफ असण्याची शक्यता आहे. पाहण्यासारखे मुख्य ट्रेंड आणि घडामोडींमध्ये यांचा समावेश आहे:

• ADR तंत्रज्ञानातील प्रगती: रोबोटिक आर्म्स, जाळी आणि लेझर अॅब्लेशन यासारख्या अधिक कार्यक्षम आणि किफायतशीर ADR तंत्रज्ञानावर सतत संशोधन आणि विकास.
• इन-ऑर्बिट सर्व्हिसिंग क्षमतांचा विकास: अवकाशयानांचा विकास जे इन-ऑर्बिट सर्व्हिसिंग करू शकतात, जसे की इंधन भरणे, दुरुस्ती करणे आणि उपग्रहांचे स्थान बदलणे. या क्षमतांचा वापर कचरा काढण्यासाठी देखील केला जाऊ शकतो.
• कडक कचरा कमी करण्याच्या उपायांची अंमलबजावणी: अंतराळ प्रवास करणाऱ्या राष्ट्रांद्वारे आणि संस्थांद्वारे कडक कचरा कमी करण्याच्या उपायांचा अवलंब, ज्यात आयुष्याच्या शेवटी कक्षेबाहेर काढणे आणि उपग्रहांचे निष्क्रियीकरण आवश्यक आहे.
• वाढलेली अवकाश परिस्थिती जागरूकता: टक्कर धोक्यांचे अधिक चांगले मूल्यांकन करण्यासाठी आणि टाळण्याच्या हालचालींचे नियोजन करण्यासाठी अवकाशातील कचऱ्याचा सुधारित मागोवा आणि निरीक्षण.
• एक व्यापक कायदेशीर आणि नियामक चौकटीची स्थापना: ADR उपक्रमांसाठी स्पष्ट कायदेशीर मार्गदर्शक तत्त्वांचा विकास, ज्यात दायित्व, मालकी आणि लष्करी हेतूंसाठी ADR तंत्रज्ञानाचा वापर यासारख्या मुद्द्यांचा समावेश आहे.

अवकाशातील कचऱ्याच्या समस्येचे निराकरण करणे हे अंतराळ उपक्रमांची दीर्घकालीन शाश्वतता सुनिश्चित करण्यासाठी आणि अंतराळ संशोधन आणि वापराने मानवाला मिळणारे फायदे जपण्यासाठी महत्त्वाचे आहे. ADR तंत्रज्ञानात गुंतवणूक करून, कडक कचरा कमी करण्याचे उपाय अंमलात आणून आणि आंतरराष्ट्रीय सहकार्याला प्रोत्साहन देऊन, आपण भावी पिढ्यांसाठी एक सुरक्षित आणि अधिक टिकाऊ अवकाश वातावरण तयार करू शकतो.

निष्कर्ष

अवकाशातील कचरा आपल्या अवकाश पायाभूत सुविधा आणि अंतराळ संशोधनाच्या भविष्यासाठी एक वाढता धोका आहे. हा धोका कमी करण्यासाठी कक्षीय स्वच्छता तंत्रज्ञानाचा विकास आवश्यक आहे. जरी महत्त्वपूर्ण आव्हाने कायम असली तरी, चालू असलेले संशोधन, आंतरराष्ट्रीय सहकार्य आणि धोरणात्मक प्रगती एका स्वच्छ आणि सुरक्षित कक्षीय वातावरणासाठी आशा निर्माण करते. जगभरातील सरकारे, अंतराळ संस्था आणि खाजगी कंपन्यांची वचनबद्धता अंतराळ उपक्रमांची दीर्घकालीन शाश्वतता आणि अंतराळामुळे मानवाला मिळणारे सततचे फायदे सुनिश्चित करण्यासाठी महत्त्वपूर्ण आहे.