פח הזבל הגדול שבשמיים

רק לפני ששים שנה התחלנו לחקור את החלל החיצון, אותו מרחב עצום ומסקרן שנמצא מעל האטמוספירה שלנו, כשברית המועצות שיגרה לחלל את הלוויין המלאכותי הראשון "ספוטניק 1". מאז תחילת עידן החלל שיגרו בני האדם אלפי חלליות ולוויינים, רובם המוחלט למסלולים נמוכים סביב כדור הארץ. וכמו במקרים רבים, חקר המרחב החדש הוליד השלכות סביבתיות בלתי צפויות – פסולת החלל.

כיום שאריות של טילים ולוויינים שהפסיקו לתפקד, חתיכות ציוד נשכח ורסיסי לוויינים שעברו התנגשויות בעבר, מרחפים במסלולים שונים סביב כדור הארץ. יותר ויותר זבל נאגר מעל האטמוספרה, וכל שנה הסיכון לפגיעה בחלליות מאוישות ובלוויינים אוטומטיים רק גובר. כמה פסולת חלל קיימת במרחב שמעל ראשינו? מאין היא מגיעה? עד כמה היא מסכנת את משימות החלל כיום ובעתיד? וכמובן, האם אפשר "לנקות" מחדש את השמיים?

מבית היוצר של מכון דוידסון לחינוך מדעי : תקועים בבית- עכשיו אתם יודעים. לרשימת הסרטונים המלאה

מהי פסולת חלל?

"פסולת חלל" היא שם כללי לשברים וחלקיקים מכל מיני סוגים, חלקם בגודל של פחות ממילימטר ואחרים מגיעים לאורך של כמה מטרים. הם מורכבים מחלליות, חלקי טילים ומערכות לווין שלמות, שסיימו את תפקידם ונשארו במסלולם המקורי. לחלקים הגדולים נלווים רסיסי צבע שנשחק מחלליות בעקבות התנגשויות עם פסולת חלל אחרת או עם מטאורידים אקראיים, ברגים וכלי עבודה שאבדו בזמן משימות, ואפילו חומרי קירור שדלפו מלוויינים גרעיניים וקפאו בצינת החלל לכדורים קשים כאבן. כולם יחד מרחפים במסלולים שונים, בדיוק באותם מרחבים שבהם נמצאים לוויינים פעילים.

פסולת החלל נמצאת בעיקרה במקומות שבהם מרוכזת רוב פעילות הלוויינים: במסלול נמוך בגובה של 2,000-160 קילומטר. מתחת לגובה הזה, החיכוך המתמיד עם השוליים העליונים של האטמוספרה גורם לחלקיקי פסולת, וגם ללוויינים פעילים, לאבד גובה ולהתרסק בחזרה לכדור הארץ תוך זמן קצר.

רוב הפסולת הזאת מרוכזת בגובה של 1,000-900 קילומטר, הרחק מסכנות האטמוספרה. טיסות מאוישות כמעט לא מגיעות לאזורים האלה, אך הפסולת מסכנת מאוד את הלוויינים שנמצאים שם. בפועל, כל טווח הגבהים עד 2,000 קילומטר מועד להתנגשויות. למעשה, עד לגובה הזה סביר יותר להתנגש בפסולת מעשה ידי אדם מאשר במטאורידים טבעיים – חלקיקי חומר מוצק שנמצאים במסלול אקראי סביב השמש ומגיעים במקרה לקרבת כדור הארץ.

מסלול פופולרי נוסף עבור לוויינים, ולכן גם עבור פסולת חלל, הוא המסלול הגיאוסינכרוני – הגובה שבו לוויין יכול להישאר קבוע מעל נקודה אחת בכדור הארץ, ולכן הוא נוח מאוד ללווייני תקשורת). גם במסלול הזה, בגובה של כ-36 אלף קילומטר, יש הרבה פסולת חלל, אך סיכויי ההתנגשות נמוכים יחסית בגלל המהירויות היחסיות הנמוכות של הלוויינים והחלקיקים שנעים בו.

יותר מ-20 אלף פיסות פסולת גדולות. המחשה של ריכוז הפסולת במסלול גיאוסינכרוני | הדמיה: נאס"א

סכנת התנגשות

אפשר למדוד את כמות הפסולת שנמצאת במסלול בחלל באמצעות מכ"ם וטלסקופים אופטיים. סוכנות החלל האמריקאית, נאס"א, עוקבת כיום אחרי יותר מ-20 אלף פיסות של פסולת חלל בגודל של עשרה סנטימטרים ומעלה. מדידה של כמות הפגיעות שספגו חלליות שחזרו מהחלל מאפשרת להעריך גם את כמות החלקיקים הקטנים יותר שמסתובבים במסלול נמוך.

סוכנות החלל האירופית מעריכה שקיימים כחצי מיליון חלקיקי פסולת בגודל של סנטימטר אחד ויותר, ולמעלה ממאה מיליון חלקיקים של מילימטר ומעלה. אפילו פגיעה של חלקיק זעיר כזה, כמו שבב צבע, יכולה לגרום נזק חיצוני לחללית כשהוא נע במהירות של יותר מ-10,000 מטר לשנייה (36 אלף קמ"ש). חלקיק קצת יותר גדול, של סנטימטר אחד, יכול במהירויות האלה לחדור את הדופן של חללית מאוישת או לפגוע בתפקודו של לוויין מלאכותי.

כשמהנדסי טיסה בנאס"א מגלים שפיסת פסולת חלל עלולה לעבור בקרבת תחנת החלל הבינלאומית, שמרחפת בגובה של כ-400 קילומטר מעל כדור הארץ, הם עשויים להזיז את התחנה למסלול חדש שירחיק אותה מטווח הסכנה.

עד כמה מסוכן להיות במסלול נמוך? אמנם פסולת חלל יש בכמויות גדולות, אך החלל עצמו גדול מאוד. סכנת ההתנגשות קיימת תמיד, אבל המרחק הממוצע בין חלקיקים בגודל של מילימטר במסלולים ה"צפופים" ביותר בגובה של 1,000-900 קילומטר עומד על כעשרה קילומטרים בין חלקיק לחלקיק. השכיחות של החלקיקים הגדולים נמוכה הרבה יותר, כמובן.

בגובה הנמוך יותר, שבו נמצאת כאמור תחנת החלל הבינלאומית, המרחק בין חלקיקים גדול יותר, ולכן גם סכנת ההתנגשות קטנה משמעותית, ובוודאי לא מגיעה לאיום שהוצג בסרט ההוליוודי "כוח משיכה" משנת 2013. ב-15 השנים הראשונות לפעילותה של תחנת החלל היו רק 16 אירועים שחייבו להזיז אותה כדי להתחמק מהתנגשות אפשרית.

סכנה של פגיעת פסולת חלל קיימת, גם אם אינה מאוד גדולה. תחנת החלל הבינלאומית | צילום: נאס"א
 

עתידה של פסולת החלל

אם הסיכוי לפגיעה מפסולת חלל אינו גדול, ואפשר לעקוב אחרי השברים הגדולים יותר ולהתחמק מהם, מאין צמחה בשנים האחרונות הדאגה מפני הזבל המרחף לו במסלול? כמו כל בעיה של זיהום, קיימת הסכנה שהזיהום יתגבר עם השנים ויהפוך לבעיה חמורה באמת. ככל שכמות הפסולת בחלל תגדל, ההתנגשויות יהיו תכופות יותר ויגדילו את כמות השברים. בשלב מסוים הן עלולות אפילו למנוע לחלוטין את השימוש בלוויינים וטיסות מאוישות במסלול נמוך.

כצעד ראשון לפתרון הבעיה, רוב סוכנויות החלל מנסות לפזר כמה שפחות פסולת חלל בכל משימה שמשוגרת למסלול , אך עדיין קיימים מודלים שמזהירים שכמות הפסולת בחלל עלולה לגדול גם אם לא נשגר כלל עוד לוויינים וחלליות. לדוגמה, על פי המודל הממוחשב של נאס"א, שעוקב אחרי כמות הפסולת בחלל ומנסה לחזות את השינויים בהיקפה, כמות הפסולת במסלול נמוך כנראה תמשיך לגדול בעשורים הקרובים.

למה? אמנם פסולת חלל, במיוחד בגבהים הנמוכים, נוטה ליפול בהדרגה לאטמוספרה ולהישרף בה, אך קיים גם מקור של פסולת חלל חדשה שמצטרפת עם הזמן לשברים הקיימים. התנגשויות בין לוויינים מתים וחתיכות גדולות של פסולת מרסקות את החלקים המתנגשים לאלפי רסיסים, שמצטרפים בעצמם למניין האשפה המרחפת במסלול. עם הזמן, כמות הפסולת רק תגדל, אפילו אם לא ישוגר אף טיל נוסף לחלל.

על פי מודל קסלר, אם כמות הפסולת תעלה מעל רף קריטי מסוים, שכיחות התנגשויות בין השברים תעלה במהירות ותציף את החלל בכמות אדירה של חלקיקים קטנים יותר שתמנע לחלוטין טיסות חלל למסלול נמוך. אם לא ייעשה מאמץ פעיל להקטין את כמות הפסולת הגדולה של 10 סנטימטר ומעלה, הפסולת תציף את החלל בכמויות הולכות וגדלות של חלקיקים הולכים וקטנים, אך עדיין מסוכנים. על פי הערכת נאס"א, צריך לפנות לפחות חמישה שברים כאלה בשנה כדי להגיע לאיזון סביר.

בשנים האחרונות אירעו שתי תקריות מדאיגות שהדגימו היטב את אפקט קסלר: בשנת 2007 שיגרה סין טיל ניסיוני של מערכת נגד לוויינים, שפגע במטרתו ופיזר יותר מ-3,000 פיסות פסולת חלל חדשות. בשנת 2009 התנגשות מקרית בין שני לוויינים מסחריים הפיצה עוד כאלפיים פיסות פסולת חדשות. שתי ההתנגשויות הללו לבדן הגדילו ביותר מ-30 אחוז את צפיפות הפסולת שמעל 10 ס"מ בגובה שבו התרחשו.

צפוף פה. ריכוז פסולת החלל במסלול הנמוך סביב כדור הארץ כבר מתחיל להיות מסוכן | הדמיה: נאס"א

ציידי הפסולת?

בשנים האחרונות עלו כמה רעיונות לאיסוף של לפחות חלק מהפסולת שחגה סביב כדור הארץ. ההצעות כללו שימוש בצלצל מיוחד, בדומה לציד לווייתנים, ברשתות או בזרועות מכניות, ואפילו בכבל מתכת ארוך שימשוך פסולת חלל למסלול התרסקות בעזרת השדה המגנטי של כדור הארץ. ואפשרות נוספת שהועלתה ממש בשנה האחרונה היא להפעיל לוויין שיעקוב אחרי פיסת פסולת גדולה ויידבק אליה ב"דבק חלל" שפותח במיוחד למטרה הזאת.

כל אלה פתרונות שמתאימים נגד השברים הגדולים ביותר, וכך למנוע התנגשויות של פסולת בפסולת ועלייה נוספת בכמות האשפה שמרחפת במסלול. לסילוק חלקיקים קטנים יותר הוצע להשתמש בלייזרים רבי עוצמה על פני הקרקע שיפגעו בהם וישנו את מסלולם בעזרת לחץ קרינה עד שיפלו לאטמוספרה ויישרפו בה, או רשתות ענקיות שיתפסו את הרסיסים במעופם.

האתגר הגדול, כמובן, הוא המרחקים האדירים בין חלקיקי הפסולת. כל פיסה גדולה תדרוש לוויין נפרד שיפגוש אותה במסלול. ואילו החתיכות הקטנות רחוקות מאוד זו מזו, וקשה להאמין שניתן יהיה לתפוס כמות משמעותית מהן.

האם סופו של עידן החלל מתקרב? לא בטוח. מאמצים ניכרים בארה"ב ובאירופה, עם מספר גדל והולך של מדינות ששותפות להם, מופעלים כדי למנוע פיזור של פסולת חלל נוספת. עם התוכניות הנוספות להיפטר מהפיסות הגדולות ביותר של הפסולת הקיימת ייתכן שעוד אפשר לעצור את המשבר בזמן. האם המאמץ הזה יספיק, או שהפסולת תמשיך להתרבות, ותהפוך ממטרד חלל למחסום כללי לפעילות אנושית במסלול נמוך?

סרטון של סוכנות החלל האירופית (באנגלית) על פסולת חלל