بهعنوان کسی که عمیقاً در صنعت فضایی مشارکت دارد، بهصورت مستقیم شاهد انباشت فزایندهای در مدار نزدیک زمین (LEO) بودهام. اپراتورهای ماهواره، آژانسهای فضایی و شرکتهای هوافضا همگی با تهدیدی رو به رشد از آشغالهای مداری مواجه هستند. با بیش از ۱۰٬۰۰۰ ماهواره فعال که هماکنون در مدار هستند و میلیونها قطعهٔ کوچکتر که بهتدریج جمع میشوند، خطر برخورد بهسرعت در حال افزایش است.
نکتهای که بهویژه نگرانکننده است این است که حتی ذراتی که بزرگتری از یک دانه شنی ندارند، میتوانند خسارتهای فاجعهبار برای مأموریتهای میلیارددلار ایجاد کنند، ارتباطات جهانی را مختل کنند، ایمنی فضانوردان را بهخطر اندازند و پایداری بلندمدت عملیاتهای فضایی را تهدید کنند.
این مسأله دیگر نمیتواند بهعنوان نظریهای صرف در نظر گرفته شود. برای مقابله با این تهدید، صنعت فضایی باید از سامانههای ردیابی زمینی به سامانههای تشخیص مداری که قادر به شناسایی آشغالها در مقیاس زیر‑سانتیمتری هستند، منتقل شود؛ تغییری که فناوری رادار موج میلیمتری (mmWave) امکانپذیر میسازد.
تهدید نامرئی: شناسایی میکروآشغال در LEO
ناتوانی سامانههای زمینی موجود در ردیابی کافی آشغالهای زیر ۱۰ سانتیمتر به این معناست که این نوع ذرات بهعنوان تهدید نامرئی برای عملیاتهای فضایی در طول سالها باقی ماندهاند. پیامد آن چیست؟ برنامهریزان مأموریتها با دادههای ناقص و گزینههای محدود برای اجتناب از برخورد مواجه بودهاند. از نگاه من، صنعت فضایی بهطور اضطراری به قابلیتهای تشخیص بهتر و مدلهای دقیقتر آشغال نیاز دارد. سامانههای زمینی فعلی فاقد وضوح لازم برای ردیابی لحظهای آشغالهای زیر ۱۰ سانتیمتر هستند. اپراتورها به سامانههای تشخیص مداری با وضوح میلیمتری برای ارائه دادههای قابلکاربرد در جلوگیری از برخورد نیاز دارند. این به معنای تغییر از شبکههای ردیابی منفعل به سامانههای فعال رادار سوار بر ماهواره است که میتوانند بهصورت پیوسته در مناطق با تراکم بالا اسکن کنند.
فناوریهایی همچون رادار ملاقات و عملیات مجاورتی (RPO) و رادار موج میلیمتری (mmWave) برای شناسایی میکروآشغال ضروریاند تا بتوانیم خطرهای افزایشی در مدار را درک و مدیریت کنیم. رادار RPO امکان تشخیص و ردیابی اشیا در هنگام نزدیکشدن را برای فضاپیماها فراهم میکند که برای داکینگ، خدماتگیری و مانورهای اجتناب از برخورد حیاتی است. رادار موج میلیمتری در فرکانسهای بالا (۳۰‑۳۰۰ GHz) کار میکند و وضوح لازم برای شناسایی آشغالها در مقیاس میلیمتری را در حالی که اندازه کوچک و مصرف انرژی کم دارد، برای بار مفید ماهوارهها فراهم میسازد.
در شرکت Plextek، ما در حال توسعه سامانههایی مخصوص این چالش بودهایم. تغییر بنیادی مورد نیاز انتقال نظارت بر آشغالها از رصدخانههای زمینی به خود فضاست. با نصب رادارهای فشرده مستقیماً بر روی ماهوارهها، قابلیت تشخیص بهصورت پیوسته و در مقیاسی که برخوردها رخ میدهد، میسر میشود. بهجای استخراج مسیرها از مشاهدات دوردست، سامانههای مبتنی بر مدار اسکن زمان واقعی از محیط نزدیک را فراهم میکنند و ذراتی بهاندازهٔ ۱ میلیمتر را در ناحیه عملیاتی ماهواره شناسایی مینمایند. چنین نوآوریای به اپراتورها آگاهی موقعیتیای میدهد که برای حفاظت از مأموریتها و ایجاد محیطی ایمنتر و پایدارتر در فضا برای همگان ضروری است.
همگامی با شتاب در بازار آمریکای شمالی
شتاب بهوضوح در ایالات متحده در حال گسترش است؛ ناسا بهطور سنگینوزن در زمینهٔ آگاهی فضایی و کاهش آشغال سرمایهگذاری میکند و نیروی فضایی ایالات متحده (U.S. Space Force) بهویژه بر توانمندیهای آگاهی حوزهای تمرکز دارد. واضح است که تقاضای قابلتوجهی در بازار آمریکا برای راهکارهای ردیابی دقیق مبتنی بر فضا وجود دارد؛ زیرا زیرساختهای ردیابی فعلی فاقد وضوح زیر میلیمتری هستند.
برخی از شرکتهای بزرگ در آمریکا که مسئول رشد این صورتحلقههای عظیم ماهوارهای هستند، شامل SpaceX ایلان ماسک، پروژه Kuiper آمازون و Lightspeed تلِسَت میشوند. همهٔ این شرکتها با نظارتهای نظارتی فزاینده بهدلیل تراکم مداری روبرو هستند. بنابراین، همانطور که صورتحلقههای عظیم ماهوارهای گسترش مییابند، آگاهی لحظهای از آشغالها اکنون یک ضرورت عملیاتی است.
دوران جدید تشخیص آشغالها
یک سامانهٔ رادار موج میلیمتری یکپارچه، همانگونه که Plextek توسعه داده است، به سازمانها این امکان را میدهد تا آشغالهای زیر میلیمتری را شناسایی کنند؛ که نوآوریای در نظارت بر کوچکترین قطعات محسوب میشود. ویژگی متمایز این سامانه این است که برخلاف روشهای سنتی ردیابی زمینی، رادارهای mmWave حسگرهای فرکانس بالا و بدون تماس فیزیکی را بهعنوان بار مفید فشردهای بر روی ماهواره ارائه میدهند. با اسکن مداوم در پهنای پرتو تعریفشده، این سامانهها آشغالها را در زمان واقعی شناسایی میکنند و به اپراتورها اجازه میدهند که میدانهای آشغال با تراکم بالا را نقشهبرداری کرده، مسیرهای مداری را بهصورت پیشبینانه تنظیم کنند و استراتژیهای حفاظتی و مدلهای پیشبینی آشغال را بهبود بخشند. این مستقیماً بهبود میبخشد:
- مدلسازی خطر برخورد
- طراحیهای حفاظتی سازگار
- استراتژیهای مدیریت ترافیک فضایی
این قابلیتها برای ابتکاراتی مانند برنامهٔ صفر آشغال ESA که هدف آن محدود کردن بهطور قابلتوجه تولید آشغال در مدارهای زمینی و ماهیگی تا سال ۲۰۳۰ است، ضروری میباشند. این مقیاسپذیری از تلاشهای بینالمللی برای کاهش آشغال حمایت میکند و بهطور نزدیک با اهداف آگاهی فضایی ESA و رهبری اروپا در عملیاتهای مسئولانه فضایی همراستا است. فناوری mmWave میتواند بر روی باری کموزن و کممصرف انرژی کار کند که امکان یکپارچهسازی انعطافی در ماهوارهها را فراهم میسازد؛ چه بهصورت ماژول اختصاصی و چه بهعنوان بخشی از سکوهای چندمأموریتی.
رادار mmWave Plextek یکی از اولین سامانههای فشرده سوار بر ماهواره است که بهطور خاص برای شناسایی آشغالهای زیر میلیمتری در مقیاس مورد نیاز مأموریتهای عملیاتی LEO طراحی شده است. در حالی که سامانههای راداری فضایی دیگری برای ردیابی اجسام بزرگتر وجود دارند، دستیابی به وضوح میلیمتری در یک باری کمسازمان (SWaP: حجم، وزن و توان) مناسب برای یکپارچهسازی در سکوهای ماهوارهای متنوع، پیشرفت فنی قابلتوجهی است.
با نصب این فناوری، سازمانها توان شناسایی در کوچکترین مقیاس را ارتقا میدهند و این امکان را میدهد که استراتژیهای کاهش اثر بهتر اجرا شوند و اطمینان حاصل شود که روشهای اجتناب، طراحیهای حفاظتی و تلاشهای حذف آشغال بر پایهٔ دادههای دقیق و زمان واقعی باشد. شناسایی مهم است، اما ارزش واقعی آن در حمایت از تلاشهای گستردهٔ مدیریت آشغال نهفته است. با نقشهبرداری مداوم میدانهای آشغال، اپراتورها میتوانند رویکرد پیشگیرانهای به کنترل ترافیک فضایی اتخاذ کنند و خطرهای برخورد را از طریق پیشبینی دقیق و مداخلهٔ زودهنگام کاهش دهند.
نتیجهگیری
ارائه فناوریهای جدید فضایی به بازار همواره فرایندی پیچیده است. از تجربهٔ من، این امر نیازمند آزمونهای سختگیرانه برای اطمینان از مقاومت سامانهها در برابر شرایط حاد، از نوسانات شدید دما تا مواجهه با پرتوگیری شدید، است. برای مثال، هنگام توسعه فناوری رادار، Plextek باید اقدامات سختسازی در برابر اشعه، تنظیم توان مستحکم و طراحی فشرده و سبکوزن را مدنظر داشته باشد تا عملکرد بلندمدت در مدار تضمین شود.
با در نظر گرفتن این چالشها، مسئولیت اجرا باید در سراسر اکوسیستم فضایی توزیع شود. اپراتورهای ماهواره و فراهمکنندگان صورتحلقهها باید شناسایی آشغال را بهعنوان یک نیاز استاندارد بار مفید ادغام کنند، در حالی که نهادهای نظارتی باید چارچوبهایی ایجاد کنند که تواناییهای آگاهی فضایی را تشویق یا الزامآور کنند. ارائهدهندگان فناوری مانند Plextek میتوانند سامانههای مقاوم در برابر پرتوگیری و تأیید شده برای پرواز را تامین کنند، اما پذیرش گسترده نیازمند تعهد صنعت به در نظر گرفتن نظارت بر آشغال بهعنوان زیرساخت ضروری، نه یک افزودهٔ اختیاری است. آژانسهای فضایی و کنسرسیومهایی نظیر ESA میتوانند این تحول را با گنجاندن الزامات شناسایی آشغال در پروفایل مأموریتها و ارائه پشتیبانی توسعه برای اپراتورهایی که این قابلیتها را میپذیرند، پیشبردند.
همانطور که محیطهای مداری شلوغتر و غیرقابل پیشبینیتر میشوند، تحول به سمت نظارت دقیق، مقرونبهصرفه و زمان واقعی بر آشغال احساس میشود که نه تنها منطقی بلکه اجتنابناپذیر است. سامانهٔ راداری که قادر به شناسایی و تحلیل آشغال در این مقیاس باشد، صرفاً یک ارتقاء فنی نیست؛ بلکه برای اصلاح برنامهریزی مأموریتها، بهبود حفاظت از فضاپیماها و امکانپذیر ساختن کاهش فعال آشغال اساسی است.
بهطور خلاصه، دسترسی پایدار به فضا به توانایی ما در مشاهده و پاسخگویی به کوچکترین تهدیدها پیش از تبدیل شدن به بحرانهای مأموریتی وابسته است.