چگونه اصول سه‌گانهٔ «کم‌تر مصرف کن، دوباره استفاده کن، بازیافت کن» به فضا راه یافت؟

ماهیت پرواز فضایی به‌گونه‌ای است که هم بسیار چالش‌برانگیز و هم به‌شدت پرمصرف و پرهدررفت است. همان‌طور که «معادلهٔ مشهور تسیولکوفسکی» برای موشک‌ها نشان می‌دهد، بیشترین جرم یک موشک را سوخت تشکیل می‌دهد؛ سوختی که در همان ثانیه‌های اولیهٔ پرتاب مصرف می‌شود. این فرآیند حجم بزرگی از گازهای گلخانه‌ای مانند دی‌اکسید کربن، بخار آب، دودهٔ سیاه و مواد مخرب لایهٔ اوزون را وارد لایه‌های بالایی اتمسفر می‌کند.

در کنار این مسئله، شیوهٔ فعلیِ از کار خارج‌کردن ماهواره‌ها—که معمولاً با کاهش ارتفاع مداری و سوختن در جو انجام می‌شود—نیز روشی کاملاً هدررفت‌زا محسوب می‌شود؛ زیرا هیچ ماده‌ای از آن بازیابی یا دوباره استفاده نمی‌شود.

با رشد شتابان شرکت‌های خصوصی پرتاب فضایی و افزایش چشمگیر صورت‌های فلکی ماهواره‌ای، این مشکل رو به وخامت است. به همین دلیل، گروهی از پژوهشگران حوزهٔ فضا و پایداری محیط‌زیست در مقاله‌ای تازه به بررسی این موضوع پرداختند و این پرسش کلیدی را مطرح کردند:

چگونه می‌توان اصول کاهش مصرف، بازاستفاده و بازیافت را در تمام چرخهٔ عمر ماهواره‌ها و فضاپیماها، از مرحلهٔ طراحی و ساخت تا پرتاب، عملیات، تعمیر و حتی بازنشستگی، اعمال کرد؟

این یعنی باید از همان ابتدا به دنبال طراحی کم‌پسماند باشیم، امکان تعمیر در مدار را فراهم کنیم و به استفادهٔ دوباره از قطعات و مواد پایان‌عمر فکر کنیم.

بحران رو به گسترش زباله‌های فضایی

این پژوهش توسط «ژیلین یانگ» از دانشگاه ساری بریتانیا رهبری شده و پژوهشگران دیگری از دانشگاه مانیتوبا کانادا و آژانس فضایی بریتانیا نیز در آن مشارکت داشته‌اند.

در مقاله منتشرشده در مجله Chem Circularity آمده است:

از سال ۱۹۵۷ و پرتاب اسپوتنیک ۱ تاکنون، بیش از ۷۰۷۰ پرتاب فضایی انجام شده است. نتیجهٔ چنین فعالیت گسترده‌ای ایجاد وضعیتی ناپایدار در مدار پایین زمین (LEO) است؛ مداری که اکنون حدود ۱۵٬۱۰۰ تن زبالهٔ فضایی در اندازه‌هایی از چند میلی‌متر تا چندین سانتی‌متر در آن وجود دارد.

این شرایط امکان وقوع اثر کسلر را تشدید می‌کند؛ پدیده‌ای که در آن برخورد میان اجسام فضایی موجب ایجاد تکه‌های بیشتر می‌شود و این زنجیره به‌صورت تصاعدی ادامه می‌یابد.

این وضعیت شباهت زیادی به مشکلی دارد که وابستگی ما به پلاستیک‌های یک‌بارمصرف روی زمین ایجاد کرده است—مسائلی همچون «تودهٔ زبالهٔ اقیانوس آرام». از همان ابتدا، چرخهٔ زندگی ماهواره‌ها و موشک‌ها به‌گونه‌ای طراحی شده که پسماندزا باشد؛ از موشک‌های یک‌بارمصرف گرفته تا ماهواره‌هایی که پس از پایان مأموریت، بدون بازیافت در جو می‌سوزند، و تا مدارهای «گورستانی» که محل دفن ماهواره‌های پایان‌یافته است.

با گسترش اقتصاد فضایی، اگر این روند اصلاح نشود، بحران به‌مراتب بزرگ‌تر خواهد شد.

«پروفسور ژوان» در بیانیهٔ دانشگاه ساری هشدار می‌دهد:

«هر پرتاب موشک چندین تُن مواد ارزشمند را به فضا می‌فرستد که هرگز بازیابی نمی‌شوند. برای رسیدن به یک اقتصاد فضایی پایدار، باید از همان ابتدا تفکر چرخه‌ای را وارد مأموریت‌ها کنیم؛ از طراحی و ساخت تا نحوهٔ عملیات و بازنشستگی فضاپیماها.»

اقتصاد فضایی چرخه‌ای؛ راهکاری ضروری

پژوهشگران تأکید می‌کنند که تنها راه پایدار برای آیندهٔ فضا، گذار به یک اقتصاد فضایی چرخه‌ای است—جایی که مواد و سامانه‌ها با چشم‌انداز بازاستفاده، تعمیر یا بازیافت طراحی شوند.

در این مسیر، علوم مختلف می‌توانند ایفای نقش کنند:

• شیمی و علم مواد می‌توانند مواد خودترمیم‌شونده تولید کنند.
• هوش مصنوعی می‌تواند با «دوقلوهای دیجیتال»، نیاز به آزمایش‌های پرهزینهٔ فیزیکی را کاهش دهد.
• درس‌آموخته‌های صنایع دیگر مانند الکترونیک و خودروسازی نیز الهام‌بخش خواهد بود.

صنعت الکترونیک توانسته است فلزات ارزشمند را از زباله‌های الکترونیکی بازیابی کند، و صنعت خودروسازی نیز نشان داده است که تعمیر و بازسازی قطعات می‌تواند عمر خودروها را به‌طرز چشمگیری افزایش دهد.

حتی حوزهٔ مدیریت پسماند و اصول «کاهش، بازاستفاده و بازیافت» که برای کاهش زبالهٔ خانگی توسعه یافته بود، نمونه‌ای موفق از اعمال تفکر چرخه‌ای در مقیاس بزرگ است.

راهکارهای پیشنهادی برای کاهش هدررفت فضایی

پژوهشگران چندین پیشنهاد مشخص برای اجرای اصول «۳R» در فضا ارائه می‌کنند:

۱. افزایش دوام و قابلیت تعمیر ماهواره‌ها

ساخت ماهواره‌هایی با عمر طولانی‌تر و قابلیت تعمیر در مدار یکی از مهم‌ترین قدم‌هاست.

۲. کاهش تعداد پرتاب‌ها

به‌جای ارسال مداوم ماهواره‌های جدید، ایستگاه‌های فضایی باید به هسته‌هایی برای سوخت‌گیری، تعمیر و ساخت قطعات تبدیل شوند.

ایده‌ای که ناسا در برنامهٔ NExIS و مأموریت OSAM-1 دنبال می‌کند دقیقاً در همین راستاست.

۳. بازاستفاده از ایستگاه‌های فضایی

محققان پیشنهاد می‌کنند ایستگاه‌های فضایی آینده به‌گونه‌ای ساخته شوند که بتوانند در پایان عمر خود با استفاده از چتر نجات، کیسه‌های هوایی یا سامانهٔ فرود نرم سالم به زمین بازگردند و دوباره استفاده شوند.

۴. بازیابی و بازیافت زباله‌های فضایی

سامانه‌هایی مانند توری‌ها، بازوهای رباتیک و فضاپیماهای مخصوص جمع‌آوری زباله باید توسعه یابد تا بتوان مواد موجود در زباله‌های فضایی را بازیافت کرد.

یک ایدهٔ عملی این است که زباله‌ها به کارگاه‌های مداری منتقل شوند تا به مواد خام برای ساخت قطعات جدید تبدیل شوند.

۵. نقش حیاتی هوش مصنوعی

هوش مصنوعی در آیندهٔ طراحی و تعمیرات فضایی نقشی کلیدی خواهد داشت—از تحلیل داده‌های درون‌مداری گرفته تا شبیه‌سازی عملکرد سامانه‌ها بدون نیاز به آزمایش‌های خطرناک و پرهزینه.

دکتر ژوان می‌گوید:

«ما به نوآوری در همهٔ سطوح نیاز داریم؛ از موادی که می‌توان در مدار بازیابی یا بازاستفاده کرد تا فضاپیماهای مدولار که به‌جای دور انداختن، ارتقا می‌یابند. از همه مهم‌تر، باید چارچوب‌های همکاری بین‌المللی شکل گیرد تا بازاستفاده و بازیافت فضایی به یک استاندارد جهانی تبدیل شود.»

چرا این موضوع اهمیت دارد؟ آیندهٔ فضا در گرو انتخاب‌های امروز ماست

اگر انسان قصد دارد فعالیت‌های فضایی را توسعه دهد—از مأموریت‌های ماه و مریخ گرفته تا گردشگری فضایی و شبکه‌های ماهواره‌ای عظیم—باید تضمین کند که این توسعه، پایدار باشد.

آسمان نباید تبدیل به انبار زبالهٔ آیندهٔ بشر شود.

اقتصاد فضایی ۲۰ سال آینده بسیار بزرگ‌تر از امروز خواهد بود. اگر هم‌اکنون برای بازاستفاده، تعمیر و بازیافت برنامه‌ریزی نشود، آینده‌ای پرخطر و پرهزینه در انتظار صنعت فضایی است.

ایجاد یک اقتصاد فضایی چرخه‌ای تنها یک انتخاب اخلاقی یا زیست‌محیطی نیست؛ بلکه ضرورتی مهندسی و اقتصادی است. کاهش هدررفت به معنای کاهش هزینه‌ها، افزایش امنیت، و باز کردن مسیر برای برنامه‌های بلندمدت فضایی است.