بسیاری از ماهوارههای کوچکتر، از جمله بخش عمدهای از ماهوارههایی که امروزه در قالب «ابرصورتهای فلکی» یا همان مگاکانستلیشنها به فضا فرستاده میشوند، بهگونهای طراحی شدهاند که هنگام ورود مجدد به جو زمین کاملاً بسوزند و از بین بروند. این رویکرد که با عنوان «طراحی برای نابودی» (Design for Demise یا D4D) شناخته میشود، مدتها بهعنوان راهحلی ایمن و کمخطر تلقی میشد.
اما بر اساس مقالهای از آنتوانت اُت و کریستف بونال، دو پژوهشگر فعال در شرکت MaiaSpace (شرکتی که در زمینه طراحی پرتابگرهای قابلبازیابی برای بازار ماهوارههای کوچک فعالیت میکند)، این شیوه پیامدهای ناخواستهای دارد که ممکن است بسیار جدیتر از آن چیزی باشد که پیشتر تصور میشد.
بهطور خلاصه، این پیامدهای ناخواسته حتی میتوانند به آسیب بیشتر به لایه اوزون منجر شوند. دو ماده شیمیایی اصلی که در این زمینه نگرانی ایجاد میکنند عبارتاند از اکسیدهای نیتروژن (NOx) و آلومینا.
اکسیدهای نیتروژن از مدتها پیش بهعنوان موادی شناخته میشوند که باعث تخریب لایه اوزون میشوند. به همین دلیل است که در موتورهای دیزلی، سامانههایی برای حذف NOx پیش از رهاسازی آن در جو نصب میشود. اما مشکل اینجاست که ماهوارهها NOx را در یک محفظه احتراق کنترلشده تولید نمیکنند. این ترکیبات زمانی شکل میگیرند که امواج ضربهای ناشی از ورود مجدد ماهواره به جو، نیتروژن و اکسیژن هوا را وادار به ترکیب با یکدیگر میکنند.
این فرایند که به نام مکانیسم زلدویچ شناخته میشود، در واقع نوعی «پختن هوا» با انرژی آزادشده از سقوط ماهواره در جو است. برآوردها نشان میدهد که تا ۴۰ درصد از انرژی جرم یک فضاپیما هنگام ورود مجدد، عملاً به تولید NOx تبدیل میشود؛ عددی قابلتوجه که میتواند در مقیاس بزرگ اثرات جدی بر شیمی جو زمین داشته باشد.
در مقابل، آلومینا از خود ماهواره منشأ میگیرد. بسیاری از طراحان فضاپیما عمداً از آلومینیوم بهعنوان ماده اصلی سازه استفاده میکنند، زیرا نقطه ذوب نسبتاً پایینی دارد و این تصور وجود دارد که بهراحتی در جو میسوزد و از بین میرود. این فرض تا حدی درست است، اما مشکل زمانی آغاز میشود که آلومینیوم در حین سوختن، به آلومینا (اکسید آلومینیوم) تبدیل میشود.
این ذرات آلومینا در لایه استراتوسفر، در ارتفاعی حدود ۲۰ کیلومتر از سطح زمین، تجمع پیدا میکنند. ذرات آلومینا در این ارتفاع تأثیرات پیچیدهای دارند: از یک سو باعث سرد شدن لایههای پایینی جو میشوند و از سوی دیگر لایههای بالایی جو را گرمتر میکنند. این عدم تعادل میتواند الگوهای جوی و اقلیمی را دچار اختلال کند.
اما شاید مهمتر از همه این باشد که ذرات آلومینا میتوانند بهعنوان سطح واکنشدهنده عمل کنند و باعث فعال شدن کلر شوند؛ عنصری که یکی از عوامل اصلی تخریب اوزون به شمار میرود. به این ترتیب، آلومینا بهطور غیرمستقیم نقش مهمی در کاهش غلظت اوزون ایفا میکند.
البته وجود مقداری آلومینا در این ارتفاع از جو پدیدهای طبیعی است و عمدتاً از سوختن شهابسنگها هنگام ورود به جو ناشی میشود. اما مدلهای علمی پیشبینی میکنند که طی دهههای آینده، میزان آلومینا در جو فوقانی میتواند تا ۶۵۰ درصد افزایش یابد؛ افزایشی که پیامدهای آن برای اقلیم و لایه اوزون هنوز بهطور کامل مشخص نیست.
نشانههایی از این روند هماکنون مشاهده شده است. دادههای مأموریت SABRE متعلق به سازمان ملی اقیانوسی و جوی آمریکا (NOAA) نشان میدهد که حدود ۱۰ درصد از ذرات اسید سولفوریک موجود در استراتوسفر در حال حاضر حاوی آلومینا هستند؛ عددی که زنگ خطری جدی برای آینده محسوب میشود.
با توجه به این نگرانیها، این پرسش مطرح میشود که جایگزین نابودی کامل ماهوارهها چیست؟ یکی از گزینهها، طراحی ماهوارهها بهگونهای است که در فرایند خروج از مدار بهطور کامل از هم نپاشند. این رویکرد با عنوان «طراحی برای عدم نابودی» (Design for Non-Demise یا D4ND) شناخته میشود.
البته این روش نیز بدون خطر نیست. مهمترین نگرانی در این حالت آن است که اگر قطعاتی از ماهواره سالم باقی بمانند، ممکن است به زمین برخورد کنند و به افراد یا زیرساختها آسیب برسانند؛ خطری که با افزایش تعداد ماهوارهها، جدیتر میشود.
این موضوع هماکنون نیز مورد بحث است. شرکت SpaceX و اداره هوانوردی فدرال آمریکا (FAA) بحثهای گستردهای درباره میزان کارآمدی واقعی رویکرد D4D دارند، زیرا شواهد فزایندهای نشان میدهد که برخی قطعات ماهوارهها سالم به سطح زمین میرسند.
در حال حاضر، استانداردهای بینالمللی مانند ISO 27875 وجود دارند که احتمال ایجاد تلفات انسانی بر اثر سقوط بقایای فضایی را به ۱ در ۱۰ هزار محدود میکنند. اما وقتی تنها منظومه استارلینک قرار است در نهایت بیش از ۴۰ هزار ماهواره داشته باشد و این ماهوارهها دائماً جایگزین شوند، حتی چنین احتمالی نیز ممکن است برای افکار عمومی بیش از حد بالا به نظر برسد.
گزینه دیگر، ورود کنترلشده به جو است. در این روش، ماهوارهها بهگونهای هدایت میشوند که در مناطق امن—مانند بخشهایی از اقیانوس آرام—وارد جو شوند، جایی که هیچ خطری متوجه انسانها یا زیرساختها نیست. این روش در حال حاضر توسط بسیاری از نهادهای قانونگذار الزامی شده است، اما هزینههای بیشتری به همراه دارد.
ماهوارهها در این حالت باید مقاومتر و سنگینتر طراحی شوند تا بتوانند ورود کنترلشده را تحمل کنند و همچنین نیاز به سوخت اضافی برای مانور تا نقطه امن دارند. این افزایش جرم مستقیماً به افزایش هزینه پرتاب منجر میشود. با این حال، با توجه به کاهش هزینههای پرتاب در سالهای اخیر، ممکن است این هزینه اضافی، بهایی قابلقبول برای افزایش ایمنی و کاهش آسیبهای زیستمحیطی باشد.
آنتوانت اُت در گفتوگویی اشاره کرده است که هیچ پاسخ کاملاً درست یا سادهای برای این مسئله وجود ندارد. مقایسه ریسکهای D4D و D4ND—چه از نظر اثرات زیستمحیطی و چه از نظر خطر برای ساکنان زمین—باید بخش جداییناپذیر طراحی ماهوارههای آینده باشد. او همچنین به تلاشهایی برای استانداردسازی مدلهای ارزیابی ریسک اشاره میکند و از رویکردهای جایگزینی مانند «طراحی برای مهار» (Design for Containment) نام میبرد که میتواند اثرات منفی هر دو گزینه را کاهش دهد.
در نهایت، با گسترش سریع مگاکانستلیشنها، طراحان ماهواره باید بیش از پیش به این نکته توجه داشته باشند که انتخاب مواد و شیوه خروج از مدار، نهتنها بر مردم روی زمین، بلکه بر کل جو سیاره تأثیر میگذارد. اگر قرار است وارد عصری شویم که زیرساختهای حیاتی ما به مدار پایین زمین وابستهاند، باید راهی پیدا کنیم که این زیرساختها را بدون آسیب زدن به همان جهانی که قرار است بهبودش دهند، حفظ و مدیریت کنیم.
