كانت الأقمار الصناعية من صنع الإنسان نادرة في السابق في المدار الأرضي المنخفض (LEO)، حيث كان يدور عدد قليل منها حول الكوكب في فجر عصر الفضاء في الخمسينيات من القرن الماضي.

ولكن الآن، هناك الآلاف من الأقمار الصناعية تحلق حول الأرض، وهناك المزيد في انتظار الانضمام إليها.

بعد أن أطلق الاتحاد السوفيتي القمر الصناعي "سبوتنيك"، أول قمر صناعي في العالم من صنع الإنسان، في عام 1957، بدء بشكل بطيء ولكن ثابت إطلاق الأقمار الصناعية إلى المدار الأرضي المنخفض (LEO)، مع إطلاق ما بين 10 و60 قمرا سنويا حتى عام 2010 .

قمر صناعي لاهداف بحثية

تقول سوبريا تشاكرابارتي، أستاذة الفيزياء في جامعة ماساتشوستس لويل، في مقال نُشر على موقع Space.com، إن هذا المعدل ارتفع منذ ذلك الحين، حيث تم إطلاق أكثر من 1300 قمر صناعي جديد في المدار الأرضي المنخفض في عام 2020، وإطلاق أكثر من 1400 قمر صناعي في عام 2021.

في المجموع ، هناك نحو 7500 قمر صناعي نشط في المدار الأرضي المنخفض اعتبارًا من سبتمبر 2021، وفقًا للأمم المتحدة.

سوق مزدحم

سيستمر عدد الأقمار الصناعية في المدار الأرضي المنخفض، وهي منطقة تمتد حتى 2000 كم عن سطح الأرض، في الزيادة في العقود القادمة. ذلك لأن الشركات الخاصة تقوم بإنشاء مجموعات ضخمة خاصة بها، كل منها يحتوي على آلاف الأقمار الصناعية الفردية، والتي سيتم استخدامها لتطوير شبكات أسرع عبر الإنترنت وتقديم مجموعة من الخدمات الأخرى، مثل مراقبة تغير المناخ.

قال آرون بولي، عالم الفلك بجامعة كولومبيا البريطانية، إن هذا النشاط المتزايد يحدث الآن إلى حد كبير بسبب انخفاض التكاليف: "نحن نعلم أن SpaceX وOneWeb وAmazon وStarNet / GW [شبكة الأقمار الصناعية الصينية] قد اقترحت إجمالي 65000 قمر صناعي عند تضمين جميع مراحل" برامج الأقمار الصناعية الخاصة بهم. وأضاف أنه "تم اقتراح أكثر من 100 ألف قمر صناعي" في المجموع.

في أكتوبر 2021، أعلنت رواندا أيضا عن مجموعتها الضخمة، المسماة Cinnamon، التي يمكن أن تحتوي على أكثر من 320 ألف قمر صناعي. ليس من الواضح متى يمكن أن يصبح هذا المشروع حقيقة، لكن الدولة طلبت الإذن لبدء المشروع، وفقًا لتغريدة نشرتها وكالة الفضاء الرواندية.

ومع ذلك، تأتي كل هذه الأقمار الصناعية الجديدة مع مجموعة من الإصدارات الجديدة، كما أبرزته دراسة أجريت في مايو 2021 حول الأبراج الضخمة التي شارك في قيادتها بولي ونشرت في مجلة Scientific Reports.

وقال بولي "إن ذلك يسبب مشكلة في إدارة حركة المرور في الفضاء، وسوف يؤدي إلى تفاقم انتشار الحطام الفضائي، ويتدخل في علم الفلك ومراقبة النجوم، وإطلاق الصواريخ وإعادة دخولها يتسبب في تلوث الغلاف الجوي".ما زلنا نحاول فهم مدى هذه التأثيرات."

حركة الفضاء والحطام

مع إطلاق المزيد من الأقمار الصناعية في المدار في العقود القادمة، من المرجح أن يرتفع عدد الاصطدامات وما يتبعها من حطام فضائي. يوجد بالفعل ما لا يقل عن 128 مليون قطعة من الحطام في المدار الأرضي المنخفض. من بينها، هناك نحو 34000 يزيد طولها عن 10 سم، وفقا لمتحف التاريخ الطبيعي في لندن، وسيكون هناك المزيد في المستقبل.

وقال بولي "التشغيل الآمن للعديد من الأقمار الصناعية سيكون تحديا كبيرا. وإن وقوع حادث في مدار معين ينتج عنه حطام فضائي كبير يمكن أن يؤثر على نطاق واسع من المدارات."

وأضاف بولي، إن الأقمار الصناعية يمكن أن تتعطل أيضا نتيجة التعرض الطويل للأشعة فوق البنفسجية الشديدة في المدار الأرضي المنخفض، مما يزيد من الحطام في الفضاء.

كما أن هذا الحطام لديه القدرة على التسبب في أضرار جسيمة للأقمار الصناعية الأخرى، وكذلك للمركبات الفضائية الأخرى. في يونيو 2021، أصيبت محطة الفضاء الدولية بقطعة من الحطام أحدثت ثقبا في ذراع آلية. لحسن الحظ، فإن المحطة الفضائية ورواد الفضاء في الداخل تجنبوا أي ضرر كبير، حسبما ذكرت Live Science سابقًا.

في النهاية، يمكن أن يؤدي عدد الأقمار الصناعية في المدار الأرضي المنخفض إلى سلسلة من الاصطدامات التي من شأنها أن تنثر الحطام الفضائي حول المدار الأرضي المنخفض، لدرجة أننا لن نكون قادرين على إطلاق صواريخ جديدة. يُعرف هذا الاحتمال باسم "متلازمة كيسلر"، ويخشى العديد من علماء الفلك من أنه قد يمنع البشرية من أن تصبح نوعًا متعدد الكواكب إذا لم نتمكن من إبقاء الحطام الفضائي تحت السيطرة.

تلوث كربوني

صناعة الفضاء لديها بصمة كربونية أقل بكثير من الصناعات الأخرى، مثل صناعة الطيران. يُطلق متوسط ​​إطلاق صاروخ ما بين 220 و 330 طنًا (200 إلى 300 طن متري) من الكربون في الغلاف الجوي للأرض، وفقا لصحيفة "الغارديان". للمقارنة ، يطلق متوسط ​​رحلة طيران تجارية طويلة المدى حوالي 2 إلى 3 أطنان (1.8 إلى 2.7 طن متري) من الكربون لكل راكب، وهناك عشرات الملايين من الرحلات الجوية كل عام.

ومع ذلك، مع زيادة الطلب على الصواريخ اللازمة لإطلاق الأقمار الصناعية، زادت انبعاثات الكربون من إطلاق الصواريخ بنسبة 5.6 ٪ سنويا.

في المستقبل سيكون نشاط الأقمار الصناعية المتزايد مرئيا بوضوح من الأرض. وستعمل الأجسام المعدنية مثل المرايا، وتعكس الضوء مرة أخرى باتجاه سطح الأرض، وسيغير العدد الهائل منها نظرتنا للسماء ليلا بشكل جذري.

كشفت دراسة عن "التلوث الضوئي" - شارك في كتابتها بولي، ونُشرت في قاعدة بيانات arXiv في سبتمبر 2021 وتم إرسالها إلى The Astronomical Journal، أن ما يصل إلى 8٪ من الضوء في سماء الليل يمكن أن يأتي من الأقمار الصناعية في المستقبل. ووجدت الدراسة أيضا أن الأماكن القريبة من خط عرض 50 درجة شمالًا وجنوبيًا ، مثل كولومبيا البريطانية وباتاغونيا ، يمكن أن تتأثر بشدة بالتلوث الضوئي للأقمار الصناعية من المواقع الأخرى، بسبب مدارات الأقمار الصناعية المقترحة.

وقال بولي إن ما يصل إلى 1 من كل 10 "نجوم" في السماء يمكن أن تكون أقمارا صناعية في المستقبل، الأمر الذي "سيؤدي باستمرار إلى إعادة ترتيب السماوات".

إيجاد التوازن

من الواضح أن المعدل المتوقع للأقمار الصناعية التي يتم وضعها في المدار الأرضي المنخفض غير مستدام، لكن الأقمار الصناعية تزودنا أيضًا بخدمات مهمة. وقال بولي "نحن مرتبطون ارتباطًا وثيقًا بالأقمار الصناعية".تلعب الأقمار الصناعية دورًا رئيسيًا في سلسلة التوريد والمعاملات المالية ومراقبة الطقس وعلوم المناخ والاتصالات العالمية والبحث والإنقاذ."

لذلك ، نحن بحاجة إلى إيجاد طريقة لتحقيق التوازن بين الفوائد والآثار.

وقال بولي "لا أعتقد أن الوقف الكامل لإطلاق الأقمار الصناعية سينجح ومع ذلك، فإن إبطاء الأمور وتأخير وضع 100000 قمر صناعي حتى يكون لدينا قواعد دولية أفضل، سيكون من الحكمة."