در سال‌های اخیر، حجم زباله‌های فضایی به یکی از جدی‌ترین چالش‌های صنعت فضانوردی و امنیت مدار زمین تبدیل شده است. این زباله‌ها که شامل ماهواره‌های از کار افتاده، قطعات رهاشده موشک‌ها و بقایای برخوردهای مداری هستند، می‌توانند با سرعت‌های بسیار بالا حرکت کنند و تهدیدی جدی برای ماهواره‌ها و ایستگاه‌های فضایی به شمار آیند.
در این میان، پژوهشگران چینی اخیراً از یک فناوری جدید با عنوان پرتابگر جمع‌آوری زباله‌های فضایی (که به‌طور غیررسمی به آن «تفنگ فضایی» گفته می‌شود ) رونمایی کرده‌اند. در این مقاله از یونیکس مگ، به بررسی ابعاد مختلف این فناوری، از بحران زباله‌های فضایی تا پتانسیل‌های نظامی و چشم‌انداز آینده، می‌پردازیم.
بحران زباله‌های فضایی و تهدیدات آن برای مدار زمین
مدار زمین امروزه به یک زباله‌دان کیهانی تبدیل شده است که هزاران شیء غیرفعال در آن شناور هستند. این زباله‌ها نه تنها مأموریت‌های فضایی را تهدید می‌کنند، بلکه می‌توانند منجر به فاجعه‌های زنجیره‌ای شوند. سازمان‌های بین‌المللی مانند آژانس فضایی اروپا (ESA) هشدار داده‌اند که بدون اقدامات فوری، دسترسی به فضا ممکن است برای نسل‌های آینده محدود شود.
حجم و آمار زباله‌های فضایی در مدار
طبق گزارش ESA در سال 2025، بیش از ۴۰,۰۰۰ شیء بزرگ‌تر از ۱۰ سانتی‌متر در مدار زمین ردیابی می‌شوند، که حدود ۱۱,۰۰۰ مورد از آن‌ها ماهواره‌های فعال هستند. علاوه بر این، تخمین زده می‌شود که بیش از یک میلیون قطعه بین ۱ تا ۱۰ سانتی‌متر و حدود ۱۳۰ میلیون قطعه کوچک‌تر از ۱ سانتی‌متر نیز وجود داشته باشد.
این آمار نشان‌دهنده رشد سریع زباله‌های فضایی است؛ به طوری که از سال ۲۰۲۴ تا ۲۰۲۵، تعداد اشیاء ردیابی‌شده بیش از ۱۰ درصد افزایش یافته است. حتی یک قطعه کوچک چند سانتی‌متری با سرعت نزدیک به ۲۹,۰۰۰ کیلومتر در ساعت می‌تواند در برخورد با ماهواره‌ها خسارت‌های جدی ایجاد کند.
منابع اصلی ایجاد این زباله‌ها شامل پرتابهای موشکی، ماهواره‌های قدیمی و برخوردهای گذشته مانند تست ASAT چین در سال ۲۰۰۷ است که تا امروز به هزاران قطعه جدید تبدیل شده است.
اثر کسلر و خطر برخوردهای زنجیره‌ای
اثر کسلر، که توسط دونالد کسلر، دانشمند ناسا، در دهه ۱۹۷۰ توصیف شد، به پدیده‌ای اشاره دارد که در آن برخورد دو شیء فضایی منجر به تولید زباله‌های بیشتر می‌شود و این چرخه به صورت زنجیره‌ای ادامه می‌یابد تا مدار زمین غیرقابل استفاده شود.
این اثر به ویژه در مدار پایین زمین (LEO) خطرناک است، زیرا تراکم اشیاء در این منطقه بالاست. مدل‌های شبیه‌سازی نشان می‌دهند که اگر تعداد اشیاء در ارتفاع ۹۰۰ تا ۱۴۰۰ کیلومتری از حد بحرانی عبور کند، برخوردهای زنجیره‌ای اجتناب‌ناپذیر خواهد بود. در حال حاضر، با افزایش پرتابهای ماهواره‌ای مانند مگاکنستلیشن‌های استارلینک، خطر این اثر بیش از پیش افزایش یافته و می‌تواند عملیات فضایی را برای دهه‌ها مختل کند.
تفنگ فضایی چین چیست؟
تفنگ فضایی چین، یا به طور دقیق‌تر پرتابگر جمع‌آوری زباله‌های فضایی، یک دستگاه نوآورانه است که از اصول پیشرانه گاز فشرده برای شلیک پرتابه‌های گیرنده استفاده می‌کند. این فناوری، که اخیراً در مجله چینی Acta Aeronautica et Astronautica Sinica منتشر شده، می‌تواند تحولی در مدیریت فضا ایجاد کند.
معرفی پروژه و تیم تحقیقاتی دانشگاه‌های چین
این سامانه توسط تیمی از محققان دانشگاه‌های نانجینگ، شانگهای و شن‌یانگ توسعه یافته و هدایت پروژه را دکتر یوِ شوآی، استادیار مهندسی مکانیک دانشگاه علم و فناوری نانجینگ، بر عهده داشته است. پروژه در سال‌های اخیر تکمیل شده و هدف اصلی آن مقابله با زباله‌های فضایی است. این تیم با تمرکز بر فناوری‌های کم‌اثر، دستگاهی ساخته که می‌تواند بر روی ماهواره‌های کوچک نصب شود و عملیات پاک‌سازی را بدون اختلال انجام دهد.
ایده اصلی و طراحی پرتابگر جمع‌آوری زباله‌های فضایی
ایده اصلی این پرتابگر مبتنی بر یک محفظه کوچک حاوی سوخت پیشران جامد است که با تولید گاز پرفشار، پرتابه را شلیک می‌کند. این طراحی که الهام‌گرفته از تفنگ‌های سنتی چینی است و با فناوری‌های مدرن برای استفاده در فضا تطبیق یافته، امکان شلیک پرتابهای مجهز به تور یا محفظه گیرنده را فراهم می‌کند تا زباله‌های فضایی را به دام بیندازد و به سمت جو زمین هدایت کند.
برخلاف روش‌های سنتی مانند بازوهای رباتیک، این رویکرد سریع‌تر و دقیق‌تر است و حتی برای جمع‌آوری اشیاء دورتر نیز عملکرد خوبی دارد.
مکانیزم عملکرد پرتابگر جمع‌آوری زباله فضایی
پرتابگر جمع‌آوری زباله فضایی چین بر پایه اصول پیشرانه باروتی مدرن‌شده برای محیط فضا عمل می‌کند. این دستگاه از یک مکانیزم گاز بسته و جذب انرژی بهره می‌برد تا عملیات پرتاب را بدون تولید دود، نور یا لرزش قابل توجه انجام دهد، که آن را برای نصب بر روی ماهواره‌های کوچک و عملیات دقیق در مدار زمین ایده‌آل می‌سازد.
فرآیند عملکرد با احتراق یک بار کوچک سوخت جامد (مانند باروت) آغاز می‌شود؛ این احتراق، گاز پرفشار تولید می‌کند که پیستون داخلی دستگاه را به جلو می‌راند. با افزایش فشار، یک بخش ضعیف طراحی‌شده در ساختار پرتابگر در نقطه‌ای معین می‌شکند و پرتابه ( که معمولاً یک کپسول حاوی تور قابل گسترش است ) را آزاد می‌کند.
این پرتابه با سرعت و دقت به سمت زباله فضایی شلیک می‌شود، تور را باز کرده و زباله را در بر می‌گیرد، سپس با استفاده از یک کابل (tether) آن را به مدار پایین‌تر می‌کشاند تا در اثر اصطکاک جو زمین بسوزد و از بین برود.
این مکانیزم نه تنها کارآمد است، بلکه با تمرکز بر کاهش اثرات جانبی، از آسیب به سکوی پرتاب (مانند ماهواره میزبان) جلوگیری می‌کند و امکان چندین عملیات در یک مأموریت را فراهم می‌آورد.
ساختار و اجزای اصلی پرتابگر
- محفظه سوخت جامد: حاوی بار کوچک باروتی که گاز پرفشار تولید می‌کند و منبع پیشرانه اصلی است.
- پیستون داخلی: توسط گاز رانده می‌شود و نیروی لازم برای شکست بخش ضعیف و پرتاب کپسول را فراهم می‌کند.
- بخش ضعیف طراحی‌شده: نقطه‌ای کنترل‌شده که در فشار معین می‌شکند تا پرتابه را بدون انفجار غیرکنترل‌شده آزاد کند.
- کپسول پرتابه با تور: شامل یک تور قابل گسترش که زباله را احاطه کرده و با کابل به آن متصل می‌شود.
- حلقه جذب ارتعاشات: با زاویه ۳۵ درجه نزدیک دهانه پرتابگر قرار گرفته و مانند یک کمک‌فنر عمل می‌کند؛ این حلقه با خم شدن inwards انرژی جنبشی را جذب کرده و لرزش را به حداقل می‌رساند، به‌طوری که جابه‌جایی لوله پرتابگر تنها حدود ۳٫۴۵ میلی‌متر است.
بیشتر بخوانید: تاب‌آوری انسان در برابر ضعف میدان مغناطیسی زمین
ویژگی‌های کلیدی این مکانیزم عبارتند از:
طراحی کم‌اثر (Low Signature):
عدم تولید دود، نور یا سیگنال‌های قابل شناسایی، که عملیات را پنهان نگه می‌دارد و برای محیط فضایی حساس مناسب است.
ابعاد کوچک و استقلال انرژی:
بدون نیاز به منبع تغذیه خارجی، امکان نصب بر ماهواره‌های کوچک و مأموریت‌های طولانی‌مدت را فراهم می‌کند.
جذب ارتعاشات پیشرفته:
حلقه ۳۵ درجه‌ای انرژی را جذب کرده و از آسیب به ساختار میزبان جلوگیری می‌کند، که در شبیه‌سازی‌ها دقت بالا را تضمین می‌کند.
کاربردهای غیرنظامی تفنگ فضایی چینی
1. مقابله با تهدید زباله‌های فضایی
تخمین‌ها نشان می‌دهد که بیش از ۱۰۰ میلیون قطعه زباله فضایی با اندازه‌های مختلف در مدار زمین وجود دارد. حتی یک قطعه چند سانتی‌متری می‌تواند در برخورد با ماهواره فعال، خسارت جدی ایجاد کند. پرتابگر چینی با شلیک پرتابهای مجهز به تور، قادر است زباله‌های کوچک و متوسط را به دام انداخته و آن‌ها را به مدارهای پایین‌تر هدایت کند تا در اثر اصطکاک با جو زمین بسوزند.
این فرآیند، که نیازی به تماس مستقیم یا بازوهای رباتیک پیچیده ندارد، می‌تواند به طور مؤثری تعداد اشیاء خطرناک در مدار پایین زمین (LEO) را کاهش دهد. برای مثال، شبیه‌سازی‌ها نشان می‌دهند که حذف هدفمند تنها ۵۰ شیء بزرگ در LEO می‌تواند خطر برخورد را تا ۳۰ درصد کاهش دهد. این فناوری به ویژه برای پاک‌سازی قطعاتی که از تست‌های ضدماهواره قدیمی، انند تست ASAمT چین در سال ۲۰۰۷، باقی مانده‌اند، مفید است.
2. نقش در حفاظت از ماهواره‌ها و ایستگاه‌های فضایی
این فناوری می‌تواند ماهواره‌های فعال و ایستگاه‌هایی مانند تیانگونگ چین یا ISS را حفاظت کند، چون ماهواره‌ها و ایستگاه‌های فضایی در معرض خطر مداوم برخورد با زباله‌های فضایی هستند.
برای مثال، ISS بارها مجبور به انجام مانورهای اجتنابی شده است، که در سال ۲۰۲۴ به طور متوسط هر ۶ ماه یک‌بار رخ داده است. با حذف زباله‌های نزدیک، ریسک برخورد کاهش می‌یابد و عمر مفید دارایی‌های فضایی افزایش پیدا می‌کند.
طراحی کم‌اثر پرتابگر، که از تولید لرزش یا سیگنال‌های قابل ردیابی جلوگیری می‌کند، امکان استفاده آن را در نزدیکی ایستگاه‌های فضایی حساس فراهم می‌کند.
مزایای غیرنظامی این فناوری عبارتند از:
- کارایی اقتصادی: ابعاد کوچک و عدم نیاز به منبع تغذیه خارجی، هزینه‌های پرتاب و عملیات را کاهش می‌دهد.
- ایمنی عملیاتی: طراحی بدون دود و لرزش، خطر آسیب به زیرساخت‌های فضایی را به حداقل می‌رساند.
- پیشگیری از اثر کسلر: حذف هدفمند زباله‌ها می‌تواند از زنجیره برخوردهای مداری جلوگیری کند.
- انعطاف‌پذیری: قابلیت هدف‌گیری اشیاء در اندازه‌ها و مدارهای مختلف، این فناوری را برای طیف وسیعی از مأموریت‌های پاک‌سازی مناسب می‌سازد.
پتانسیل نظامی و نگرانی‌های بین‌المللی
با وجود اهداف رسمی اعلام‌شده، ویژگی‌هایی مانند پنهان‌کاری عملیاتی و قابلیت نصب بر ماهواره‌های کوچک، این فناوری را به گزینه‌ای بالقوه برای سلاح ضدماهواره (ASAT) تبدیل می‌کند.
قابلیت استفاده به عنوان سلاح ضدماهواره (ASAT)
در سناریوی نظامی، این پرتابگر می‌تواند بدون هشدار یا شناسایی فوری، ماهواره‌های دشمن را از مدار خارج کند. طراحی کم‌اثر آن، که از تولید سیگنال‌های قابل ردیابی جلوگیری می‌کند، امکان عملیات مخفیانه را فراهم می‌آورد.
چین در حال توسعه و گسترش زرادخانه سلاح‌های ضدماهواره (ASAT) خود است که شامل لیزرهای زمینی، موشک‌ها و ماهواره‌های رباتیک می‌شود و قادرند ماهواره‌ها را از مدار خارج یا به آن‌ها آسیب وارد کنند. این قابلیت‌ها به ویژه در مدار پایین زمین می‌توانند عملکرد سیستم‌های ارتباطی، ناوبری و اطلاعاتی دشمن را مختل کرده و در درگیری‌های مدرن نقش تعیین‌کننده‌ای ایفا کنند.
واکنش کشورها و رقابت فضایی چین با آمریکا و ژاپن
این موضوع موجب نگرانی قدرت‌های فضایی مانند ایالات متحده و ژاپن شده است. ایالات متحده این فناوری را تهدیدی برای برتری فضایی خود می‌بیند و ژنرال سالتزمن، رئیس عملیات فضایی آمریکا، توسعه ASAT چین را «تهدید جدی» توصیف کرده است.
ژاپن نیز در حال توسعه فناوری‌های مشابه برای زباله‌زدایی است تا در رقابت عقب نماند. ناسا، اگرچه به دلیل اصلاحیه ولف از همکاری مستقیم با چین منع شده، پیشرفت‌های چین را با دقت رصد می‌کند. این سازمان از تصمیم چین برای ارائه نمونه‌های ماه از مأموریت چانگ۵ به دانشگاه‌های آمریکایی استقبال کرده، اما همچنان نگران پتانسیل نظامی فناوری‌های دوگانه مانند پرتابگر زباله فضایی است.
گزارش‌های ناسا و نیروی فضایی ایالات متحده نشان می‌دهند که قابلیت‌های ASAT چین تهدیدی برای ماهواره‌های آمریکایی هستند. این نگرانی‌ها بحث دوکاربردی بودن فناوری‌های فضایی را در محافل بین‌المللی داغ کرده و نیاز به قوانین شفاف‌تر را برجسته کرده است.
چشم‌انداز آینده فناوری فضایی چین
فناوری فضایی چین با شتابی چشمگیر پیشرفت کرده و این کشور را به یکی از قدرت‌های پیشرو در اکتشافات فضایی تبدیل کرده است. پرتابگر جمع‌آوری زباله فضایی تنها نمونه‌ای از نوآوری‌های چین است که نشان‌دهنده همگرایی اهداف علمی و ملاحظات استراتژیک است.
چین برنامه‌های بلندپروازانه‌ای برای آینده فضایی خود ترسیم کرده، شامل گسترش ایستگاه فضایی تیانگونگ، ارسال فضانورد به ماه تا سال ۲۰۳۰، کاوش رباتیک مریخ و سیارک‌ها، و توسعه فناوری‌های کلیدی مانند موشک‌های قابل استفاده مجدد و ارتباطات کوانتومی.
بیشتر بخوانید: راز ناپایداری کوانتومی KHI با شب پرستاره ون گوگ
چالش‌های استفاده دوگانه (غیرنظامی – نظامی)
یکی از بزرگ‌ترین چالش‌ها مدیریت کاربردهای دوگانه است. پرتابگر زباله فضایی می‌تواند به عنوان سلاح ASAT مورد استفاده قرار گیرد، که نگرانی‌هایی را در میان قدرت‌های فضایی برانگیخته است.
ایالات متحده توسعه سیستم‌های ASAT چین را تهدیدی مستقیم برای امنیت ملی خود می‌داند و معتقد است که چین ممکن است از دیپلماسی فضایی برای اتحاد با سایر کشورها و تسلط بر فضا استفاده کند. چین این ادعاها را رد کرده و بر رویکرد صلح‌آمیز خود تأکید دارد، اما پتانسیل نظامی این فناوری نیازمند شفافیت بیشتر است.
اهمیت توافقات و قوانین بین‌المللی در استفاده صلح‌آمیز از فضا
آینده فناوری فضایی چین به شدت به چارچوب‌های بین‌المللی وابسته است. پیمان فضایی ۱۹۶۷ دیگر برای پوشش فناوری‌های مدرن دوگانه کافی نیست. چین از به‌روزرسانی این قوانین حمایت کرده و خواستار همکاری‌های عمل‌گرایانه است.
برای مثال، چین ۹ پروژه علمی از ۱۷ کشور را برای آزمایش در ایستگاه تیانگونگ پذیرفته است. بدون قوانین شفاف، فناوری‌هایی مانند پرتابگر زباله فضایی می‌توانند به ابزاری برای رقابت ژئوپلیتیکی تبدیل شوند. چین همچنین با توسعه فناوری‌هایی مانند ناوبری کوانتومی و برنامه‌های کاوش ماه، عزم خود را برای تسلط بر منابع فضایی نشان داده است.
نتیجه‌گیری
پرتابگر جمع‌آوری زباله فضایی چین نمونه‌ای برجسته از پیشرفت‌های این کشور در فناوری فضایی است که توانایی تغییر معادلات در مدار زمین را دارد. این فناوری، با قابلیت حذف زباله‌های فضایی و حفاظت از دارایی‌های مداری، می‌تواند گامی بزرگ در راستای پایداری محیط فضایی باشد.
با این حال، ویژگی‌های پنهان‌کار و انعطاف‌پذیر آن، که امکان استفاده به عنوان سلاح ضدماهواره را فراهم می‌کند، نگرانی‌های بین‌المللی را برانگیخته و بحث‌هایی را درباره نظامی‌سازی فضا دامن زده است. واکنش قدرت‌هایی مانند ایالات متحده و ژاپن، همراه با توجه ناسا به این فناوری به عنوان یک فرصت و تهدید، نشان‌دهنده پیچیدگی‌های ژئوپلیتیکی در حوزه فضا است.
بدون چارچوب‌های بین‌المللی شفاف و اعتماد متقابل، این فناوری‌های نوآورانه می‌توانند به جای خدمت به بشریت، به عاملی برای تشدید تنش‌ها تبدیل شوند. جامعه جهانی باید با همکاری و دیپلماسی، فضا را به فضایی برای پیشرفت مشترک و نه رقابت مخرب تبدیل کند.
سوالات متداول درباره‌ی فناوری جمع‌آوری زباله‌های فضایی چینی
تفنگ فضایی چین چیست و چگونه کار می‌کند؟
تفنگ فضایی چین، یا پرتابگر جمع‌آوری زباله‌های فضایی، دستگاهی است که با استفاده از پیشرانه گاز فشرده پرتابهای مجهز به تور را شلیک می‌کند تا زباله‌های مداری را به دام انداخته و به مدار پایین‌تر هدایت کند تا در جو بسوزند.
کاربردهای غیرنظامی این فناوری چیست؟
هدف اصلی این فناوری پاک‌سازی زباله‌های فضایی و حفاظت از ماهواره‌ها و ایستگاه‌های فضایی است. استفاده از آن می‌تواند خطر برخوردها، خسارت به دارایی‌های مداری و اثر کسلر را کاهش دهد.
آیا این فناوری قابلیت نظامی دارد؟
بله. طراحی کم‌اثر و قابلیت نصب روی ماهواره‌های کوچک، این پرتابگر را به گزینه‌ای بالقوه برای سلاح ضدماهواره (ASAT) تبدیل می‌کند و نگرانی قدرت‌های فضایی مانند آمریکا و ژاپن را برانگیخته است.
آینده استفاده از تفنگ فضایی چین چگونه خواهد بود؟
آینده این فناوری به شفافیت اقدامات چین، توافقات بین‌المللی و پایبندی کشورها به اصول استفاده صلح‌آمیز از فضا بستگی دارد. در صورت مدیریت درست، می‌تواند به حفاظت از مدار زمین و ادامه مأموریت‌های علمی و تجاری کمک کند.
