ปัญหามลพิษในอวกาศเป็นปัญหาต่อชุมชนการบินและอวกาศทั้งหมด พัฒนาการตามสมมุติฐานดังกล่าวในวงโคจรระดับพื้นโลก เช่น เคสเลอร์ซินโดรม ซึ่งทำนายการก่อตัวของเศษซากอวกาศที่ไม่สามารถควบคุมได้ ได้ปลุกเร้าแม้แต่สื่อที่ได้รับความนิยม เป็นที่ชัดเจนว่ามีความจำเป็นสำหรับการวิจัยพื้นฐานเพื่อที่จะเข้าใจว่าอันตรายอะไรแม้เพียงเศษเล็กเศษน้อยที่เต็มไปด้วยและเพื่อคำนวณจำนวนเงินที่เรายินดีจ่ายเพื่อทำความสะอาดพื้นที่รอบนอก
ทุกวันนี้ นักการเมือง นักวิทยาศาสตร์ ช่างเทคนิค และประชาชนทั่วไปต่างตระหนักดีถึงการแพร่กระจายของเศษซากอวกาศ ขอบคุณงานพื้นฐานของ J-K. Liouville และ Nicholas Johnson ซึ่งตีพิมพ์ในปี 2549 เราเข้าใจดีว่าอัตราเศษซากมีแนวโน้มที่จะเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องในอนาคต แม้ว่าการเปิดตัวทั้งหมดจะหยุดลง สาเหตุของการเติบโตอย่างยั่งยืนนี้เกิดจากการชนกันที่คาดว่าจะเกิดขึ้นระหว่างดาวเทียมกับระยะจรวดที่อยู่ในวงโคจรอยู่แล้ว นี่เป็นเรื่องที่น่ากังวลอย่างมากสำหรับผู้ให้บริการดาวเทียมหลายราย ซึ่งถูกบังคับให้ดำเนินมาตรการที่เหมาะสมเพื่อปกป้องทรัพย์สินของตน
ผู้เชี่ยวชาญบางคนเชื่อว่าเหตุการณ์เหล่านี้จะเป็นเพียงจุดเริ่มต้นของการชนกันหลายครั้ง ซึ่งทำให้แทบจะเป็นไปไม่ได้เลยที่จะเข้าถึงวงโคจรต่ำของโลก ปรากฏการณ์นี้ ซึ่งได้รับการอธิบายครั้งแรกโดยละเอียดโดยโดนัลด์ เคสเลอร์ ที่ปรึกษาของ NASA มักเรียกกันว่าเคสเลอร์ซินโดรม แต่ความเป็นจริงน่าจะแตกต่างอย่างมากจากการคาดการณ์หรือเหตุการณ์ที่คล้ายคลึงกันที่แสดงในภาพยนตร์สารคดีเรื่อง "Gravity" อันที่จริง ผลลัพธ์ที่นำเสนอต่อคณะกรรมการประสานงานด้านขยะอวกาศระหว่างหน่วยงาน (IADC) ในการประชุมยุโรปครั้งที่หกในหัวข้อนี้บ่งชี้ว่าเศษซากที่คาดว่าจะเพิ่มขึ้นเพียง 30 เปอร์เซ็นต์ในช่วง 200 ปีด้วยการเปิดตัวอย่างต่อเนื่อง
การชนกันจะยังคงเกิดขึ้น แต่ความเป็นจริงจะห่างไกลจากสถานการณ์ภัยพิบัติที่บางคนกลัว การเติบโตของปริมาณขยะอวกาศสามารถลดลงได้ในระดับที่ค่อนข้างเจียมเนื้อเจียมตัว ข้อเสนอของ IADC คือการเผยแพร่อย่างกว้างขวางและปฏิบัติตามแนวทางการลดเศษซากในอวกาศโดยเคร่งครัด โดยเฉพาะอย่างยิ่งเกี่ยวกับการทำให้แหล่งพลังงานเป็นกลาง ซึ่งควรได้รับการพัฒนาอย่างเต็มที่เมื่อสิ้นสุดการบิน และการกำจัดทิ้งหลังจากสิ้นสุดการบิน อย่างไรก็ตาม จากมุมมองของ IADC ปริมาณของเสียที่คาดว่าจะเพิ่มขึ้น แม้ว่าจะมีความพยายามอย่างต่อเนื่อง แต่ก็ยังต้องมีการแนะนำมาตรการเพิ่มเติมเพื่อต่อสู้กับปัจจัยเสี่ยงที่มีอยู่
ไม่มีความคืบหน้า?
ความสนใจอย่างมากในการบุกเบิกสภาพแวดล้อมของอวกาศถูกบันทึกไว้เก้าปีหลังจากการตีพิมพ์ผลงานของ Liouville and Johnson โดยเฉพาะอย่างยิ่ง มีการดำเนินขั้นตอนต่างๆ ทั่วโลกเพื่อพัฒนาวิธีการกำจัดวัตถุออกจากวงโคจรต่ำของโลก ตัวอย่างเช่น องค์การอวกาศยุโรป (European Space Agency) เพิ่งประกาศความตั้งใจที่จะสนับสนุนรัฐบาลในการเปิดตัวยานอวกาศยุโรปในทศวรรษหน้าหน่วยงานได้ทำการศึกษาจำนวนมากเพื่อกำหนดวิธีที่มีเหตุผลและเชื่อถือได้เพื่อให้บรรลุเป้าหมาย องค์ประกอบสำคัญของการวางแผนคือแบบจำลองคอมพิวเตอร์ของพื้นที่เศษซาก ซึ่งแสดงให้เห็นว่าเศษซากสามารถป้องกันได้โดยการกำจัดยานอวกาศหรือระยะจรวดที่เฉพาะเจาะจง ในการจำลองด้วยคอมพิวเตอร์ วัตถุเหล่านี้ถูกระบุว่ามีแนวโน้มที่จะชนกันมากที่สุด ดังนั้นหลังจากนำออกจากวงโคจรแล้ว จำนวนการชนจะลดลงอย่างรวดเร็ว ซึ่งจะช่วยป้องกันการปรากฏตัวของเศษซากใหม่อันเป็นผลมาจากการกระเจิงของเศษซาก
เกือบสิบปีผ่านไปนับตั้งแต่มีการตีพิมพ์ผลงานของ Liouville และ Johnson และเป็นเรื่องน่าประหลาดใจที่ในระดับนานาชาติหรือระดับชาติไม่มีหลักการด้านระเบียบวิธีที่กำหนดไว้อย่างชัดเจนถึงมาตรการเพื่อขจัดผลที่ตามมาของมลพิษของอวกาศใกล้โลก ดูเหมือนจะไม่แยแสเกี่ยวกับการพัฒนาขั้นตอนการกำจัดเศษซาก แม้จะเรียกร้องให้มีการดำเนินการก็ตาม แต่มันเป็นเช่นนั้นจริงหรือ?
อันที่จริง สถานการณ์ไม่ได้ง่ายอย่างที่คิด เกี่ยวกับขั้นตอนการกำจัดเศษขยะในอวกาศ มีคำถามพื้นฐานที่ยังคงต้องตอบ ประเด็นที่น่ากังวลเป็นพิเศษคือประเด็นที่เกี่ยวข้องกับความเป็นเจ้าของ ความรับผิดชอบ และความโปร่งใส ตัวอย่างเช่น เทคโนโลยีหลายอย่างที่นำเสนอสำหรับการกำจัดเศษซากยังสามารถใช้เพื่อลบหรือปิดการใช้งานยานอวกาศที่ใช้งานอยู่ ดังนั้น เราสามารถคาดหวังข้อกล่าวหาว่าเทคโนโลยีเหล่านี้เป็นอาวุธ นอกจากนี้ยังมีคำถามเกี่ยวกับค่าใช้จ่ายของโปรแกรมกำจัดขยะอย่างสม่ำเสมอ ช่างเทคนิคบางคนประเมินไว้ที่หลายสิบล้านล้านเหรียญ
อย่างไรก็ตาม เหตุผลที่สำคัญที่สุดสำหรับการขาดหลักการของระเบียบวิธีวิจัยที่เพียงพอก็คือการที่เรายังไม่รู้วิธีดำเนินการฟื้นฟู ซึ่งในทางปฏิบัติเราหมายถึงการทำให้บริสุทธิ์ในอวกาศ แต่นี่ไม่ได้หมายความว่าเราไม่รู้ว่าเราต้องการเทคโนโลยีอะไร
อัลกอริทึมสำหรับการใช้ครั้งเดียวได้รับการพัฒนาในทางปฏิบัติแล้ว ปัญหาที่แท้จริงเกิดขึ้นจากงานที่ดูเหมือนง่าย: เพื่อกำหนดเศษซากที่ "ถูกต้อง" เพื่อนำออกจากวงโคจร และจนกว่าเราจะสามารถแก้ปัญหานี้ได้ ดูเหมือนว่าเราจะไม่สามารถเรียกคืนพื้นที่ได้
เล่นซากปรักหักพัง
เพื่อให้ทราบถึงลักษณะปัญหาของการแก้ปัญหาที่ดูเรียบง่าย เช่น การระบุขยะที่จะนำออก เราใช้การเปรียบเทียบเกมที่มีไพ่สำรับไพ่ธรรมดา 52 ใบ ในการเปรียบเทียบนี้ แต่ละแผนที่แสดงถึงวัตถุในอวกาศที่เราอาจต้องการลบออกเพื่อป้องกันการชนกัน หลังจากที่แจกไพ่แล้ว เราวางไพ่แต่ละใบโดยคว่ำหน้าลงบนโต๊ะ เป้าหมายของเราคือพยายามระบุเอซและนำเอซออกจากโต๊ะ เนื่องจากการ์ดเหล่านี้เป็นตัวแทนของดาวเทียมหรือวัตถุขนาดใหญ่อื่น ๆ ของเศษอวกาศที่อาจเข้าร่วมในการชนกันในอนาคต เราสามารถลบการ์ดออกจากโต๊ะได้มากเท่าที่ต้องการ แต่เมื่อใดก็ตามที่เรานำการ์ดออกหนึ่งใบ เราต้องจ่าย 10 ดอลลาร์ นอกจากนี้ เมื่อเราเคลื่อนตัวออกไป เราไม่มีสิทธิ์ดูแผนที่ (หากดาวเทียมถูกลบออกจากวงโคจร เราไม่สามารถพูดได้อย่างแน่นอนว่ามันจะเข้ามามีส่วนร่วมในการชนได้อย่างไร) สุดท้าย เราต้องจ่าย 100 ดอลลาร์สำหรับเอซทุกตัวที่เหลืออยู่บนโต๊ะ ซึ่งแสดงถึงความสูญเสียที่อาจเกิดขึ้นจากการชนกับดาวเทียมของเรา (ในความเป็นจริง ค่าใช้จ่ายในการเปลี่ยนดาวเทียมอาจมีตั้งแต่ 100,000 ถึง 2 พันล้านดอลลาร์)
แล้วเราจะแก้ปัญหานี้ได้อย่างไร? ในทางกลับกัน ไพ่ทั้งหมดเหมือนกัน ดังนั้นจึงไม่มีทางบอกได้ว่าเอซอยู่ที่ไหน และวิธีเดียวที่จะทำให้แน่ใจว่าเราได้เคลียร์เอซทั้งหมดแล้วคือการล้างไพ่ทั้งหมดออกจากโต๊ะ ในตัวอย่างของเรา จะมีค่าใช้จ่ายสูงสุด $520ในพื้นที่รอบนอก เราประสบปัญหาเดียวกัน: เราไม่ทราบแน่ชัดว่าวัตถุใดที่อาจเกี่ยวข้องกับการชนกัน แต่มันแพงเกินไปที่จะเอาออกทั้งหมด ดังนั้นเราจึงต้องเลือก สมมติว่าเราได้ทำการเลือกแล้ว: ในการเอาไพ่หนึ่งใบมูลค่า 10 ดอลลาร์ออก โอกาสที่เราจะเอาเอซเป็นเท่าใด ความน่าจะเป็นที่ไพ่เป็นเอซนั้นหารด้วย 52 ลงตัว 4 ตัว หรืออีกนัยหนึ่งคือ 0, 08 หรือ 8 เปอร์เซ็นต์ ดังนั้น ความน่าจะเป็นที่ไพ่ไม่ใช่เอซคือ 92 เปอร์เซ็นต์ นี่คือโอกาสที่เราจะเสียเงิน 10 เหรียญของเราไป
จะเกิดอะไรขึ้นถ้าคราวนี้เราใช้บัตรใบที่สอง (ซึ่งจะมีค่าใช้จ่ายอีก 10 เหรียญสหรัฐ)? โอกาสที่ไพ่ใบที่สองจะเป็นเอซนั้นขึ้นอยู่กับว่าไพ่ใบแรกเป็นเอซหรือไม่ หากเป็นกรณีนี้ ความน่าจะเป็นที่ไพ่ใบที่สองจะเป็นเอซด้วยสามหารด้วย 51 (เพราะตอนนี้มีเพียงเอซสามใบในสำรับ ซึ่งลดลงหนึ่งใบ) หากไพ่ใบแรกไม่ใช่เอซ ความน่าจะเป็นที่ไพ่ใบที่สองเป็นเอซคือสี่หารด้วย 51 (เพราะยังมีเอซสี่เอซในเด็คที่เล็กกว่า)
เราสามารถใช้วิธีนี้เพื่อกำหนดความน่าจะเป็นที่เราลบเอซทั้งสองออก - เราแค่คูณความน่าจะเป็นเพื่อหาคำตอบ: 4/52 คูณ 3/51 ซึ่งทำให้เรามีความน่าจะเป็น 0.0045 หรือ 0.45 เปอร์เซ็นต์ มูลค่า 20 ดอลลาร์ต่อไพ่สองใบ ลบออก. ไม่ค่อยให้กำลังใจ
อย่างไรก็ตาม เราสามารถกำหนดความน่าจะเป็นที่จะลบเอซออกอย่างน้อยหนึ่งตัว หลังจากจั่วไพ่สองใบแล้ว มีโอกาส 15 เปอร์เซ็นต์ที่เราจะนำเอซออกอย่างน้อยหนึ่งเอซได้สำเร็จ สิ่งนี้ฟังดูมีแนวโน้มมากขึ้น แต่โอกาสก็ยังไม่ดีมากเช่นกัน
ปรากฎว่าเพื่อเพิ่มโอกาสในการดึงไพ่เอซอย่างน้อยหนึ่งใบ เราจำเป็นต้องลบไพ่มากกว่าเก้าใบ (มูลค่า 90 ดอลลาร์) หรือมากกว่า 22 ใบ (มูลค่า 220 ดอลลาร์) หากเราต้องการให้แน่ใจ 90 เปอร์เซ็นต์ ที่เราได้ลบหนึ่งในเอซ แม้ว่าเราจะทำสำเร็จแต่เอซสามตัวก็ยังอยู่บนโต๊ะ ดังนั้น โดยรวมแล้วเรายังต้องจ่าย $520 ซึ่งบังเอิญเป็นจำนวนเดียวกันกับที่เราต้องจ่ายหากเราเลือกตัวเลือกที่มีการนำออก การ์ดทั้งหมด
เกมส์จบแล้ว
เมื่อกลับมาจากการเปรียบเทียบของเรากับสภาพแวดล้อมในอวกาศจริง สถานการณ์ดูน่าตกใจมากขึ้น ปัจจุบัน มีการติดตามวัตถุประมาณ 20,000 ชิ้นในวงโคจรโดยใช้เครือข่ายสถานีสังเกตการณ์อวกาศของสหรัฐฯ โดยประมาณร้อยละหกของวัตถุเหล่านี้มีน้ำหนักมากกว่าหนึ่งตัน ซึ่งอาจมีส่วนร่วมในการชนกันโดยสมมุติฐานและเราอาจต้องการลบออก … ในการเปรียบเทียบไพ่ ปัญหาของเราคือด้านหลังของไพ่ทั้งหมดเท่ากัน และความน่าจะเป็นที่ไพ่ใบหนึ่งเป็นไพ่เอซก็เท่ากับความน่าจะเป็นที่อีกใบเป็นเอซด้วย ไม่มีวิธีระบุการ์ดที่คุณต้องการและนำออกจากตาราง ในความเป็นจริง โอกาสในการหลีกเลี่ยงการชนกันนั้นสูงกว่าในเกมไพ่มาก เพราะในวงโคจร เราสามารถเห็นความน่าจะเป็นของวัตถุบางอย่างที่เกี่ยวข้องกับการชน และเราสามารถมุ่งความสนใจไปที่วัตถุเหล่านั้นได้ ตัวอย่างเช่น วัตถุที่อยู่ในวงโคจรที่มีประชากรหนาแน่น เช่น แบบเฮลิโอซิงโครนัสที่ระดับความสูงระหว่าง 600 ถึง 900 กิโลเมตร มักจะเกี่ยวข้องกับการชนเนื่องจากความแออัดในเขตนี้ หากเรามุ่งความสนใจไปที่วัตถุที่คล้ายคลึงกัน (และวัตถุอื่นๆ บนวงโคจรที่คับคั่งใกล้เคียงกัน) และคำนึงถึงการคาดการณ์ความเป็นไปได้ของการชนกัน ปรากฎว่าเราต้องลบวัตถุประมาณ 50 ชิ้น เพื่อลดจำนวนที่คาดว่าจะเกิดการชนกันของหายนะลงได้ เพียงหน่วยเดียว ซึ่งสืบเนื่องมาจากผลการวิจัยที่ดำเนินการโดยสมาชิกของหน่วยงานอวกาศ IADC
และปรากฎว่าแม้ว่าวัตถุหลายชิ้นสามารถลบออกได้ด้วยยานอวกาศที่สะอาดกว่าเพียงลำเดียว (และเป้าหมายห้าเป้าหมายดูเหมือนจะเป็นทางเลือกที่หลากหลาย) เที่ยวบินจำนวนมากซึ่งมักจะท้าทายและมีความทะเยอทะยานจะต้องดำเนินการเพื่อป้องกันการชนกันครั้งเดียวเท่านั้น
เหตุใดเราจึงไม่สามารถทำนายความน่าจะเป็นของการชนได้อย่างแม่นยำมากขึ้น และเอาเฉพาะวัตถุที่เราทราบแน่ชัดเท่านั้นที่จะเป็นอันตราย? มีพารามิเตอร์หลายอย่างที่อาจส่งผลต่อวิถีโคจรของดาวเทียม รวมทั้งทิศทางของดาวเทียม ไม่ว่าจะเป็นการเคลื่อนที่ที่ไม่แน่นอนหรือสภาพอากาศในอวกาศ (ซึ่งอาจส่งผลต่อการลากที่ดาวเทียมประสบ) แม้แต่ข้อผิดพลาดเล็กน้อยในค่าเริ่มต้นก็สามารถนำไปสู่ความคลาดเคลื่อนอย่างมากในผลลัพธ์ของการคำนวณตำแหน่งของดาวเทียมเมื่อเปรียบเทียบกับความเป็นจริงและหลังจากระยะเวลาอันสั้น ที่จริงแล้ว เราใช้เทคนิคเดียวกับนักพยากรณ์: เราใช้แบบจำลองเพื่อสร้างความน่าจะเป็นของผลลัพธ์ที่เฉพาะเจาะจง แต่ไม่ใช่ข้อเท็จจริงที่ว่าผลลัพธ์เหล่านี้จะได้รับ
ดังนั้นเราจึงมีเทคโนโลยีที่สามารถนำมาใช้เป็นครั้งคราวเพื่อขจัดเศษขยะในอวกาศ นี่คือตำแหน่งที่ดำเนินการโดย European Space Agency โดยมีภารกิจตามแผน e. Deorbit แต่ยังมีปัญหาที่ต้องแก้ไขเพื่อระบุวัตถุที่เหมาะสมที่สุดสำหรับการกำจัด ปัญหาเหล่านี้ต้องได้รับการแก้ไขก่อนที่จะมีแนวทางและหลักระเบียบวิธีที่จำเป็นแก่ผู้ที่สนใจในการเตรียมโปรแกรมกำจัดขยะอวกาศในระยะยาวซึ่งเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการแก้ไขปัญหาสิ่งแวดล้อมอย่างมีประสิทธิภาพ
หลักการเกี่ยวกับระเบียบวิธีในแง่ของไซต์เฉพาะ จำนวน ข้อกำหนดและข้อจำกัดมีความสำคัญต่อการเพิ่มโอกาสที่ความพยายามในการแก้ไขสิ่งแวดล้อมจะมีประสิทธิภาพและคุ้มค่า เพื่อพัฒนาหลักการของระเบียบวิธีดังกล่าว เราต้องพิจารณาความคาดหวังที่ไม่สมเหตุสมผลของเราเกี่ยวกับผลลัพธ์ที่น่าพอใจ