אסטרונאוט, החלל הוא ביתך: על זבל מסוכן בחלל

כתב: רן לוי

כולנו שמענו על האתגרים והסכנות שכרוכים בטיסה לחלל. גם כשהחללית מצוידת במיטב הטכנולוגיה שכסף יכול לקנות וציוותה מורכב מהמובחרים שבמובחרים- אף אחד לא יכול להבטיח שאסונות בחלל לא יתרחשו, ולנו בישראל יש ניסיון אישי מר בתחום זה עם מעבורת החלל 'קולומביה' ואילן רמון ז"ל. אבל בשנים האחרונות הולך ומתגבר איום חדש על מי שמעזים לצאת את גבולות האטמוספירה.

בשנת 1996 שייט לו לווין הריגול הצרפתי 'סרי' (Cerise) בגובה של כמה מאות קילומטרים מעל פני האדמה. לפתע הגיח עצם כבד מתוך החשיכה, גודלו כשל מזוודה ממוצעת, והתנגש במהירות מסחררת בלווין. נזק כבד נגרם לסרי, ואנטנה באורך של מספר מטרים נשברה כמו גבעול של פרח. מה שפגע בלווין הייתה חתיכת מתכת שנשברה לפני כעשר שנים מטיל צרפתי אחר בשם אריאן, ומאז ריחפה בחלל ללא הפרעה. עקרונית, אפשר היה לפטור את כל הסיפור כסכסוך צרפתי פנימי- שאריות מטיל צרפתי פוגעות בלויין צרפתי…יש בזה אפילו קצת צדק פואטי. אבל ההשלכות של ההתנגשות הזו ברורות לכל מי שרוצה להבין אותן: לו הייתה חתיכת המתכת הזו מתנגשת בחללית מאוישת כמו מעבורת חלל או תחנת החלל הבינלאומית, היינו מקבלים אסון כבד ביותר.

הנה הבעיה. נכון לרגע זה דוהרות למעלה מחצי מיליון חתיכות אשפת חלל במסלולים שונים מעל כדור הארץ. אני משתמש במילה 'דוהרות' במכוון- מהירויותיהן של פיסות האשפה האלו הן בתחום שבין עשרים אלף ק"מ לשעה ועד לשלושים אלף קמ"ש ויותר, וכל אחת יכולה להיות בגודל של אפונה ומעלה. אל תתנו לאשליית ה'אפונה' להטעות אתכם: הכל זה עניין של מהירות. כשפיסת מתכת בקוטר של ס"מ בודד מתרסקת לתוך חללית שנעה בעצמה במהירות של כמה אלפי קילומטרים לשעה, האנרגיה שמשתחררת בהתנגשות היא עצומה. הנה דוגמא: מהירות ממוצעת של עצם במסלול נמוך סביב כדור הארץ היא בסביבות שבעה קילומטרים בשניה אחת- בהערכה גסה, פי עשר מקליע של אקדח. האנרגיה הקינטית, אנרגית התנועה של העצם, עולה לפי ריבוע המהירות שלו. המשמעות היא שאם עצם זעיר בגודל של כדור אקדח פוגע בחללית במהירות כזו, הפגיעה תהיה קשה פי מאה מפגיעה של כדור רגיל. אם נסתכל על זה מזווית אחרת, מספיק עצם קטן פי מאה מקליע, כדי לגרום לחללית לנזק כאילו ירו עליה מטווח קרוב.

איך הגענו למצב הזה, שמאות אלפי אסונות פוטנציאלים מרחפים מעל כדור הארץ? הסיבה היא הזנחה שנמשכת כבר שנים רבות.

למשל לוויני הריגול הסובייטים מסדרת RORSAT, ששוגרו בזה אחרי זה במשך שנים רבות, משנת 1967 ועד 1988. מטרתם הייתה עקיבה אחר כלי רכב של מדינות ברית נאט"ו באמצעות גלי מכ"ם. החזרי המכ"ם בגבהים בהם משייטים לוויני ריגול הם נמוכים מאוד, כצפוי, ולכן לווני RORSAT הוצבו במסלול קרוב מאוד לכדור הארץ, בגובה של כמה מאות קילומטרים בלבד. המסלול הנמוך מנע מהמהנדסים להשתמש בפאנלים סולאריים לצורך אספקת האנרגיה של מערכות הריגול: הקירבה לאטמוספירה הביאה לכך שלוחות סולאריים הם כמו מפרש שיבלום את הלווין ויגרום לו לאבד מהירות וליפול. על כן ניבנו כורים גרעיניים קטנים שסיפקו את החשמל ללווין. הבעיה עם כורים גרעיניים היא שאי אפשר לתת להם להישרף באטמוספירה כשהלווין מסיים את חייו- החומר הרדיואקטיבי יתפזר ויזהם את האוויר למשך שנים, ממש כמו באסון צ'רנוביל. הדרך להיפטר מהכורים הייתה להשליך אותם הרחק מכדור הארץ, להעלות אותם למסלול גבוה יותר: זה פיתרון מקובל גם היום, ומייד נרחיב עליו. אבל צריך להשקיע אנרגיה כדי לדחוף את הכורים אל המסלול הגבוה, ולכן כדאי לדאוג שהמאסה שאנחנו רוצים להזיז תהיה קטנה ככל האפשר. לכן, לפני ששיגרו את הכורים למסלול רחוק מכדור הארץ, פתחו המהנדסים את הברזים בלווין ונתנו לכל נוזל הקירור של הכור הגרעיני לברוח החוצה. זה היה הגיוני מבחינה הנדסית, אבל מעשה מטופש בראייה ארוכת טווח: מאות קילוגרמים של נוזל קירור מעורב בחלקיקי מתכת קטנים וגדולים הסתובבו להם במשך שנים ארוכות סביב הכדור, וחלקם מהווים סכנה עד היום.

מחטים בחלל

גם לאמריקנים יש חלק משלהם בהתנהלות המטופשת בחלל, וגם כאן הדרך לגהינום הייתה רצופה בשטיח מקיר אל קיר של כוונות טובות. בשנות החמישים, לפני עידן הלווינים, מרבית התקשורת הצבאית הסודית התנהלה באמצעות כבלים תת-מימיים באוקיינוסים. הגנרלים האמריקנים חששו שבזמן מלחמה הרוסים פשוט יחתכו את הכבלים הללו, וחיפשו אמצעי תקשורת בלתי ניתן לעצירה.
מישהו העלה את הרעיון המחוכם הבא: הבא נשלח אל החלל מיליוני מחטים קטנטנות, שינועו במסלול מעגלי בגובה של כשלושת אלפים ושבע מאות קילומטר. אני חושב שאתם מנחשים לאן כל הסיפור הזה הולך. הכוונה הייתה שהמחטים הקטנות, כל אחת באורך של כסנטימטר וחצי, יצרו מעין 'חגורת מתכת' מסביב לכדור הארץ ('חגורת ווסט פורד', היה שמה). אם משדרים גלי רדיו בתדר שמתאים לאורך המחטים (שמונה ג'יגהרץ, במקרה הזה) גלי הרדיו ינתזו מחגורת ווסט פורד ויחזרו אל כדור הארץ וכך תתאפשר תקשורת בגלי רדיו מסביב לעולם ללא הפרעה.

רעיון נהדר, ללא ספק, והוא אפילו הוכיח את עצמו במציאות: המחטים פוזרו במסלול הרצוי, והאמריקנים הצליחו לבצע כמה תשדורות רדיו ארוכות טווח מוצלחות. באותה התקופה ממש החלה הפריחה בעולם לוויני התקשורת, ולווין תקשורת הוא תחליף נהדר לחגורת המתכת: הם עושים את אותה הפעולה, ברמה העקרונית, אבל הם הרבה יותר יעילים. לווין הוא מתקן אקטיבי: הוא מקבל את גלי הרדיו מכדור הארץ, הוא יכול להגביר אותם או לשנות את תדרם, לקבוע את עוצמת השידור ולהחזיר חזרה תשדורת איכותית. חגורת ווסט פורד, לעומת זאת, היא סתם גוש של מחטים פאסיביות לגמרי. ברור לגמרי, אם כן, מדוע ננטש הרעיון הזה במהירות, ואנחנו נותרנו עם ארבע מאות ושמונים מיליון מחטים שצריך להתחמק מהן. חלק ניכר מהמחטים כבר הספיקו ליפול אל כדור הארץ מאז, אבל ברוך השם, יש עוד הרבה בשמיים.

במרוצת השנים שוגרו כמה אלפי חלליות ולווינים אל מחוץ לכדור הארץ. חלק קטן מהם נחת בחזרה או נשרף באטמוסטפירה, וחלק קטן עוד יותר עזב את גבולות כוח המשיכה של הכדור שלנו ויצא לחלל הפתוח. רוב הלווינים, הרקטות והמכשירים עדיין מקיפים את כדור הארץ. במרוצת השנים החיכוך עם האטמוספירה הדלילה והלחץ שמפעילים חלקיקים שנפלטים מהשמש יביא לכך שרוב העצמים הללו יפלו בחזרה לכדור הארץ- אבל זה עניין של זמן, הרבה זמן. במסלולי הקפה קרובים יחסית, עד אלף או אלפיים קילומטרים מעל פני האדמה, עשויים לחלוף מאות שנים עד שהאשפה תמצא את דרכה חזרה אלינו. לווינים במסלולי ההקפה הרחוקים יותר יכולים להמשיך ולרחף בחלל אלפי שנים.
המספר שציינתי קודם, חצי מיליון פיסות אשפה בחלל, מתייחס רק לחתיכות בגודל של ס"מ ומעלה, אבל ישנן עוד מיליונים של חלקיקים קטנים יותר ומסוכנים לא פחות. במרוצת השנים הוחלפו כשישים חלונות במעבורות החלל השונות בעקבות שריטות וחריצים עמוקים שנוצרו עקב פגיעת חלקיקים קטנים. באחד המקרים החמורים יותר שזכורים בנאס"א, התנגשות עם חלקיק צבע באורך של מילימטר אחד כמעט ריסקה את חלון המעבורת לגמרי, והשאירה מכתש בהיקף של כמה סנטימטרים על השמשה. אם החלקיק הזה היה פוגע באסטרונאוט בזמן הליכת חלל, למשל, החליפה הייתה נקרעת כמעט בוודאות.

לא תמיד מדובר בלווינים או בחלליות. האשפה בחלל מגוונת מאוד: האסטרונאוטים של תחנת החלל מיר השליכו למעלה ממאתיים שקיות זבל כבדות אל החלל. אסטרונאוטים בהליכות חלל מאבדים מדי פעם מצלמות, מברגים, פליירים, אפילו כפפות. אבל אילו היוצאים מהכלל: מרבית העצמים שמרחפים בחלל הם תוצאה של התנגשויות והתפוצצויות שמפזרות בבת אחת עשרות אלפי רסיסים ושברים לכל עבר.

פתרונות לבעיית הזבל החללי

אז מה נותר לעשות? לא הרבה. מזה כמה שנים הצבא האמריקני עוקב בעזרת טלסקופים ומערכות מכ"ם אחר כשלושה עשר אלף עצמים שגודלם מעל לכדור טניס בערך, בעיקר כדי שלא להתבלבל ולחשוב שעצם כזה הוא טיל גרעיני בין יבשתי, טעות שעלולה לעלות לכולנו ביוקר. כשעצם גדול שכזה מתקרב למעבורת או תחנת החלל, האסטרונאוטים נוקטים בתרגילי התחמקות ומשנים את מסלולם. זה פיתרון בעייתי, בלשון המעטה- יש גבול למספר החלקיקים שניתן לעקוב אחריהם, והסטטיסטיקה תמיד לרעתנו.

זו אחת הדרכים להתמודד עם בעיית האשפה בחלל- להתרחק, לעלות למסלול הקפה גבוה יותר. יש לפיתרון הזה אפילו עוד כמה יתרונות מצוינים: פחות חיכוך עם האטמוספירה של כדור הארץ פירושו פחות דלק מבוזבז, ומסלול הקפה גבוה יותר מאפשר גם להישאר זמן רב יותר מעל אותה הנקודה על כדור הארץ, מה שמפשט את המעקב והתקשורת עם החללית. אבל גם בחלל, אין מתנות חינם: כדי לטפס כנגד כוח הכבידה של כדור הארץ צריך להשקיע המון אנרגיה בצורת רקטות גדולות וחזקות יותר, ומשקל הדלק בא- כמו תמיד- על חשבון משקל הציוד המדעי והמחקרי שהחללית צריכה לסחוב עימה.

פיתרון נוסף הוא מיגון פסיבי לחלליות. 'מגן וויפל' הוא אחד מאותם מיגונים פאסיביים: העיקרון הוא פשוט אבל מחוכם. במקום שדופן החללית יהיה עשוי שכבה אחת ומוצקה של חומר אטום, בונים את הדופן מכמה שכבות צמודות זו לזו כך שיש רווח זעיר ביניהן. כשחלקיק קטן, כמו חלקיק הצבע שכמעט ניפץ את שמשת מעבורת החלל, מתנגש עם הדופן- המפגש יוצר חום עז שממיס את החלקיק באופן חלקי. כשהחלקיק עובר את הדופן החיצונית ופוגש את השכבה הפנימית אחריה, הוא כבר נוזלי ומתפרס על פני שטח גדול יותר. השטח הגדול (לא לשכוח, עדיין מדובר בכמה סנטימטרים מרובעים בלבד) פירושו שהלחץ שההתנגשות מפעילה על הדופן מתפזר אף הוא, והקיר מחזיק מעמד. יעילותו של מגן וויפל מוגבלת לעצמים קטנים בלבד, כמובן, וגוש מתכת בגודל של כדור גולף יעבור דרכו כאילו היה מרגרינה וכנראה שייצא אפילו מהצד השני של החללית. לא הייתי רוצה להיות אסטרונאוט על תחנת החלל כשזה יקרה.

המדענים ערים, כמובן, לבעיה החמורה של זבל חללי. הועלו הצעות שונות ומשונות כיצד לנקות את החלל מהאשפה הזו. למשל, לייזרים שישמידו את החתיכות הגדולות או שיסיטו אותן אל מסלול השמדה עצמית בהתרסקות אל כדור הארץ, או יאדו את החלקיקים הקטנים יותר. או אולי מפרשי ג'לי גדולים שישייטו בחלל ויאספו את האשפה אליהם, ועוד כהנה הצעות שונות ומשונות שיש להן מכנה משותף אחד- אף אחד לא ישקיע את מיליארדי הדולרים שנדרשים כדי לממש אותן. פתגם ידוע אומר שההבדל בין גאונות וטיפשות הוא שלגאונות יש גבולות- ובכל הקשור לזיהום החלל, טיפשות הייתה והרבה.

לשמחתנו, הרשויות תפסו מאז את הסכנה המדוברת וכל סוכנויות החלל מנסות למזער את התרחבות הבעיה. אחת השיטות המקובלות היא 'מסלול בית הקברות'. כל חברה מסחרית שמבקשת לקבל רשיון לשיגור לווין מממשלת ארצות הברית, חייבת על פי חוק לתכנן אותו כך שבסוף תקופת פעילותו היא מרחיקה אותו למסלול רחוק מאוד מכדור הארץ, שלא יסכן אף חללית או לווין אחר- זהו מסלול בית הקברות. השיטה הזו יעילה למדי, אבל רק ללווינים שנמצאים בלאו הכי במרחק רב מכדור הארץ (כמו לוויני GPS או לוויני תקשורת) כך שלא צריך להשקיע המון מאמץ כדי להביא אותם למסלול בית הקברות. ללווינים במסלולים קרובים יותר עדיין אין פיתרון קל, והם עשויים להישאר במסלול עשרות שנים עד שיפלו חזרה לכדור הארץ.

בכל זאת, יש כאן התקדמות בכיוון הנכון. בעבר, אף אחד לא הקדיש מאמץ להיפטר מלווינים אחרי תום שירותם- הדאגה העיקרית של המהנדסים הייתה לוודא שאם הלווין חוזר אל כדור הארץ, הוא לא יפול לאף אחד על הראש. זו משימה לא פשוטה, והאסטרונאוטים בחלליות הראשונות לא ידעו (או שידעו במידה גסה מאוד) לאן יפלו כשיחזרו חזרה. ג'ון גלן, האמריקני הראשון בחלל, לקח איתו בחללית פתק ועליו היה כתוב בכמה שפות- "אני זר מהכוכבים ופני לשלום. קחו אותי אל מנהיגכם ותזכו לפרס עצום בחיי הנצח." מאוחר יותר הסביר גלן שחשש שמא יפול בידי שבט פרימיטיבי באוקיינוס השקט, ובכל הסרטים שראה הגיבור תמיד אומר לפראים Take me to your leader. המהנדסים היום משתדלים להפיל את הלווינים באיזורים נידחים במיוחד על כדור הארץ, כדי למזער את הסיכון לפגיעה באזרחים. אחד מהמקומות המפורסמים יותר הוא 'בית הקברות לחלליות', איזור בדרום האוקיינוס השקט אי שם ליד ניו זילנד, שלא מעט לווינים וחלליות התרסקו במימיו.

אבל לא כולם מודאגים מבעיית האשפה בחלל באותה המידה. באחד עשר בינואר, 2007, שיגרו הסינים טיל ניסיוני נגד לווינים. הטיל טיפס כשמונה מאות קילומטרים ואז התביית על מטרתו: לווין מזג אוויר סיני חסר מזל. הטיל והלווין נעו זה מול זה במהירות יחסית של כשמונה עשרה קילומטרים בשניה, והפגיעה הייתה מדויקת: כל מה שנותר מהלווין והטיל היו אלפי שברים זעירים שהתפזרו לכל עבר, ובתוך שבועות ספורים נוצרה חגורה של רסיסים שהקיפה את כדור הארץ כולו, ממש כמו החגורות הצבעוניות והנהדרות של כוכב הלכת שבתאי. שאר המעצמות היו, כצפוי, מאוד לא מרוצות מהניסוי הסיני. הדיפלומטים עיקמו את אפם לנוכח 'עליית המדרגה' במירוץ החימוש בחלל והתחזקות האיום הסיני, אבל לכולם היה ברור שיש כאן לא מעט צביעות. האמריקנים מתנגדים בעקביות לאמנה שאוסרת על ניסוי נשק בחלל, ובעצמם ניסו לא פעם טילים דומים נגד לווינים. ההשלכות של הניסוי על מצב הזבל החללי, לעומת זאת, היו רציניות יותר. הניסוי הסיני הוא הארוע המזהם ביותר בחלל מאז ומעולם, והיה צורך להזיז לפחות לווין אחד ממסלולו המתוכנן כדי להמנע מהסכנה.

המדען דונלד קסלר העלה את התיאוריה המכונה על שמו, 'סינדרום קסלר'. על פי חישוביו של קסלר גם אם נפסיק היום את כל שיגורי החלליות בבת אחת, כמות הזבל שהצטבר בחלל הגיעה כבר למאסה קריטית. המכניזם שאחראי יותר מכל לזיהום החלל הוא התנגשויות והתפוצצויות, וכל התנגשות בין שני גופים יוצרת המוני רסיסים קטנים שמתפזרים בחלל, מתנגשים בעצמם בגופים אחרים וכן הלאה. בתוך כמה עשרות שנים, שיער קסלר, ההתנגשויות הבלתי נמנעות בין פיסות האשפה שכבר נמצאות היום בשמיים ימלאו את המרחב באינספור חלקיקים מסוכנים. החלקיקים ייצרו מעטפת קטלנית סביב כדור הארץ, מעטפת שתמנע דה-פקטו כל אפשרות לצאת לחלל. אם יתממש החזון האיום הזה, אנחנו עלולים למצוא את עצמנו במצב שבו דורות שלמים של בני כדור הארץ לא יוכלו לפתח טכנולוגיית חלל מתקדמת, ולזה עלולה להיות השפעה קשה על הטכנולוגיה בכלל.
האם איחרנו את המועד? האם זה יהיה המצב בשנים הבאות? ימים יגידו. זבל החלל הוא רק פן אחד של התנהלות אנושית מטופשת: נכון להיום אנחנו מתייחסים לאוויר שאנחנו נושמים, למי השתייה בקרקע ולמי המלח של האוקיינוסים באותה קלות ראש שבה התייחסו המדענים לחלל ה'אינסופי' שמחוץ לכדור הארץ. לכל הפחות, אנו למדים לקח אחד ברור מכל העניין: אף פעם לא מוקדם מדי לחשוב על העתיד.