Feasibility of a National Space Debris Monitoring Center in Brazil: Site Selection and Sensor Technology Assessment

لم تعد السماء فوقنا خالية. فمنذ إطلاق أول جسم من صنع الإنسان في المدار عام 1957، أصبح الفضاء المحيط بالأرض طريقًا مزدحمًا بالأقمار الصناعية، ومراحل الصواريخ المستهلكة، وعدد لا يحصى من شظايا المعدن والطلاء. هذه الأجسام، التي تُعرف مجتمعة باسم الحطام الفضائي، تتحرك بسرعات عالية جدًا لدرجة أن حتى ذرة صغيرة يمكن أن تصطدم بقمر صناعي بقوة انفجار صغير. وعندما يتحطم قمر صناعي، فإنه يخلق سحابة من الحطام الجديد، مما يزيد بدوره من احتمالية وقوع المزيد من الاصطدامات، وهي دورة خطيرة قد تجعل مدارات معينة غير صالحة للاستخدام للمهمات المستقبلية في نهاية المطاف. وللحفاظ على سلامة السفر عبر الفضاء، تدير الدول ذات البرامج الفضية المتقدمة شبكات من المستشعرات لتتبع هذه الأجسام، والتنبؤ بمساراتها بحيث يمكن للأقمار الصناعية النشطة أن تتحرك بعيدًا عن طريقها. وتعد هذه الممارسة، المعروفة باسم الوعي بالوضع الفضائي، إجراءً ضروريًا للسلامة، ولكن بالنسبة للعديد من البلدان، بما في ذلك البرازيل، فإن القدرة على رؤية وحركة حركة المرور المدارية هذه تعتمد كليًا على البيانات المقدمة من دول أخرى.

يسأل بحث جديد أجراه لويس فيليبي ألفيس دي أوليفيرا من جامعة برازيليا سؤالاً بسيطاً ولكنه حيوي: هل يمكن للبرازيل بناء مركزها الخاص لمراقبة هذا الحطام، وإذا كان الأمر كذلك، فأين يجب بناؤه وما هي الأدوات التي يجب أن يستخدمها؟ لا يقترح البحث خطة بناء نهائية، بل هو تقييم لجدوى المشروع، يزن الإيجابيات والسلبيات لمواقع وتقنيات مختلفة لمعرفة ما سيكون الأنسب لوكالة وطنية افتراضية. يركز البحث على الحجم الأكثر خطورة من الحطام: الأجسام التي يزيد حجمها عن 10 سنتيمترات، وهي كبيرة بما يكفي لتدمير قمر صناعي عند الاصطدام به، ولكنها صغيرة بما يكفي لتكون صعبة التتبع دون معدات مخصصة. ومن خلال مقارنة خمس مدن برازيلية لديها بالفعل بعض الروابط مع الأنشطة الفضائية واختبار أنواع مختلفة من المستشعرات، يقترح البحث مسارًا محددًا للأمام يوازن بين الاحتياجات العلمية للبلاد وواقعها العملي.

بدأ الباحثون بالنظر في كيفية تعامل الأمم الأخرى مع هذه المشكلة. تستخدم الوكالات في أوروبا والولايات المتحدة واليابان مزيجًا من أنظمة الرادار القوية والتلسكوبات البصرية لمراقبة السماء. وغالبًا ما توجد هذه الأنظمة في مناطق نائية ذات سماء صافية وتلوث ضوئي منخفض، أو يتم استضافتها من قبل جامعات كبرى يمكنها توفير الخبرة الفنية والتمويل اللازمين. في البرازيل، الوضع مختلف. فبينما أطلقت البلاد أقمارًا صناعية وتدير محطات تتبع، إلا أنها تفتقر إلى مركز مخصص يمكنه توليد بياناته الخاصة حول الحطام الفضائي بشكل مستقل. حاليًا، يجب على مشغلي الأقمار الصناعية البرازيليين الاعتماد على بيانات أجنبية لتجنب الاصطدامات، وهو وضع يجعل الأمة معتمدة على أولويات وجداول مواعيد دول أخرى. ويهدف البحث إلى تغيير هذا من خلال تحديد ما يجب أن يفعله مركز برازيلي وأين يمكنه العمل بأفضل طريقة.

ولإيجاد الموقع المناسب، قارن الفريق بين خمس مدن: ألكانتارا وناتال في الشمال، وساو جوز دوس كامبوس في الجنوب الشرقي، وكويابا في الوسط الغربي، والعاصمة برازيليا. قدمت كل مدينة مزيجًا مختلفًا من المزايا والتحدات. تقع ألكانتارا وناتال بالقرب من خط الاستواء، وهو موقع استراتيجي لمراقبة الأقمار الصناعية التي تدور بالقرب من خط استواء الأرض، ولكن كلتاهما تقعان على الساحل حيث يمكن لرذاذ الملح والرطوبة أن يؤديا بسرعة إلى تآكل المعدات الإلكترونية الحساسة. أما ساو جوز دوس كامبوس فهي قلب صناعة الطيران في البرازيل، وتتميز بطرق ومطارات ممتازة وتركيز من الخبراء، لكن طقسها غالبًا ما يكون غائمًا وماطرًا، كما أن أضواء المدينة ساطعة جدًا لدرجة أنها قد تعمي أي تلسكوب بصري يحاول رؤية النجوم. أما كويابا فتتمتع بمناخ جاف وتلوث ضوئي منخفض، مما يجعلها جيدة للنظر إلى السماء، لكنها بعيدة عن المراكز الصناعية الكبرى والموانئ، مما يجعل جلب المعدات الكبيرة أو الفنيين المتخصصين أمرًا صعبًا ومكلفًا.

برزت برازيليا كأكثر الخيارات توازنًا لاختيار موقع المركز. فبينما تبعد عن الساحل وتعاني من التلوث الضوئي لمدينة كبيرة، إلا أنها توفر شيئًا لا تستطيع المواقع الأخرى مضاهاته: الوصول المباشر إلى الوكالات الحكومية التي تمول وتنظم الأنشطة الفضائية، بالإضافة إلى جامعة برازيليا التي تمتلك برامج الهندسة ومختبرات الأبحاث اللازمة لإدارة المركز. ويتميز مناخ المدينة بموسم جفاف طويل مع سماء صافية، مما يوفر نافذة جيدة للمراقبة، حتى لو كانت أضواء المدينة ستجعل من المستحيل استخدام التلسكوبات البصرية بفعالية. ويقترح البحث أن الحل الأفضل هو وضع المركز في برازيليا وتزويده بتقنية لا تهتم بالطقس أو أضواء المدينة.

هذه التقنية هي الرادار أحادي الحالة (monostatic radar). فخلافًا للتلسكوبات البصرية، التي تحتاج إلى سماء صافية ومظلمة لرؤية الانعكاس الخافت لأشعة الشمس عن قطعة من الحطام، يرسل الرادار موجات راديو ترتد عن الأجسام وتعود إلى المستقبل. وهذا يعني أن الرادار يمكنه تتبع الحطام في النهار أو الليل، وفي المطر أو الصحو، ولا يتأثر بتوهج أضواء المدينة. ووجد الباحثون أنه بينما تعتبر أنظمة الرادار مكلفة في البناء والصيانة، إلا أنها الخيار الوحيد الذي سيسمح لمركز في برازيليا بالعمل بشكل مستمر وموثوق. ويستبعد البحث صراحة التلسكوبات البصرية كمستشعر أساسي لهذا الموقع المحدد، مشيرًا إلى أن التلوث الضوئي في العاصمة سيجعلها غير فعالة. كما نظر أيضًا في إعدادات رادار أكثر تعقيدًا تستخدم أجهزة إرسال واستقبال منفصلة، لكنه خلص إلى أن التكلفة الإضافية والصعوبات اللوجستية تجعلها أقل ملاءمة لمركز وطني أول مقارنة بوحدة رادار واحدة قوية.

إن الصورة النهائية التي رسمها البحث هي صورة تسوية استراتيجية وعملية. إن مركز مراقبة الحطام الفضائي الوطني في البرازيل لن يُبنى في أكثر الزوايا نأياً وظلمة في البلاد حيث تكون السماء أكثر صفاءً، بل في القلب السياسي والأكاديمي للأمة، حيث يكون الناس والمال اللازم لتشغيله أكثر سهولة في الوصول إليهم. ومن خلال اختيار نظام رادار يعمل بغض النظر عن الطقس أو الوقت من اليوم، يمكن للمركز التغلب على قيود بيئته الحضرية. ويعكس هذا النهج النماذج الناجحة في دول أخرى حيث تستضيف الجامعات أصول تتبع وطنية بالشراكة مع الحكومة. وإذا تم تأسيسه، فإن مثل هذا المركز سيسمح للبرازيل بحماية أقمارها الصناعية الخاصة دون الاعتماد على البيانات الأجنبية، وتعزيز دورها في السلامة الفضائية العالمية، وتدريب جيل جديد من المهندسين لإدارة البيئة المدارية. ويشير البحث إلى أنه بينما يتطلب المسار للأمام استثمارًا كبيرًا وتخطيطًا دقيقًا، فإن الجمع بين القوة المؤسسية لبرازيليا والقدرة على العمل في جميع الأحوال الجوية للرادار يجعل المشروع ليس ممكنًا فحسب، بل الخطوة الأكثر منطقية التي يجب على البلاد اتخاذها.