Kilometre-scale orbital data centres may clear debris by avoiding rocket bodies and defunct satellites

हमारे ऊपर का आकाश भीड़भाड़ वाला होता जा रहा है। दशकों से, मानवीय गतिविधियों ने अंतरिक्ष में मलबे की एक अराजक परत पीछे छोड़ दी है: छोड़े गए रॉकेट चरण, टूटे हुए उपग्रह और धातु तथा पेंट के अनगिनत टुकड़े। यह मलबा हाइपरवेलोसिटी (अति-उच्च वेग) की गति से यात्रा करता है, जो लगभग एक राइफल की गोली से दस गुना तेज़ है। ऐसी गति पर, एक छोटा सा कण भी किसी अंतरिक्ष यान में छेद कर सकता है, जबकि एक बड़ा टुकड़ा एक उपग्रह को हजारों नए टुकड़ों में तोड़ सकता है। यह एक खतरनाक चक्र बनाता है जहाँ टकराव अधिक मलबे को जन्म देते हैं, जिससे और अधिक टकराव होते हैं। वैज्ञानिक इसे 'कोलिज़नल कैस्केड' (टक्कर की श्रृंखला) कहते हैं, एक ऐसी अनियंत्रित प्रक्रिया जो अंततः कुछ कक्षाओं को सदियों के लिए अनुपयोगी बना सकती है।

अब, प्रस्तावों की एक नई पीढ़ी इसी वातावरण में विशाल डेटा केंद्रों को स्थापित करने का लक्ष्य रखती है। कंपनियाँ निम्न पृथ्वी कक्षा (लो अर्थ ऑर्बिट) में कई वर्ग किलोमीटर तक फैले संरचनाओं के निर्माण की योजना बना रही हैं, जो अनिवार्य रूप से निरंतर सूर्य के प्रकाश से संचालित होने वाले तैरते हुए सर्वर फार्म होंगे। ये संरचनाएं विशाल होंगी, जिनमें किलोमीटर तक फैले सौर पैनल होंगे, जिन्हें आर्टिफिशियल इंटेलिजेंस के लिए आवश्यक अत्यधिक कंप्यूटिंग शक्ति को संभालने के लिए डिज़ाइन किया गया है। इन परियोजनाओं के लिए महत्वपूर्ण प्रश्न हमेशा यह रहा है कि अंतरिक्ष का मलबा इस संरचना को कैसे प्रभावित करेगा। क्या मलबे का कोई भटकता हुआ टुकड़ा नाजुक सौर पैनलों में छेद कर देगा? नया शोध इस प्रश्न को पूरी तरह से उलट देता है। संरचना के मलबे पर क्या प्रभाव पड़ेगा, यह पूछने के बजाय, यह पूछता है कि संरचना मलबे के साथ क्या करती है। उत्तर एक आश्चर्यजनक संभावना प्रकट करता है: ये विशाल कक्षीय प्लेटफॉर्म या तो इतिहास के सबसे बुरे प्रदूषक बन सकते हैं या अंतरिक्ष के सबसे प्रभावी सफाईकर्मी, यह पूरी तरह से इस बात पर निर्भर करता है कि उनका प्रबंधन कैसे किया जाता है।

शोधकर्ता जियावेई जिंग के नेतृत्व में किए गए इस अध्ययन में पंद्रह वर्षों की अवधि में इन किलोमीटर-स्केल की संरचनाओं के व्यवहार का अनुकरण (सिमुलेशन) किया गया है। मॉडल डेटा सेंटर के मार्ग को पार करने वाले दो अलग-अलग प्रकार के पिंडों को ट्रैक करता है। पहला समूह छोटे टुकड़ों और छोटे घातक पिंडों का है, जो इतने छोटे हैं कि जमीन के रडार द्वारा ट्रैक नहीं किए जा सकते लेकिन इतने भारी हैं कि यदि वे किसी उपग्रह से टकरा जाएं तो उसे नष्ट कर सकते हैं। दूसरा समूह बड़े, अखंड पिंडों को शामिल करता है: निष्क्रिय उपग्रह और रॉकेट बॉडी, जो सुप्रसिद्ध और ट्रैक किए गए हैं। शोध से पता चलता है कि पतले सौर पैनल इन दो समूहों पर बहुत अलग तरह से व्यवहार करते हैं। जब एक छोटा, तेज़ गति वाला टुकड़ा हल्के de sheet (चादर) से टकराता है, तो प्रभाव उस टुकड़े की गति को काफी कम कर देता है। चादर उसमें छेद कर देती है, और संवेग का आदान-प्रदान (मोमेंटम एक्सचेंज) टुकड़े की कक्षा को नीचे गिराने के लिए पर्याप्त होता है, जिससे वह कुछ ही समय में वायुमंडल में जलकर नष्ट हो जाता है। इस प्रकार, संरचना स्वाभाविक रूप से आकाश को अสามารถ (अनट्रैकेबल), मिशन-समाप्त करने वाले मलबे से साफ कर देती है।

हालाँकि, बड़े, अखंड पिंडों के साथ होने वाली अंतःक्रिया एक अलग कहानी बताती है। जब एक विशाल रॉकेट बॉडी या मृत उपग्रह पतली एरे (array) के मार्ग को पार करता है, तो वह चादर उसे रोक नहीं पाती है। इसके बजाय, प्रभाव एक उच्च गति वाले प्रोजेक्टाइल के दीवार से टकराने जैसा होता है। जमा की गई ऊर्जा इतनी तीव्र होती है कि यह बड़े पिंड की सतह के एक हिस्से को छील सकती है या, सबसे खराब स्थिति में, पूरे पिंड को नए मलबे के बादल में तोड़ सकती है। अध्ययन गणना करता है कि यदि बड़े पिंड के द्रव्यमान का एक छोटा सा हिस्सा भी—एक प्रतिशत से भी कम—छील लिया जाता है या यदि वस्तु पूरी तरह से टूट जाती है, तो संरचना नए अंतरिक्ष मलबे का स्रोत बन जाती है। उन सिमुलेशन में जहाँ संरचना इन बड़े पिंडों से बचने के लिए कुछ नहीं करती है, उस कक्षीय परत में घातक, अनट्रैकेबल टुकड़ों की संख्या आज की तुलना में तीन से पंद्रह गुना अधिक हो सकती है। संरचना प्रभावी रूप से नए खतरों के बीज बो देगी, जिससे वह प्राकृतिक सफाई बाधित होगी जो वह छोटे मलबे के लिए करती है।

समाधान एक विशिष्ट प्रकार के बचाव युद्धाभ्यास (अवॉयडेंस मैन्यूवर) में निहित है। शोध से पता चलता है कि यदि डेटा सेंटर को केवल कुछ सौ बड़े, ट्रैक किए गए पिंडों—रॉकेट बॉडी और निष्क्रिय उपग्रहओं—से बचने के लिए प्रोग्राम किया जाता है, तो यह मलबे को हटाने वाला शुद्ध घटक (नेट रिमूवर) बना रह सकता है। इन विशाल लक्ष्यों से बचकर, संरचना छोटे, अनट्रैकेबल टुकड़ों को गुजरने और सौर पैनलों द्वारा धीमा होने देने की अनुमति देती है, जबकि विनाशकारी टक्करों से बचती है जो मलबे के नए बादल पैदा कर सकती हैं। यह चयनात्मक बचाव आश्चर्यजनक रूप से कुशल है। अध्ययन सुझाव देता है कि यदि संरचना सफलतापूर्वक इन बड़े पिंडों में से 93 से 99.6 प्रतिशत को बाहर निकाल सकती है (ऊंचाई के आधार पर), तो यह अंतरिक्ष को प्रदूषित करने की तुलना में तेजी से साफ करेगी। यह उस पूर्ण बचाव की तुलना में बहुत कम सीमा है जिसकी आवश्यकता तब होती जब संरचना को हर एक ट्रैक किए गए मलबे से बचना पड़ता, जिसमें वे छोटे टुकड़े भी शामिल हैं जिन्हें साफ करने के लिए ही इसे बनाया गया है।

इस चयनात्मक सफाई की लागत प्रबंधनीय है, लेकिन यह इस पर निर्भर करती है कि हमें बड़े पिंडों के बारे में कितनी अच्छी जानकारी है। एक रॉकेट बॉडी से बचने के लिए, संरचना को अपने विशाल ढांचे को बस इतना हिलाना होगा कि वह क्रॉसिंग पॉइंट से बच सके। यदि रॉकेट बॉडी की स्थिति उच्च सटीकता के साथ, कुछ सौ मीटर के भीतर ज्ञात है, तो इन युद्धाभ्यासों के लिए आवश्यक ईंधन अपेक्षाकृत कम है। हालाँकि, यदि स्थिति की अनिश्चितता कई किलोमीटर तक है, तो सुरक्षित मिस (बचाव) सुनिश्चित करने के लिए आवश्यक ईंधन नाटकीय रूप रूप से बढ़ जाता है, जो संभावित रूप से संरचना के द्रव्यमान का एक महत्वपूर्ण हिस्सा हर साल खा सकता है। अध्ययन एक महत्वपूर्ण भेद्यता को भी उजागर करता है: संरचना के भीतर स्थित सघन कंप्यूटर मॉड्यूल। पतले सौर पैनलों के विपरीत, ये भारी मॉड्यूल नाजुक लक्ष्य हैं। यदि कोई बड़ा पिंड कंप्यूटर मॉड्यूल से टकराता है, तो वह संभवतः मॉड्यूल को चकनाचूर कर देगा, जिससे मलबे का एक बड़ा नया बादल बन जाएगा। इसलिए, कंप्यूटर मॉड्यूल को हर उस ट्रैक किए गए पिंड से बचाना आवश्यक है जो उन्हें नष्ट कर सकता है, जो सौर पैनलों की तुलना में बहुत सख्त आवश्यकता है।

ये निष्कर्ष अंतरिक्ष एजेंसियों और कंपनियों द्वारा जोखिम के आकलन के वर्तमान तरीके को चुनौती देते हैं। मानक सुरक्षा नियम टक्कर की संभावना पर ध्यान केंद्रित करते हैं जो अंतरिक्ष यान को नुकसान पहुँचा सकती है। इन विशाल संरचनाओं के लिए, वह दृष्टिकोण अपर्याप्त है। अध्ययन का तर्क है कि नियामकों और ऑपरेटरों को स्वयं क्रॉसिंग (पारगमन) के परिणाम को देखना चाहिए। यदि एक बड़ा पिंड एरे से गुजरता है और टूट जाता है, तो संरचना अपने पर्यावरणीय कर्तव्य में विफल रही है, भले ही संरचना स्वयं सुरक्षित रहे। शोध का सुझाव है कि इन भविष्य के डेटा केंद्रों के डिजाइन को स्वयं संरचना की सुरक्षा के बजाय कक्षीय पर्यावरण की सुरक्षा को प्राथमिकता देनी चाहिए। छोटे मलबे को गुजरने और साफ होने देने के साथ, जबकि बड़े, ट्रैक किए गए मलबे से सक्रिय रूप से बचने के साथ, ये किलोमीटर-स्केल के प्लेटफॉर्म अंतरिक्ष मलबे की आबादी को सक्रिय रूप से कम करने वाले पहले मानव निर्मित पिंड बन सकते हैं।

यह परिणाम सुनिश्चित नहीं है। यह दो कारकों पर निर्भर करता है जिन्हें अभी तक वास्तविक कक्षीय वातावरण में मापा नहीं गया है: वास्तव में एक बड़ी वस्तु कितनी मात्रा में द्रव्यमान खो देती है जब वह कक्षीय गति पर एक पतली चादर से टकराती है, और खोया हुआ द्रव्यमान कितने नए टुकड़े बनाता है। जब तक इन भौतिक अंतःक्रियाओं का परीक्षण नहीं किया जाता, तब तक डेटा केंद्रों के शुद्ध सफाईकर्मी बने रहने के लिए आवश्यक दक्षता केवल एक सिमुलेशन है। फिर भी, अध्ययन एक स्पष्ट मार्ग प्रदान करता है। यह प्रदर्शित करता है कि निम्न पृथ्वी कक्षा का भाग्य एक डिज़ाइन विकल्प है। यदि इन संरचनाओं को बड़े, ट्रैक किए गए पिंडों से बचने और छोटे मलबे को गुजरने देने के लिए बनाया जाता है, तो वे आकाश को साफ करने में मदद कर सकती हैं। यदि उन्हें सभी ट्रैक किए गए पिंडों से बचने के लिए या, बदतर स्थिति में, बड़े पिंडों को पूरी तरह अनदेखा करने के लिए बनाया जाता है, तो वे अंतरिक्ष मलबे में विनाशकारी वृद्धि का कारण बन सकते हैं, जिससे वे कक्षाएं ही अनुपयोगी हो जाएंगी जिनमें उन्हें काम करने की आवश्यकता है। आकाश को साफ करने वाले स्पेस एलीवेटर और उसे कचरे से भरने वाले स्पेस एलीवेटर के बीच का अंतर केवल यह है कि वह जानता है कि किन वस्तुओं से बचना है।