یک کیسهٔ بادکردنی عظیم می‌تواند شهاب‌سنگ‌ها و آشغال‌های فضایی را به‌دست آورد
نوشتهٔ جاکوپو پریسکو
نه تصویر: به‌دست آوردن شهاب‌سنگ‌ها و آشغال‌های فضایی
شهاب‌سنگ‌ها حاوی مقادیر بزرگی از فلزات گرانبها و معمولی هستند و علیرغم چالش‌های واضح در دسترسی به آنها، چند استارتاپ می‌گویند این اجرام آسمانی می‌توانند جایگزینی پایدار برای استخراج معادن زمینی ارائه دهند، که با مسائلی چون کاهش منابع و آسیب‌های زیست‌محیطی مواجه است.
مسابقه برای دسترسی به این ثروت منابع آغاز شده است. یکی از شرکت‌هایی که در حل این مشکل فعال هستند، TransAstra مستقر در کالیفرنیا است که دستگاهی به نام Capture Bag، یک کیسهٔ بادکردنی با اندازه‌های مختلف، توسعه و آزمون کرده است؛ این کیسه برای به‌دست آوردن هر چیزی از سنگ‌های کوچک تا تخته‌سنگ‌های به اندازهٔ یک خانه طراحی شده است. شرکت می‌گوید این کیسه می‌تواند برای پاک‌سازی آشغال‌های فضایی ساخته‌شده توسط انسان نیز به کار رود، مشکلی که به‌تدریج برای دولتها و دانشمندان منبع نگرانی شده است.
«استخراج شهاب‌سنگ یک کار بسیار پرخطر و چالش‌برانگیز است»، جوئل سرسل، مهندس هوافضایی که در کال‌تک تدریس می‌کرد و مؤسس TransAstra، می‌گوید. «برای حل مشکل استخراج شهاب‌سنگ، در حقیقت باید چهار مسئله دیگر را حل کنید که ما آن را شناسایی، به‌دست‌آوردن، جابجا کردن و فرآیند کردن می‌نامیم.» به عبارت دیگر، یک سیستم استخراج شهاب‌سنگ باید توانایی شناسایی سنگ فضایی هدف، به‌دست‌آوردن آن، جابجا کردن آن به مکان ایمن در فضا و سپس فرآیند کردن برای استخراج مواد معدنی را داشته باشد.
سرسل افزود: «ما در تمام این حوزه‌ها فناوری داریم. تا به‌حال حدود ۲۱ پتنت در اختیار داریم و تقریباً هر ماه یک پتنت جدید دریافت می‌کنیم.»
TransAstra آزمایش اولیهٔ کیسهٔ به‌دست‌آوری را بدون به‌دست‌آوردن واقعی، در اواخر اکتبر بر روی ایستگاه فضایی بین‌المللی (ISS) به اتمام رساند و از طریق تأمین مالی خصوصی و ناسا در حال آماده‌سازی برای ساخت نسخه‌ای بزرگتر و کارآمدتر از این دستگاه است.
سرسل می‌داند برای یافتن شهاب‌سنگ‌های قابل استخراج کجا جستجو کند و تمرکزش را بر جمعیتی خاص از اجرام در مدارهای بسیار شبیه به زمین حول خورشید متمرکز کرده است: «آنها به آرامی در اطراف زمین می‌چرخند، در فاصله‌ای تنها چند میلیارد کیلومتر.» او گفت.
«ما قبلاً می‌دانیم صدها چنین جسمی کجا هستند و برنامه‌ریزی کرده‌ایم که اولین آن را در سال ۲۰۲۸ به‌دست آوریم — این اقدام، به‌نظر ما، یک انقلاب صنعتی واقعی در فضا را به‌پیدا خواهد کرد.»
جنگ طلای فضایی
تا به‌احیال، TransAstra حدود ۱۲ میلیون دلار سرمایه‌گذاری خصوصی و تقریباً ۱۵ میلیون دلار از قراردادها و گرنت‌ها، از جمله از ناسا و نیروی فضایی ایالات متحده، جذب کرده است.
جمع‌آوری نمونه‌ها از شهاب‌سنگ‌ها دشوار و هزینه‌بر است. دو استارتاپ فعال در این زمینه — Planetary Resources و Deep Space Industries — پیش از رسیدن به نتایج مهمی فروپاشیدند. تا کنون تنها سه مأموریت توسط سازمان‌های دولتی ایالات متحده و ژاپن نمونه‌های شهاب‌سنگ را به‌دست آوردند که هزینه آنها صدها میلیون دلار بوده است.
TransAstra تا به‌حال حدود یک دوجین تلسکوپ در سه مکان — آریزونا، کالیفرنیا و استرالیا — مستقر کرده است که بخشی از یک شبکه جهت جستجوی شهاب‌سنگ‌های مناسب برای استخراج می‌باشد. یک مکان چهارم در اسپانیا نیز در برنامه است.
شرکت این تلسکوپ‌ها را Sutter می‌نامد، بنام Sutter’s Mill در کالیفرنیا: «این همان جایی است که طلا در کالیفرنیا کشف شد و منجر به طلا‌دانی شد»، سرسل توضیح داد. «و ما فکر می‌کنیم که کاوش شهاب‌سنگ‌ها با تلسکوپ‌ها، به طلا‌دانی فضایی منجر خواهد شد.»
پس از شناسایی شهاب‌سنگی به‌عنوان مناسب، TransAstra قصد دارد از کیسهٔ به‌دست‌آوری برای گرفتن آن استفاده کند. این کیسه که از موادی مشابه آنچه در کاربردهای هوافضا استفاده می‌شود، مانند کِوالار و آلومینیوم، ساخته شده است، نفوذناپذیر است و می‌تواند بر روی یک وسیله حامل نصب شود که آن را در نزدیکی هدف رها می‌کند؛ در همان لحظه کیسه باد می‌گیرد تا فضای کافی برای جسم فراهم شود.
کیسه‌های به‌دست‌آوری در شش اندازه، از میکرو تا فوق‌جنجو، ارائه می‌شوند: «کیسه‌های میکرو می‌توانند در یک فنجان قهوه جا بگیرند»، سرسل گفت. «آنها می‌توانند یک قطعه کوچک از آشغال را که به‌اندازهٔ یک هندوانه است، به‌دست آورند.»
TransAstra اندازهٔ بزرگ‌تری — حدود یک متر قطر — را بر روی ایستگاه فضایی آزمایش کرد: «ما از یک طرح روی تخته سفید به‌سخت‌افزار تحویل‌داده‌شده برای نمایش پروازی در هفت ماه پیش رفتیم — در صنعت فضا این امر به‌ندرت اتفاق می‌افتد»، سرسل گفت. «این کیسه بر روی راکتی فالفن ۹ پرتاب شد، توسط فضانوردان به ایستگاه برده شد و در محفظهٔ هواشیر ایستگاه (Airlock) قرار گرفت. سپس در میکروگرویت و خلأ آزمایش شد و موفق شد.»
بزرگ‌ترین کیسهٔ به‌دست‌آوری پیشنهادی به‌قدری بزرگ است که می‌تواند یک شهاب‌سنگ ۱۰٬۰۰۰‑تنی، به‌اندازه یک ساختمان کوچک را در خود جای دهد.
TransAstra هم‌اکنون در حال توسعهٔ نسخهٔ ۱۰ متری این کیسه — اندازهٔ «بزرگ» — با بودجهٔ ۵ میلیون دلاری است که نصف آن از ناسا تأمین می‌شود. سرسل گفت مهندسی آن در حدود یک سال و چند ماه آینده تکمیل خواهد شد و پس از آن برای پرواز فضایی آماده می‌شود. اما پیش از این‌که به سمت سنگ‌های فضایی گران‌قیمت بروند، این کیسه با آشغال‌های فضایی کم‌درخش‌تر آزمایش خواهد شد؛ سرسل این را «یک ابزار کاهش ریسک برای مأموریت کامل استخراج شهاب‌سنگ» می‌نامد.
«این کیسهٔ ۱۰ متری به‌قدری بزرگ خواهد شد که بتواند ماهواره‌های موجود در مدارهای گورستانی را که ممکن است باعث مشکلات ناوبری شوند، به‌دست آورد و به مکان امن‌تری منتقل کند. این یک مأموریت مهم است»، سرسل گفت. «اما به‌همین اندازه می‌تواند به‌سوی شهاب‌سنگ‌ها نیز برود، بنابراین ما در حال حاضر با شرکای صنعتی در حال برنامه‌ریزی برای به‌دست آوردن یک شهاب‌سنگ حدود ۱۰۰‑تنی هستیم.»
سرسل می‌گوید بازگشت مواد استخراج‌شده به زمین از نظر اقتصادی منطقی نیست. او معتقد است استخراج شهاب‌سنگ‌ها به بشریت امکان می‌دهد مواد لازم برای ساخت سخت‌افزارهای فضایی را در خود فضا پردازش و تولید کند.
جستجوی راه‌حل‌ها
هر دو حذف آشغال‌های فضایی و به‌دست آوردن شهاب‌سنگ‌ها توجه و سرمایه‌گذاری‌های قابل‌توجهی را به خود جلب کرده‌اند. اوایل امسال، استارتاپ آمریکایی Astroforge پروب Odin را پرتاب کرد که برای ارزیابی شهاب‌سنگ جهت استخراج طراحی شده بود. این اولین مأموریت خصوصی به‌سوی یک شهاب‌سنگ بود و بخشی از مأموریت ماهیانه IM‑2 بود، اما Astroforge پس از پرتاب ارتباط با Odin را از دست داد.
آزمایش‌های جمع‌آوری آشغال‌های فضایی به‌مدت سال‌ها با موفقیت انجام شده‌اند، اما تا به‌حال هیچ‌راه‌حل کامل به‌کار گرفته نشده است؛ در حالی که خطرات ناشی از آشغال‌های مداری همچنان در حال افزایش است. روش‌های فناوری متنوعی پیشنهاد شده است، از بازوهای رباتیک پیچیده تا مغناطیس‌ها و حتی نیزه‌ها.
یکی از مزیت‌های کیسهٔ به‌دست‌آوری نسبت به روش‌های پیچیده‌تر برای گرفتن اشیاء در فضا، این است که ارزان و مقاوم است: «همان کیسه می‌تواند اشیائی با اشکال مختلف را به‌دست آورد، به شرطی که اندازهٔ کیسه کافی باشد»، او گفت و افزود که در ابتدا هر کیسه هزینهٔ میلیون‌ها دلار خواهد داشت، اما این هزینه با مقیاس‌پذیری کاهش خواهد یافت و به‌مراتب رقابتی‌تر از سیستم‌های رباتیک می‌شود.
به‌نقض نظر پروفسور الئونورا بوتا، استاد مشارکتی در گروه مهندسی مکانیک و هوافضا دانشگاه بافالو، که در این پروژه مشارکتی ندارند، ویژگی کلیدی این کیسه این است که می‌تواند اشیائی با اشکال، اندازه‌ها و دینامیک چرخشی متفاوت را ثابت نگه دارد. «این چندکاره بودن برای به‌دست آوردن شهاب‌سنگ و حتی بیشتر برای مدیریت آشغال‌های فضایی ارزشمند است»، او افزود. «یکی از چالش‌های اصلی مهندسی در استقرار ساختارهای بزرگ و بسیار انعطاف‌پذیر در خلأ و میکروگرویتی فضاست؛ این جنبه برای مقیاس‌پذیری سیستم از نسخهٔ آزمایشی در ایستگاه فضایی تا نسخهٔ بزرگتر بحرانی خواهد بود. خوشبختانه، TransAstra به‌تازگی بودجه‌ای برای پیشبرد این مقیاس‌پذیری با همکاری ناسا تأمین کرده است.»
جان کراسیدیس، استاد مهندسی مکانیک در دانشگاه بافالو که با ناسا، نیروی هوایی ایالات متحده و سایر نهادها برای نظارت بر آشغال‌های فضایی همکاری می‌کند و در این پروژه مشارکت ندارد، می‌گوید شرکت رویکردی بسیار نوآورانه برای استخراج شهاب‌سنگ‌ها دارد، که با تلسکوپ Sutter برای یافتن و ردیابی شهاب سنگ‌های کوچک در فضا آغاز می‌شود. «اگر کار کند، درها را برای استخراج شهاب‌سنگ باز می‌کند، زیرا شهاب‌سنگ‌های کوچک بسیاری وجود دارند که در حال حاضر نمی‌توانیم ببینیم»، کراسیدیس گفت. «سؤال بزرگ این است: آیا می‌توانند تعداد کافی شهاب‌سنگ برای صرفه‌جویی اقتصادی پیدا کنند؟ می‌فهمیم — سال ۲۰۲۸ هدفی نسبتاً جاه‌طلبانه به‌نظر می‌رسد، اما امیدوارم موفق شوند.»