چه اتفاقی می‌افتد وقتی سوخت ماهواره‌ای در مدار زمین تمام می‌شود؟

تمام شدن سوخت، یک خودرو را کاملاً متوقف می‌کند؛ اما این موضوع درباره ماهواره‌ها صدق نمی‌کند. یک ماهواره حتی با مخزن خالی سوخت نیز می‌تواند مدت‌ها پس از پایان مأموریت مفید خود، به چرخش در مدار زمین ادامه دهد.

سوخت به ماهواره‌ها اجازه می‌دهد مدار خود را تنظیم کنند، موقعیتشان را ثابت نگه دارند و از برخوردهای احتمالی جلوگیری کنند. با اتمام سوخت، اگرچه فضاپیما ممکن است همچنان به نیروی برق دسترسی داشته باشد و تجهیزاتش کار کنند، اما توانایی انجام مانورهای حرکتی را از دست می‌دهد.

سرنوشت ماهواره پس از این مرحله، عمدتاً به ارتفاع آن و میزان آمادگی اپراتورها برای بازنشستگی فضاپیما بستگی دارد. برخی از آن‌ها به‌تدریج به سوی زمین بازمی‌گردند، درحالی‌که برخی دیگر مدت‌ها پس از ازکارافتادن در فضا سرگردان می‌مانند.

سوخت، ابزاری برای مانور دادن است

ماهواره‌ها برای ماندن در مدار، نیازی به کارکرد مداوم موتور ندارند. حرکت رو به جلوی ماهواره آن را به دور زمین می‌چرخاند، درحالی‌که نیروی جاذبه آن را به سمت سیاره می‌کشد. در واقع، ماهواره دائماً در حال سقوط است؛ اما سرعت حرکت افقی آن به‌قدری بالاست که هرگز به سطح زمین برخورد نمی‌کند.

نقش پیشران (سوخت) تغییر این حرکت است. موتورهای رانشی می‌توانند ارتفاع مدار را کم یا زیاد کنند، موقعیت ماهواره را اصلاح کنند یا آن را از مسیر یک برخورد پیش‌بینی‌شده دور نگه دارند.

بدون پیشران قابل‌استفاده، این گزینه‌ها کاملاً از بین می‌روند؛ مگر اینکه یک سیستم پیشران جایگزین یا فضاپیمای خدماتی بتواند به کمک ماهواره بیاید.

بااین‌حال، خالی شدن مخزن سوخت به‌معنای خاموش شدن خودکار تجهیزات الکترونیکی نیست. بیشتر ماهواره‌های مدار زمین انرژی خود را از پنل‌های خورشیدی تأمین می‌کنند و در زمان‌هایی که در سایه قرار دارند، باتری‌ها برق موردنیاز را فراهم می‌کنند.

برخی از ماهواره‌ها نیز می‌توانند با استفاده از چرخ‌های واکنش الکتریکی یا دستگاه‌های مغناطیسی، زاویه قرارگیری خود را کنترل کنند. اینکه آیا عملیات‌های مفید پس از اتمام سوخت ادامه می‌یابند یا خیر، کاملاً به طراحی فضاپیما و الزامات مأموریت آن بستگی دارد.

مدار، تعیین‌کننده سرنوشت ماهواره است

ماهواره‌هایی که در مدارهای پایین زمین قرار دارند، با ذرات باقی‌مانده از جو برخورد می‌کنند. این برخورد باعث ایجاد نیروی پسا می‌شود که به‌تدریج انرژی مداری ماهواره را کاهش داده و ارتفاع آن را پایین می‌آورد.

بدون وجود نیروی پیشران برای مقابله با این پسا، فضاپیما در نهایت به لایه‌های متراکم‌تر جو سقوط می‌کند؛ جایی که حرارت شدید و نیروهای آیرودینامیکی باعث متلاشی شدن آن می‌شوند.

این فرایند زمان‌بندی مشخصی ندارد. عواملی مانند ارتفاع، شکل هندسی، جرم فضاپیما و شرایط جوی، همگی بر مدت‌زمان این روند تأثیر می‌گذارند. برای مثال، فعالیت‌های خورشیدی می‌توانند باعث انبساط لایه‌های فوقانی جو و افزایش نیروی پسا شوند.

بخش عمده‌ای از ماهواره هنگام ورود مجدد به جو می‌سوزد؛ هرچند قطعات مقاوم در برابر حرارت ممکن است از این مرحله جان سالم به در برده و به سطح زمین برسند.

در مقابل، ماهواره‌های زمین‌آهنگ در فاصله‌ای بسیار دورتر، یعنی حدود ۳۵ هزار و ۷۸۶ کیلومتری (۲۲ هزار و ۲۳۶ مایلی) بالای خط استوا فعالیت می‌کنند.

در این ارتفاع، نیروی پسای جوی تقریباً صفر است؛ بنابراین اتمام سوخت باعث بازگشت سریع آن‌ها به زمین نمی‌شود. در عوض، این ماهواره‌ها از موقعیت تعیین‌شده خود منحرف می‌شوند و در فضای بی‌کران سرگردان می‌مانند.

روند بازنشستگی پیش از اتمام سوخت آغاز می‌شود

اگر اپراتورها تا زمان خالی شدن کامل مخزن سوخت صبر کنند، دیگر قادر به خارج کردن ایمن ماهواره از مدار نخواهند بود.

برای فضاپیماهای نزدیک به زمین، کنترل‌کننده‌ها می‌توانند با استفاده از سوخت باقی‌مانده، ارتفاع مدار را کاهش دهند و فرایند ورود مجدد به جو را تسریع کنند. در برخی مأموریت‌ها نیز می‌توان از طریق یک سقوط کنترل‌شده، بقایای ماهواره را به مناطق دورافتاده اقیانوسی هدایت کرد.

ماهواره‌های زمین‌آهنگ معمولاً به مدارهای بالاتری موسوم به مدار قبرستان منتقل می‌شوند. این کار نیز به سوخت نیاز دارد؛ بنابراین باید پیش از آنکه عملیات‌های روزمره تمام پیشران را مصرف کنند، مقداری از آن برای این منظور ذخیره شود.

پس از این انتقال، اپراتورها طی فرایندی به نام غیرفعال‌سازی، منابع انرژی ذخیره‌شده را ایمن می‌کنند. این کار شامل تخلیه سوخت باقی‌مانده، کاهش فشار مخازن و همچنین تخلیه یا قطع کامل باتری‌ها است تا خطر انفجارهای تصادفی به حداقل برسد.

اگر ماهواره‌ای پیش از بازنشستگی قابلیت مانور خود را از دست بدهد، به یک خطر دائمی برای برخورد در فضا تبدیل می‌شود. شاید مأموریت این ماهواره‌ها به پایان رسیده باشد، اما فضاپیماهای دیگر همچنان مجبورند فضا را با آن‌ها شریک شوند.

برای ارزیابی پایداری، امنیت و نگهداری این زیرساخت، راهنمای پشتیبانی شبکه را نیز مطالعه کنید.