ขยะอวกาศ

        ขยะอวกาศ (Space Debris) หมายถึง สิ่งที่มนุษย์สร้างขึ้นและถูกทิ้งไว้ในวงโคจรรอบโลกโดยไม่ใช้งานแล้ว ได้แก่ ดาวเทียมเก่าที่หมดอายุ ท่อนจรวดนำส่งดาวเทียมและยานอวกาศ ฝาครอบดาวเทียมส่วนหัวจรวด น็อต ข้อต่อ และชิ้นส่วนต่างๆ ของจรวด  กากเชื้อเพลิงที่หลงเหลือตกค้าง ของเสียซึ่งทิ้งออกจากยานอวกาศ รวมทั้งเศษชิ้นส่วนที่เกิดจากการพุ่งชนกันเองของขยะอวกาศ และการระเบิดของซากจรวดและดาวเทียม 

ภาพที่ 1 ดาวเทียมสปุตนิก
Credit: Pinterest

        เกือบหกสิบปีมาแล้วที่มนุษย์เริ่มทิ้งขยะไว้ในอวกาศ โดยการส่งดาวเทียมสปุตนิก 1 ขึ้นสู่วงโคจรรอบโลก เมื่อวันที่ 4 ตุลาคม 2500 สปุตนิก 1 มีขนาดเพียงแค่ลูกบอลชายหาด แต่การส่งมันขึ้นสู่อวกาศต้องใช้จรวดขีปนาวุธข้ามทวีป R-7 rocket ซึ่งมีขนาดสูง 30 เมตร และหนัก 300 ตัน จึงจะขับดันให้มันขึ้นสู่วงโคจรรูปวงรีที่ระยะสูงจากพื้นโลก 215 – 939 กิโลเมตร เคลื่อนที่ด้วยความเร็ว 29,000 กิโลเมตร/ชั่วโมง โคจรรอบโลกรอบละ 96.2 นาที   สปุตนิก 1 เป็นดาวเทียมดวงแรกของโลก ซึ่งถูกส่งขึ้นสู่อวกาศโดยมีวัตถุประสงค์เพื่อทดลองส่งสัญญาณวิทยุกลับลงมาบนพื้นโลก อย่างไรก็ตามมันมีอายุใช้งานเพียง 21 วัน แบตเตอรีก็หมดพลังงาน มันจึงกลายเป็นขยะอวกาศล่องลอยอยู่ในอวกาศ จนกระทั่งสองเดือนต่อมาได้ถูกแรงโน้มถ่วงของโลกดึงดูดลงมาให้เสียดสีกับบรรยากาศโลกและลุกไหม้สลายไป 

ภาพที่ 2 จรวด R-7 นำส่งดาวเทียม Sputnik 1 
Credit: imgur

        ในช่วงสงครามเย็นได้มีการแข่งขันด้านอวกาศระหว่างสหรัฐอเมริกาและสหภาพโซเวียต ในการส่งดาวเทียม และสถานีอวกาศขนาดใหญ่ขึ้นสู่อวกาศ เช่น ห้องปฏิบัติการลอยฟ้าสกายแล็บของสหรัฐอเมริกา สถานีอวกาศเมียร์และสถานีอวกาศซอลยุทของสหภาพโซเวียต สถานีอวกาศเหล่านี้มีมวลหลายหมื่นตัน  นอกจากนั้นยังมีดาวเทียมทหารพลังงานนิวเคลียร์ เช่น คอสมอส 954 ของสหภาพโซเวียต ดาวเทียมเหล่านี้ปล่อยกากนิวเคลียร์ทิ้งไว้ในอวกาศหลายพันปีกว่าจะเสื่อมสลาย  จากปี ..2500 ตราบจนปัจจุบันได้มีการส่งดาวเทียมขึ้นสู่อวกาศมากกว่าห้าพันดวง ทว่าดาวเทียมส่วนใหญ่มีอายุใช้งานไม่เกิน 15 ปี ดังนั้นในวงโคจรรอบโลกจึงมีดาวเทียมที่ปฏิบัติงานได้อยู่เพียง 6% นอกนั้นเป็นดาวเทียมที่หมดอายุแล้ว 16% ท่อนจรวดนำส่ง 12%  ชิ้นส่วนต่างๆ 7% และเศษซากซึ่งเกิดจากการระเบิดหรือปะทะกันเอง 59%  

ภาพที่ 3 สัดส่วนของดาวเทียมและขยะอวกาศ 

        นักวิทยาศาสตร์ประมาณว่า ในปัจจุบันมีขยะอวกาศขนาดเล็กซึ่งไม่สามารถตรวจจับได้จำนวนมากกว่าร้อยล้านชิ้นล่องลอยอยู่ในวงโคจรรอบโลก และมีขยะอวกาศที่มีขนาดใหญ่กว่า 10 เซนติเมตร ซึ่งสามารถตรวจจับได้โดยกล้องโทรทรรศน์บนพื้นโลกประมาณ 17,000 ชิ้น  เนื่องจากวัตถุเหล่านี้เคลื่อนที่ด้วยความเร็วมากกว่า 20,000 กิโลเมตร/ชั่วโมง เมื่อมันปะทะกับสิ่งใดก็จะก่อให้เกิดพลังงานมหาศาล ยกตัวอย่าง ขยะอวกาศขนาด 1 กิโลกรัม เคลื่อนที่ด้วยความเร็ว 7.5 กิโลเมตรต่อวินาที จะก่อให้เกิดพลังงานเทียบเท่ารถบัสขนาด 16 ตัน เคลื่อนที่ด้วยความเร็ว 216 กิโลเมตร/ชั่วโมง ดังนั้นเมื่อมันปะทะเข้ากับดาวเทียม หรือ สถานีอวกาศ ก็จะเกิดความเสียหายอย่างใหญ่หลวง แบบที่เรียกได้ว่าตายอย่างไม่รู้ตัว” 

ภาพที่ 4 ขยะอวกาศในวงโคจรรอบโลก 
Credit: AGI 

        วันที่ 11 มกราคม 2550 จีนได้ทำการทดลองยิงขีปนาวุธทำลายดาวเทียม (Anti-satellite Missile หรือ ASAT) ไปยังดาวเทียตรวจอากาศ FY-1C ซึ่งปลดประจำการแล้ว ที่ความสูง 865 กิโลเมตร แรงระเบิดทำให้เกิดขยะอวกาศขนาดใหญ่กว่า 10 เซนติเมตร จำนวนมากกว่า 2,300 ชิ้น และอนุภาคขนาดเล็กจำนวนมากกว่า 150,000 อนุภาค เคลื่อนที่ด้วยความเร็วสูง ในทิศทางกระจัดกระจาย   สองปีต่อมาในวันที่ 10 กุมภาพันธ์ 2552 ได้เกิดการชนกันของดาวเทียมหมดอายุ คอสมอส 2251 ของรัสเซีย กับ ดาวเทียมโทรศัพท์ อิริเดียม 33 ของสหรัฐอเมริกา ในทิศทางเกือบตั้งฉาก ด้วยความเร็วสัมพัทธ์ 11.7 กิโลเมตร/วินาที ที่ความสูง 789 กิโลเมตร ทำให้เกิดขยะอวกาศขนาดใหญ่กว่า 10 เซนติเมตรจากคอสมอส 2251 มากกว่า 600 ชิ้น และขยะที่เกิดจากอิริเดียม 33 มากกว่า 216 ชิ้น ขยะพวกนี้ยังคงเคลื่อนที่ไปในอวกาศในทิศทางวงโคจรเดิม และพุ่งชนกันเองซ้ำแล้วซ้ำเล่า เป็นเศษเล็กเศษน้อยเพิ่มจำนวนสะสมเป็นเท่าทวีคูณ  อาการเช่นนี้เรียกว่าเคสเลอร์ซินโดรม” (Kessler Syndrome) ซึ่งก่อให้เกิดสิ่งกีดขวางทางจราจรในอวกาศ และสามารถสร้างความเสียหายให้แก่ดาวเทียมและยานอวกาศในวงโคจรร่วม รวมทั้งอาจคร่าชีวิตนักบินอวกาศที่กำลังปฏิบัติงานอยู่ในอวกาศได้อีกด้วย 

ภาพที่ 5 กระจกของยานขนส่งอวกาศที่ถูกขยะอวกาศชน 
Credit: NASA 

        การจำกัดจำนวนขยะอวกาศด้วยเทคโนโลยีในปัจจุบันแทบไม่สามารถกระทำได้เลย เนื่องจากถ้าเราจะส่งยานอวกาศขึ้นไปเก็บขยะอวกาศ จรวดที่นำส่งยานอวกาศซึ่งมีขนาดใหญ่กว่าและมีจำนวนมากกว่าก็จะกลายเป็นขยะเสียเอง และหากยิงทำลายขยะอวกาศ มันก็จะระเบิดเป็นเศษเล็กเศษน้อยยากต่อการตรวจจับ และกระจายออกทุกทิศทางด้วยความเร็วสูงขึ้น ก็จะเป็นอันตรายยิ่งขึ้นกว่าเดิม  ดังนั้นหนทางปฏิบัติในการป้องกันอันตรายจากขยะอวกาศก็คือ การออกมาตรการควบคุมการปลดระวางดาวเทียม ทั้งนี้ สำนักงานคณะกรรมการร่วมด้านขยะอวกาศ (Agency Space Debris Coordination Committee: IADC) ได้วางแนวทางสากลให้ดาวเทียมในวงโคจรต่ำ (Low Earth Orbit: LEO) จะต้องออกแบบให้ตกกลับสู่โลก และเผาไหม้หมดในบรรยากาศภายใน 25 ปี หลังเลิกใช้งาน  ส่วนดาวเทียมในวงโคจรสถิต (Geostationary Orbit: GEO) ซึ่งโคจรอยู่ที่ความสูง 35,780 กิโลเมตร ก่อนหมดอายุการใช้งาน จะต้องสงวนเชื้อเพลิงไว้ใช้ในการบังคับให้ดาวเทียมลอยสูงขึ้นไปอีก 300 กิโลเมตร เข้าไปอยู่ในวงโคจรสุสาน (Graveyard Orbit) และดาวเทียมทุกชนิดจะต้องเผาเชื้อเพลิงที่คงเหลืออยู่ทิ้งไป และมีการออกแบบแบตเตอรี่ป้องกันการระเบิด 

ภาพที่ 6 ถังเชื้อเพลิงจรวดตกที่ประเทศเวียดนาม 
Credit: Phys.org

        ในการเฝ้าระวังอันตรายจากขยะอวกาศนั้น ศูนย์ปฏิบัติการร่วมทางอวกาศ (Joint Space Operations Center: JSpOC) ซึ่งเป็นหน่วยงานของกองทัพอากาศสหรัฐอเมริกา ได้ทำการตรวจการณ์อวกาศด้วยเรดาร์และเครือข่ายกล้องโทรทรรศน์ภาคพื้นซึ่งติดตั้งไว้รอบโลก และทำการขึ้นทะเบียนวัตถุในอวกาศทุกชนิดจำนวนมากกว่า 40,000 รายการ นอกจากนั้นยังทำการแจ้งเตือนข่าวสารถึงเจ้าของดาวเทียมทุกประเทศให้หลีกเลี่ยงเส้นทางโคจรที่มีขยะอวกาศเข้ามาใกล้ อย่างไรก็ตามหน้าที่หลักของ JSpOC คือการป้องกันภัยทางอวกาศให้แก่ประเทศสหรัฐอเมริกา  ดังนั้น JSpOC จึงสามารถแจ้งเตือนประเทศอื่นๆ ได้เพียงสี่วันล่วงหน้าก่อนวันที่คาดการณ์ว่าจะเกิดการเฉี่ยวชน (Time of Closest Approach: TCA) ซึ่งในการควบคุมให้ดาวเทียมเปลี่ยนเส้นทาง จำเป็นต้องอาศัยเวลาเตรียมการนานกว่านั้น และถ้าไม่จำเป็นจริงๆ ก็ไม่ควรเปลี่ยนเส้นทาง เพราะจะทำให้เสียภารกิจและอาจสูญเสียรายได้ นอกจากนั้นแล้วยังต้องเสียเชื้อเพลิงในการควบคุมดาวเทียมให้ออกจากเส้นทางและกลับเข้าสู่วงโคจรเดิม ซึ่งจะทำให้ดาวเทียมมีอายุการใช้งานสั้นลงอีกด้วย  ดังนั้นในการตัดสินใจจึงจำเป็นต้องอาศัยข้อมูลในการพิจารณามากขึ้น  ในบางประเทศที่เป็นเจ้าของดาวเทียมจำนวนมาก เช่น ประเทศญี่ปุน จึงลงทุนสร้างระบบกล้องโทรทรรศน์ติดตามดาวเทียมและขยะอวกาศเพื่อเฝ้าระวังดาวเทียมของตนเอง  

ภาพที่ 7 หอดูดาวเฉลิมพระเกียรติ

        ปัจจุบัน ประเทศไทยมีดาวเทียมโคจรอยู่ในอวกาศ 9 ดวง ในจำนวนนี้เป็นดาวเทียมที่ใช้งานอยู่ 6 ดวง คือ ดาวเทียมไทยคม 4, ไทยคม 5, ไทยคม 6, ไทยคม 7, ไทยคม 8, ดาวเทียมไทยโชต (THEOS) และมีดาวเทียมที่ปลดระวางแล้วจำนวน 3 ดวง ได้แก่ ไทยคม 1, ไทยคม 2 และไทยคมทั้งนี้กฎหมายอวกาศสากลกำหนดว่า ดาวเทียมเป็นสมบัติของรัฐ ไม่ใช่ของเอกชน หากดาวเทียมที่ปลดระวางแล้วไปชนหรือสร้างความเสียหายให้แก่ใคร รัฐผู้เป็นเจ้าของดาวเทียมจะต้องแสดงความรับผิดชอบ  ด้วยเหตุนี้ กองทัพอากาศ และ สถาบันวิจัยดาราศาสตร์แห่งชาติ (องค์การมหาชน) จึงร่วมมือกันจัดตั้ง หอดูดาวเฉลิมพระเกียรติ สถานีรายงานดอยอินทนนท์ อำเภอจอมทอง จังหวัดเชียงใหม่ เพื่อปฏิบัติภารกิจในการติดตามดาวเทียมและเฝ้าระวังภัยจากขยะอวกาศ เพื่อปกป้องทรัพย์สินของประเทศไทยในห้วงอวกาศขึ้นโดยเฉพาะ ทั้งนี้ สมเด็จพระเทพรัตนราชสุดา สยามบรมราชกุมารี ได้เสด็จพระราชดำเนินไปพิธิเปิดหอดูดาวแห่งนี้เมื่อวันที่ 23 ธันวาคม 2559 ที่ผ่านมา หอดูดาวเฉลิมพระเกียรติเป็นหอสังเกตการณ์ดาวเทียมแห่งแรกและแห่งเดียวในภูมิภาคเอเชียตะวันออกเฉียงใต้