अंतराळातील कचरा

पृथ्वीभोवतालच्या अंतराळात बराच कचरा जमा झाला आहे. आपणच निर्माण केलेला हा कचरा, आज आपल्याच उपग्रहांना घातक ठरतो आहे. आपल्या भोवतालच्या अंतराळाचा, आपल्या सुखसोयींसाठी पूर्ण क्षमतेने उपयोग करायचा असेल, तर या कचऱ्याचा वेळेवर निचरा होणेही गरजेचे आहे. या ‘अंतराळ कचऱ्याच्या संदर्भातील विविध बाबींवर प्रकाश टाकणारा हा लेख…

मराठी विज्ञान परिषदेच्या ‘पत्रिका’ या मासिकातील मिलिंद काळे यांचा हा पूर्वप्रकाशित लेख 

---

मानवाने पृथ्वीवर वसाहती निर्माण करायला सुरुवात केल्यानंतर त्याला भेडसावणाऱ्या समस्यांपैकी एक म्हणजे, सतत निर्माण होणारा व वाढत राहणारा कचरा. मानवाला निरुपयोगी असलेल्या आणि नियमित कामांमध्ये अडथळा आणणाऱ्या वस्तूंचा हा संग्रह. वैज्ञानिक प्रगतीच्या पायऱ्या चढत मानवाने अंतराळात झेप घेतली खरी, पण तिथेही या कचऱ्याच्या समस्येने त्याची पाठ सोडलेली नाही. एके काळी, निसर्गत: अंतराळात इतस्ततः फिरणारे धूलिकण, लहान-मोठे अशनी (उल्कापाषाण) इत्यादींना अंतराळ कचरा समजले जात असे. परंतु, मानवाने विविध उद्देशांनी अंतराळात कृत्रिम उपग्रह पाठवायला सुरुवात केल्यानंतर ही व्याख्या बदलली.

उपग्रहांचे आयुष्य हे मर्यादित असते. काही उपग्रह त्यांच्याकडील उपकरणांची कार्यक्षमता संपल्याने निरुपयोगी ठरतात, काही उपग्रह हे तांत्रिक बिघाडांमुळे संपर्क तुटून निकामी होतात, तर काही उपग्रह त्यांवरील ऊर्जानिर्मितीत अडथळा आल्याने निरुपयोगी ठरतात. हे सर्व उपग्रह अंतराळात कचऱ्याच्या स्वरूपात पृथ्वीभोवतालच्या कक्षेत फिरत राहतात. मात्र, केवळ हे निष्क्रिय उपग्रह म्हणजे अंतराळ कचरा नव्हे; तर उपग्रहाला पृथ्वीभोवतालच्या कक्षेमध्ये प्रस्थापित करण्यासाठी वापरण्यात येणाऱ्या अग्निबाणाचे अवशेष हेसुद्धा या अंतराळ कचऱ्याचे महत्त्वाचे घटक असतात. याबरोबरच, या उपग्रहांच्या अवशेषांच्या एकमेकांशी होणाऱ्या टकरींमुळे निर्माण झालेले असंख्य सुटे भागही या कचऱ्याचे घटक असतात. उपग्रह कक्षेत स्थिर करण्यासाठी वापरलेल्या इंधनाचा थोडासा अंश उपग्रहांवरील छोट्या अग्निबाणांत उरलेला असतो. निकामी उपग्रहात उरलेल्या अशा इंधनाचा काही वेळा स्फोट होतो. तसेच, उपग्रहांवरील विद्युतनिर्मितीसाठी वापरल्या जाणाऱ्या विद्युत्घटांचाही काही वेळा स्फोट होतो. या स्फोटांमुळे लहान-मोठ्या आकाराचे तुकडे निर्माण होतात व मूळ उपग्रहाच्या कक्षेत किंवा त्या कक्षेच्या आसपास ते पृथ्वीभोवती फिरत राहतात. तुकड्यांच्या स्वरूपातला असा अंतराळ कचरा निर्माण होण्यास कारणीभूत ठरणाऱ्या, अशा पाचशेहून अधिक घटनांची नोंद आतापर्यंत झाली आहे.

विविध कारणांमुळे निर्माण होणाऱ्या या तुकड्यांचा वेग हा सेकंदाला सात-आठ किलोमीटर इतका प्रचंड असतो. ( बंदुकीच्या गोळीच्या सुमारे सात-आठपट इतका!) त्यामुळे अंतराळात फिरणारा अगदी छोटासा तुकडासुद्धा अंतराळयानाच्या दृष्टीने अत्यंत धोकादायक ठरू शकतो. अंतराळात फिरणाऱ्या कचऱ्याच्या स्वरूपातील दहा सेंटिमीटरपेक्षा मोठ्या आकाराच्या तुकड्यांची एकूण संख्या चौतीस हजारांच्या आसपास असल्याचा अंदाज आहे. एक सेंटिमीटर ते दहा सेंटिमीटर या दरम्यान आकार असणाऱ्या तुकड्यांची संख्या नऊ लाख, तर एक सेंटिमीटरपेक्षा लहान आकाराच्या तुकड्यांची संख्या जवळजवळ तेरा कोटी इतकी असावी. या कचऱ्याचे एकूण वजन आठ हजार टनांहून अधिक आहे.

अंतराळ मोहिमेद्वारे विविध प्रकारच्या कक्षांमध्ये उपग्रह सोडले जातात. त्यांपैकी कमी उंचीची कक्षा ही पृथ्वीच्या पृष्ठभागापासून सुमारे एकशे साठ ते दोन हजार किलोमीटर उंचीपर्यंतची मानली जाते. पृथ्वीवरील नैसर्गिक संपत्तीबद्दल माहिती देणारे रिमोट सेन्सिंग उपग्रह, नैसर्गिक आपत्तींची पूर्वसूचना देणारे उपग्रह, वातावरणाची माहिती देणारे उपग्रह, लष्करी उपयोगासाठीचे उपग्रह, अशा विविध प्रकारच्या उपग्रहांची गर्दी या कक्षेमध्ये झालेली आहे. दोन हजार किलोमीटर ते छत्तीस हजार किलोमीटर उंचीपर्यंतच्या कक्षेदरम्यान फिरणाऱ्या उपग्रहांना मध्यम उंचीच्या कक्षेतले उपग्रह मानले जाते. यात ग्लोबल पोझिशनिंग सिस्टिम ऊर्फ जीपीएस सेवा देणारे उपग्रह येतात. मध्यम उंचीच्या वर भूसांकालिक कक्षा येते. या कक्षेची उंची पृथ्वीच्या पृष्ठभागापासून सुमारे छत्तीस हजार किलोमीटर इतकी आहे. या विशिष्ट उंचीवर फिरणाऱ्या उपग्रहाचा पृथ्वीभोवती फिरण्यासाठी लागणारा कालावधी हा पृथ्वीच्या स्वतःभोवतालच्या प्रदक्षिणाकाळाएवढा असतो. त्यामुळे याच कक्षेमध्ये जर उपग्रह विषुववृत्ताच्या पातळीत ठेवला, तर तो एकाच भूप्रदेशावर स्थिर भासतो. याला भूस्थिर (जिओस्टेशनरी) कक्षा म्हटले जाते. संदेशवहनासाठी वापरले जाणारे उपग्रह या कक्षेमध्ये फिरत असतात. भूसांकालिक कक्षेपेक्षा अधिक उंचीवरील कक्षेला उंच कक्षा म्हटले जाते. या कक्षेचा उपग्रहांसाठी फारसा वापर केला जात नाही.

पृथ्वीभोवती फिरत असलेल्या कृत्रिम उपग्रहांपैकी, फक्त सुमारे दोन हजार उपग्रह हे सक्रिय असून सुमारे पाच हजार कृत्रिम उपग्रह निष्क्रिय स्वरूपात पृथ्वीला प्रदक्षिणा घालत आहेत. सक्रिय उपग्रहांपैकी सुमारे बाराशे उपग्रह हे कमी उंचीच्या कक्षेत फिरत आहेत. मध्यम उंचीच्या कक्षेत शंभराच्या आसपास उपग्रह कार्यरत आहेत, तर भूस्थिर कक्षेत पाचशेहून अधिक उपग्रह कार्यरत आहेत. कमी उंचीच्या कक्षेत फिरणाऱ्या उपग्रहांची संख्या मोठी असल्याने, या उपग्रहांपासून निर्माण होणारा कचरा हा मुख्यतः कमी उंचीवरच निर्माण झालेला आहे. यातील बहुसंख्य कचरा हा सुमारे आठशे ते एक हजार किलोमीटर उंचीवरचा आहे. कारण, त्यापेक्षा कमी उंचीवरून फिरणारा कचरा हा तिथल्या अल्पशा वातावरणाशी होणाऱ्या घर्षणामुळे हळूहळू खाली येत येत अखेर पृथ्वीच्या दाट वातावरणात शिरतो. जर हा कचरा लहान आकाराच्या तुकड्यांच्या स्वरूपात असला, तर जमिनीपर्यंत पोहोचण्याच्या अगोदरच तो नष्ट होतो. अन्यथा तो जमिनीपर्यंत पोहोचू शकतो. जमिनीवर आदळणारा हा तुकडा धोकादायक ठरू शकतो. चारशे किलोमीटर उंचीपर्यंतचा कचरा हा साधारणपणे तीन वर्षांच्या आत पृथ्वीवर परततो. सातशे-आठशे किलोमीटर उंचीवरच्या कचऱ्याला खाली येण्यास काही दशके लागतात. एक हजार किलोमीटरहून अधिक उंचीवरच्या कचऱ्याला मात्र खाली येण्यास शतकाहून अधिक काळ लागतो.

अंतराळातल्या या कचऱ्यामुळे सक्रिय अंतराळयानांना व उपग्रहांना अनेक वेळा धोका निर्माण झालेला आहे. सुमारे साडेपाचशे किलोमीटर उंचीवरून पृथ्वीला प्रदक्षिणा घालणाऱ्या सुप्रसिद्ध हबल अंतराळ दुर्बिणीवर अशा तुकड्यांमुळे एक मिलिमीटरपेक्षा जास्त आकाराचे शेकडो आघात झाल्याचे अंतराळातच केल्या गेलेल्या तिच्या दुरुस्तीच्या वेळी आढळून आले.

अंतराळात दोन उपग्रहांची टक्कर होण्याची दुर्मीळ घटना १० फेब्रुवारी, २००६ रोजी घडली. अमेरिकेच्या इरिडिअम-३३ या सुमारे पावणे आठशे किलोमीटर उंचीवरून पृथ्वीला प्रदक्षिणा घालणाऱ्या सक्रिय उपग्रहाची, रशियाच्या निकामी झालेल्या कॉसमॉस-२२५१ या उपग्रहाशी टक्कर झाली. यात दोन्ही उपग्रह नष्ट तर झालेच, पण अंतराळ कचऱ्यात वाढ झाली ती वेगळीच. या अंतराळ कचऱ्यामुळे पृथ्वीच्या पृष्ठभागापासून चारशे किलोमीटर अंतरावरून फिरणाऱ्या आंतरराष्ट्रीय अंतराळ स्थानकालाही धोका निर्माण झाला. कॉसमॉस-२२५१चे अवशेष २०१२ साली अंतराळ स्थानकापासून केवळ १२० मीटर अंतरावरून निघून गेले.

इ.स. २०१६ साली या अंतराळ स्थानकाच्या खिडकीच्या काचेवर, अंतराळ कचऱ्यातील एका सूक्ष्म तुकड्यामुळे सुमारे सात मिलिमीटर व्यासाचा एक खड्डा पडला. हा खड्डा एका मिलिमीटरपेक्षाही खूपच लहान असणाऱ्या एखाद्या धातूच्या कणामुळे पडला असावा. आंतरराष्ट्रीय अंतराळ स्थानकाच्या जवळून जाणाऱ्या एका निकामी रशियन उपग्रहाच्या तुकड्यामुळे, २०१५ साली अंतराळ स्थानकात असलेल्या सहा अंतराळवीरांना अंतराळ स्थानकाला जोडलेल्या रशियाच्या सोयूझ अंतराळयानात आश्रय घ्यावा लागला होता. अंतराळ स्थानकातील अंतराळवीरांना अंतराळयानात आश्रय घ्यावा लागण्याची अशी ही एकच घटना नव्हे. अशा घटना इतर अनेक वेळा घडल्या आहेत. या आंतरराष्ट्रीय अंतराळ स्थानकाला अंतराळातील कचऱ्याशी टक्कर टाळण्यासाठी अनेक वेळा आपली जागाही थोडीशी बदलावी लागली आहे. याच कारणास्तव इतर कृत्रिम उपग्रहांच्या जागा बदलाव्या लागण्याची इतर उदाहरणेही घडली आहेत. अनेक उपग्रहांच्या बाबतीत, सौरऊर्जा गोळा करण्यासाठी वापरल्या जाणाऱ्या त्यांच्या सौरपट्टिकांवर या तुकड्यांचे अनेक आघात झाल्याचे दिसून आले आहे.

वरील सर्व घटनांचा विचार करता एक ठळक मुद्दा लक्षात येतो. वर उल्लेख केलेले सर्व उपग्रह, अंतराळ स्थानक, स्पेस शटल कमी उंचीवर वावरतात. अशा कमी उंचीवर अंतराळ कचऱ्याचे प्रमाण सर्वाधिक आहे. कमी उंचीमुळे यातील काही कचरा पृथ्वीच्या वातावरणात शिरून व त्यानंतर जळून नष्ट होत असला, तरीही नवनवीन मोहिमा आणि अंतराळ कचऱ्याच्या स्फोट, टकरींमुळे या कचऱ्याचे प्रमाण वाढतच आहे. उपग्रह नष्ट करण्याच्या चाचण्यांमुळे अंतराळ कचऱ्यात मोठी वाढ होते.

एखाद्या उपग्रहाची अंतराळ कचऱ्याशी टक्कर होण्याची शक्यता निर्माण झाली, तर त्याचे स्थान बदलून ती टाळण्याचा प्रयत्न केला जातो. मात्र, यामुळे उपग्रहावरील इंधनाचा अनावश्यक वापर होतो. अशा टकरी थोडक्यात चुकण्याच्या घटना आठवड्यात वीस हजार एवढ्या घडू शकतात. खरा प्रश्न आहे, की या अंतराळ कचऱ्याचे योग्य व्यवस्थापन कसे करावे, जेणे करून कार्यरत उपग्रहांना याचा उपद्रव होणार नाही.

अंतराळ कचऱ्याच्या गंभीर समस्येची दखल अमेरिकेच्या ‘नासा’ या अंतराळ संशोधन संस्थेने घेतली आणि १९७९ साली ऑर्बिटल डेब्री प्रोग्रॅमची सुरुवात करण्यात आली. या कार्यक्रमाद्वारे अंतराळ कचऱ्याचे मोजमाप, हा कचरा कमी करण्याचे उपाय आणि त्यापासून संरक्षण, या मुख्य उद्दिष्टांवर काम करण्यात येते. अंतराळ कचऱ्यापासून रक्षण करण्यासाठी या कचऱ्याचे निरीक्षण करणारी प्रणाली उभारणे आवश्यक असते. या निरीक्षणासाठी प्रत्यक्ष (दृश्य ) निरीक्षण आणि रेडिओलहरी वापरून राडारद्वारे निरीक्षण, असे दोन पर्याय आहेत. साधारणपणे दृश्य दुर्बिणी ही भूस्थिर कक्षेतील तुकडे शोधण्यास, तर राडार हे कमी उंचीवरील तुकडे शोधण्यास अधिक उपयुक्त ठरू शकते. राडारद्वारे रेडिओ लहरी सोडल्या जातात व या रेडिओलहरी त्या तुकड्यांवरून परावर्तित होऊन पुनः पृथ्वीकडे परततात. या परावर्तित रेडिओलहरींच्या निरीक्षणांवरून या तुकड्यांचा शोध लागतो.

नासा ऑर्बिटल डेब्री ऑब्झर्व्हेटरी या प्रकल्पाच्या अंतर्गत १९९५ ते २००२ या कालावधीत अंतराळ कचऱ्याचे प्रत्यक्ष निरीक्षण, तसेच राडारद्वारे नोंद करण्याचे काम केले गेले. युनायटेड स्टेट्स स्ट्रॅटेजिक कमांड या अमेरिकेच्या संरक्षण विभागातील संस्थेने पृथ्वीवरील दृश्य दुर्बिणींच्या मदतीने आणि राडारच्या मदतीने दहा सेंटिमीटरपेक्षा मोठा आकार असणाऱ्या सुमारे चाळीस हजार तुकड्यांची यादी बनवलेली आहे. त्यांतील बावीस हजार तुकड्यांवर या संस्थेने लक्ष ठेवले आहे.

युरोपिअन स्पेस एजन्सीने उभारलेल्या प्रणालीच्या माध्यमातून पृथ्वीवरील दृश्य दुर्बिणीच्या मदतीने भूस्थिर कक्षेतील दहा सेंटिमीटर किंवा मोठ्या आकाराचे तुकडे शोधता येतात, तर राडारच्या मदतीने कमी उंचीवरील कक्षेतून फिरणारे एक ते दहा सेंटिमीटर आकाराचे तुकडे शोधून काढता येतात. ( एक सेंटिमीटरपेक्षा लहान आकाराचे तुकडे ओळखण्यासाठी मात्र अंतराळयानांवरच विशिष्ट यंत्रणा बसवावी लागते.) युरोपीय स्पेस एजन्सी ही यासाठी मुख्यतः जर्मनीतील बॉनजवळ उभारलेल्या ट्रॅकिंग ॲण्ड इमेजिंग राडार (टायरा) या, चौतीस मीटर व्यासाच्या डिश अंटेनाच्या मदतीने अंतराळ कचरा शोधणे व त्याचा माग काढण्याचे काम करते. या नेहमीच्या कामाबरोबरच केल्या जाणाऱ्या आपल्या ‘बीम पार्क’ या प्रयोगात, टायराद्वारा रेडिओ लहरींचा झोत एका दिशेला सोडला जातो. दिवसभराच्या चोवीस तासांत या झोताच्या मार्गात येणाऱ्या अंतराळ कचऱ्याचा वेध घेतला जातो. या पद्धतीने अगदी दोन सेंटिमीटर आकाराचे, एक हजार किलोमीटर अंतरावरचे तुकडेसुद्धा शोधता येतात.

दहा देशांद्वारे संयुक्तपणे चालवल्या जाणाऱ्या, नॉर्वेमधील युरोपिअन इनकोहेरन्ट स्कॅटर सायंटिफिक ॲसोसिएशनच्या तीन राडारद्वारेही कमी उंचीवरील अंतराळ कचऱ्यावर लक्ष ठेवले जाते. २००७ साली चीनच्या उपग्रह नष्ट करण्याच्या चाचणीनंतर निर्माण झालेला कचरा याच राडारनी दाखवून दिला. युरोपिअन स्पेस एजन्सीच्या जमिनीवरील दुर्बिणीही विविध कक्षांमधील अंतराळ कचरा शोधून त्याचा माग ठेवत आहेत. इस्रो या भारतीय अंतराळ संशोधन संस्थेनेही २०१५ मध्ये मल्टी ऑब्जेक्ट ट्रॅकिंग राडारच्या माध्यमातून एक हजार किलोमीटर उंचीपर्यंतच्या अंतराळ कचऱ्यावर लक्ष ठेवणारी यंत्रणा उभी केली आहे.

अंतराळ कचऱ्याचे निरीक्षण आणि नोंद केल्यानंतर तो नष्ट करण्याचे काही उपाय आहेत. एक म्हणजे कार्यरत उपग्रहांसाठी, त्यांचा कार्यकाळ संपताना ते भूसांकालिक कक्षेपलीकडे दूरवर ढकलून देता येतील अशी प्रणाली तयार ठेवणे. हे म्हणजे एक प्रकारे, निष्क्रिय होणाऱ्या उपग्रहाचे अंतराळातच दफन करण्यासारखे आहे. त्यामुळे अशा कक्षेला ‘ग्रेव्हयार्ड ऑर्बिट’ असे म्हटले जाते. दुसरा मार्ग म्हणजे अंतराळयानाचा वापर झाल्यानंतर त्याला पृथ्वीवरील सुरक्षित स्थानावर आणून पाडणे. स्पेसक्राफ्ट सेमेटरी हा न्यूझीलंडच्या दक्षिणेकडे प्रशांत महासागरातील भाग आहे. येथे मनुष्यवस्ती किंवा जहाजांचे मार्ग नसल्यामुळे निकामी अंतराळयानांना त्यांच्या कक्षेतून विचलित करून पृथ्वीच्या वातावरणातून या प्रदेशात आणून नष्ट केले जाते. रशियाचे प्रसिद्ध मीर अंतराळ स्थानक आणि सॅल्युत अंतराळ स्थानकाला येथेच जलसमाधी दिली गेली. गेल्या पाच दशकांत येथे दोनशेपेक्षा अधिक निरुपयोगी अंतराळयाने नष्ट केली गेली आहेत. अर्थात, ही पद्धत मर्यादित प्रमाणातच वापरता येते.

उपग्रह नष्ट करण्याचा आणखी एक उपाय हा तीन टप्प्यांचा आहे. प्रथम या उपग्रहाला मूळ कक्षेतून वातावरणाजवळच्या कक्षेत आणायचे. त्यानंतर यातील विद्युत्घट व इंधनाचे उर्वरित अंश प्रथम निकामी करून त्यांचे स्फोट होणार नाहीत याची खबरदारी घ्यायची. शेवटी हा उपग्रह वातावरणाच्या थरात शिरून, जळून नष्ट होईल अशी उपाययोजना करायची. अंतराळ कचऱ्याचे मोठे तुकडे जाळ्याच्या द्वारे किंवा धातूंच्या दोरखंडाच्या मदतीने पृथ्वीच्या वातावरणात खेचून आणून नष्ट करण्याचा उपायही सुचवला गेला आहे. ‘रिमूव्हडेब्री’ या प्रकल्पाद्वारे गेल्या वर्षी एक उपग्रह अंतराळात सोडला गेला. जाळे वापरून, तसेच भाल्यासारखा गळ वापरून (हार्पून), या तुकड्यांना खेचून घेण्याचे प्रात्यक्षिक या उपग्रहाने यशस्विरीत्या करून दाखवले आहे. यासाठी मुख्य उपग्रहातून एक छोटा उपग्रह (क्यूबसॅट) सोडला गेला आणि त्याला या मोठ्या उपग्रहाने या दोन्ही पद्धतींद्वारे पुनः आपल्या ताब्यात घेतले. एन्व्हिसॅट हा युरोपीय अंतराळ संघटनेचा, २०१२ साली मृत झालेला मोठ्या आकाराचा धोकादायक निष्क्रिय उपग्रह दूर करण्यासाठी ही पद्धत पुढील दशकात वापरली जाणार आहे.

अंतराळ संशोधनाने मानवाला अधिक सुखसोयी आणि सुरक्षितता देण्याची हमी दिली आहे. त्यामुळे भविष्यात अनेक देश अंतराळ मोहिमा आखतील. पण यातून निर्माण होणाऱ्या अंतराळ कचऱ्याची जलद विल्हेवाट लावणारी यंत्रणाही निर्माण व्हायला हवी. नाहीतर, अंतराळ कचऱ्याचा हा प्रश्न मानवी प्रगतीतला मोठा अडसर ठरू शकतो.

-मिलिंद काळे
खगोल अभ्यासक
Email – milindkale@khagolmandal.com

मराठी विज्ञान परिषदेच्या ‘पत्रिका’ या मासिकातील हा पूर्वप्रकाशित लेख