حتی یک انفجار هسته‌ای در فضا می‌تواند ۹۹ درصد ماهواره‌های زمین را از کار بیندازد

بیش از ۱۳ هزار ماهواره در مدار نزدیک زمین فعالیت می‌کنند و بخش مهمی از زیرساخت‌های ارتباطی و خدمات روزمره بشر به آن‌ها وابسته است. از اینترنت ماهواره‌ای و ارتباطات تلفنی گرفته تا پیش‌بینی وضعیت آب‌وهوا و انتقال داده، بسیاری از خدمات امروزی به عملکرد این تجهیزات فضایی متکی هستند. بااین‌حال، پژوهشی جدید نشان می‌دهد که این شبکه گسترده در برابر انفجار هسته‌ای در ارتفاع بالا تا چه اندازه آسیب‌پذیر است.

پژوهشگران دانشگاه ویسکانسین–مدیسن و دانشگاه پرینستون در مطالعه‌ای جدید، پیامدهای انفجار یک کلاهک هسته‌ای یک‌مگاتنی را در ارتفاع ۵۰۰ کیلومتری زمین شبیه‌سازی کرده‌اند. نتایج نشان می‌دهد که در شرایط بررسی‌شده، تنها یک انفجار می‌تواند بیش از ۹۹ درصد ماهواره‌های مدار نزدیک زمین را ظرف ۱۵ روز از کار بیندازد.

به نوشته‌ی ساینس آلرت، یکی از معروف‌ترین نمونه‌ها، آزمایش استارفیش پرایم (Starfish Prime) در سال ۱۹۶۲ بود. آمریکا در این آزمایش، کلاهک هسته‌ای ۱٫۴ مگاتنی را در ارتفاع حدود ۴۰۰ کیلومتری بر فراز اقیانوس آرام منفجر کرد. پیامدهای انفجار باعث آسیب‌دیدن و از کار افتادن چند ماهواره شد.

یک سال بعد، آمریکا و شوروی همراه با بریتانیا معاهده منع جزئی آزمایش‌های هسته‌ای را امضا کردند که آزمایش هسته‌ای در جو، فضای خارج از جو و زیر آب را ممنوع می‌کرد.

آنچه انفجار هسته‌ای در ارتفاع بالا را برای ماهواره‌ها خطرناک می‌کند، صرفاً انرژی آزادشده در لحظه انفجار نیست. ذرات باردار حاصل از فرایندهای هسته‌ای می‌توانند در میدان مغناطیسی زمین به دام بیفتند و کمربندهای تابشی مصنوعی ایجاد کنند.

ماهواره‌هایی که در مدار زمین حرکت می‌کنند، ممکن است بارها از میان این مناطق عبور کنند و به‌مرور در معرض دوزهای بالای تابش قرار بگیرند. چنین شرایطی می‌تواند به قطعات الکترونیکی آسیب برساند و در نهایت ماهواره را از کار بیندازد.

پژوهشگران توضیح می‌دهند که پدیده مشابهی پس از آزمایش استارفیش پرایم رخ داد؛ با این تفاوت که امروزه تعداد ماهواره‌های فعال در مدار زمین بسیار بیشتر از دهه ۱۹۶۰ است.

پژوهشگران برای بررسی ابعاد احتمالی چنین رویدادی، انفجار هسته‌ای یک‌مگاتنی را در ارتفاع ۵۰۰ کیلومتری بر فراز اقیانوس اطلس جنوبی شبیه‌سازی کردند. این منطقه در محدوده‌ای موسوم به ناهنجاری اطلس جنوبی (South Atlantic Anomaly) قرار دارد که شدت میدان مغناطیسی زمین در آن به‌طور غیرمعمولی ضعیف است و ماهواره‌های عبوری بیشتر در معرض ذرات پرانرژی قرار می‌گیرند.

مدل پژوهشگران براساس وضعیت ۱۳ هزار و ۳۰۰ ماهواره فعال در مدار نزدیک زمین در ژانویه ۲۰۲۶ طراحی شده است. نتایج شبیه‌سازی نشان می‌دهد که پس از انفجار، درصد ماهواره‌های ازکارافتاده با سرعت چشمگیری افزایش پیدا می‌کند.

حتی در سناریویی که ماهواره‌ها به محافظ‌های مقاوم‌تر در برابر تابش مجهز باشند، مدل پژوهشگران نشان می‌دهد که ۹۹٫۳ درصد آن‌ها ظرف ۳۰ روز از کار خواهند افتاد.

پژوهشگران همچنین انفجار کلاهکی با قدرت ۱۰۰ کیلوتن، معادل یک‌دهم قدرت سناریوی اصلی را بررسی کردند. در این حالت، رسیدن به آستانه ازکارافتادن ۹۹ درصد ماهواره‌ها حدود یک سال طول می‌کشد.

البته نتایج به شرایط انتخاب‌شده برای شبیه‌سازی، ازجمله محل انفجار، قدرت کلاهک و میزان مقاومت ماهواره‌ها در برابر تابش وابسته است و نمی‌توان آن را به تمام انفجارهای هسته‌ای احتمالی در فضا تعمیم داد.

پیامدهای انفجار هسته‌ای در مدار زمین ممکن است به آسیب‌های ناشی از تابش محدود نماند. از کار افتادن تعداد زیادی ماهواره می‌تواند توانایی کنترل موقعیت و انجام مانورهای اصلاح مدار را از آن‌ها بگیرد و احتمال برخورد با سایر اجرام فضایی را افزایش دهد.

براساس برآورد پژوهشگران، در سناریوی شبیه‌سازی‌شده، حدود ۲۰ برخورد میان اجرام مداری طی دو سال نخست رخ می‌دهد. این برخوردها می‌توانند در مدت ۱۰ سال، نزدیک به ۳۹۰۰ قطعه جدید زباله فضایی ایجاد کنند.

مشکل به همین‌جا ختم نمی‌شود. قطعات حاصل از برخوردها ممکن است برای مدت طولانی در مدار باقی بمانند و خود به عاملی برای برخوردهای بیشتر تبدیل شوند.

در چنین شرایطی، حتی جایگزینی ماهواره‌های نابودشده نیز کار ساده‌ای نخواهد بود. ماهواره‌های جدید باید علاوه‌بر تحمل تابش‌های باقی‌مانده، از میان محیطی عبور کنند که احتمالاً با تعداد بیشتری از قطعات سرگردان فضایی پر شده است.

به‌گفته پژوهشگران، بازسازی زیرساخت‌های مداری پس از چنین فاجعه‌ای فقط به ساخت و پرتاب ماهواره‌های جدید محدود نمی‌شود؛ زیرا شرایط خطرناک مدار ممکن است برای سال‌ها ادامه پیدا کند و روند بازگرداندن خدمات فضایی را مختل سازد.

نتایج مطالعه نشان می‌دهد که گسترش وابستگی جهان به زیرساخت‌های ماهواره‌ای، پیامدهای بالقوه استفاده از تسلیحات هسته‌ای در فضا را نسبت به چند دهه گذشته بسیار گسترده‌تر کرده است.

نویسندگان پژوهش تأکید می‌کنند که احتمال نابودی سریع زیرساخت‌های مداری و اختلال طولانی‌مدت در خدمات فضایی، ضرورت جلوگیری از استقرار و استفاده از سلاح‌های هسته‌ای در فضا را نشان می‌دهد.

پژوهش در پایگاه علمی arXiv منتشر شده و هنوز مورد داوری همتا قرار نگرفته است.