نقش ماهواره‌های فضایی در توسعه انرژی هستهای صلح‌آمیز
رهگیری اتم از فضا
همگرایی فناوری فضایی و دانش هستهای یکی از مهم‌ترین و نوپاترین هم‌افزایی‌های دوره مدرن است. ماهواره‌های فضایی که زمانی بیشتر برای ارتباط‌ها و نپاهش یا رصد زمین به کار گرفته می‌شدند، امروز به دارایی‌‌ها و ابزارهای ضروری در توسعه، نظارت و افزایش ایمنی در صنعت هستهای صلح‌آمیز در سطح جهان تبدیل شده‌اند.
به گزارش گروه رسانه‌ای شرق،
همگرایی فناوری فضایی و دانش هستهای یکی از مهم‌ترین و نوپاترین هم‌افزایی‌های دوره مدرن است. ماهواره‌های فضایی که زمانی بیشتر برای ارتباط‌ها و نپاهش یا رصد زمین به کار گرفته می‌شدند، امروز به دارایی‌‌ها و ابزارهای ضروری در توسعه، نظارت و افزایش ایمنی در صنعت هستهای صلح‌آمیز در سطح جهان تبدیل شده‌اند. ماهواره‌ها که پلتفرم‌های مداری پیشرفته هستند، توانمندی‌های بی‌سابقه‌ای را ارائه می‌دهند که تقریبا بیشتر جنبه‌های صنعت هستهای را در برمی‌گیرد: از تولید انرژی هستهای و کشف اورانیوم و نظارت بر نیروگاه‌ها گرفته تا مدیریت زباله‌های پرتوزا و واکنش‌های اضطراری. ماهواره‌های فضایی تمام این نیازمندی‌های صنعت هستهای صلح‌آمیز را پوشش می‌دهند. هم‌زمان با گسترش صنعت هستهای به سمت طراحی‌های پیشرفته‌تر راکتورهای هستهای و کاربردهای گسترده‌تر، فناوری ماهواره‌ای هم پابه‌پای آن از این صنعت پشتیبانی می‌کند تا بتواند عملیاتی ایمن‌تر، کارآمدتر و شفاف‌تر را امکان‌پذیر سازد. این مقاله به بررسی رابطه چندوجهی بین فناوری ماهواره‌ها و کاربردهای فناوری هستهای صلح‌آمیز می‌پردازد. در این مقاله نشان می‌دهیم که چگونه میان فناوری فضایی و فناوری هستهای رابطه‌ای چندوجهی وجود دارد و این پیوند و نوآوری‌های آن به موضوعی ضروری در سده بیست‌ویک تبدیل شده است.
زمینه تاریخی و مبانی فنی
رابطه متقابل میان فناوری فضایی و انرژی هستهای به نخستین روزهای رقابت‌های فضایی میان ایالات متحده آمریکا و اتحاد جماهیر شوروی که حالا فروپاشیده و از آن خاطره‌ای برجای‌مانده، بازمی‌گردد. آمریکا و شوروی هر دو، زودهنگام دریافتند که منابع انرژی هستهای برای توسعه کشف‌های فضایی ضروری است. یکی از ماهواره‌های ناوبری آمریکا به سال 1961م. پرتاب شد و در خدمت نیروی دریایی ارتش آمریکا، نخستین فضاپیمای آمریکایی بود که با انرژی هستهای تغذیه می‌شد. این فضاپیما از یک ژنراتور ترموالکتریک رادیوایزوتوپی (آر.تی.جی) استفاده می‌کرد که زیر نظر کمیسیون انرژی اتمی توسعه داده شده بود. این کاربرد پیشگامانه قابلیت و ظرفیت استفاده از انرژی هستهای در فضا را نشان داد و پایه فنی برای همکاری‌های آینده بین دو بخش هستهای و فضایی را فراهم کرد. سامانه‌های انرژی هستهای، به‌ویژه برای کاربردهای فضایی که در آنها انرژی خورشیدی ناممکن است، بسیار پراهمیت است. همان زمان وزارت انرژی ایالات‌متحده آمریکا توضیح داد که تنها دو راه عملی برای تأمین انرژی الکتریکی برای مأموریت‌های فضایی بلندمدت و چندساله وجود دارد؛ یکی گرماخورشیدی یا استفاده از پرتوهای خورشید و دیگری گرمای تولیدشده یا به زبان دیگر انرژی تولیدشده از واپاشی هستهای. سامانه‌های انرژی رادیوایزوتوپی که انرژی یا گرما را از واپاشی پلوتونیوم-238 یک‌راست به انرژی الکتریکی تبدیل می‌کنند، برخی از مأموریت‌های فضایی را ممکن ساخته‌اند ازجمله: سفر بلندپروازانه کاوشگر وویجر که وارد فضای میان‌ستاره‌ای شده و مأموریت فضاپیمای کاسینی که به‌طور گسترده سیاره کیوان یا زحل و ماه‌های آن را بررسی کرده است. سامانه‌های انرژی رادیوایزوتوپی که به آن به کوتاهی آر.پی.اس می‌گویند، انرژی ماندگار و مستقل از خورشید را فراهم می‌کنند. با این روش تولید انرژی مأموریت‌های فضایی ژرف امکان‌پذیر می‌شود. لازم است اشاره کنیم که از زمان آر.تی.جی‌ها که در ماهواره ترانزیت-4اِی استفاده شد و 2.7 وات انرژی تولید می‌کرد، تا به امروز با توسعه فناوری‌ها به تولید چند کیلووات انرژی الکتریکی رسیده‌ایم. این پیشرفت تاریخی از منابع انرژی کم به سمت سامانه‌های هستهای قوی‌تر، زیربنای فنی ایجاد کرده است که اکنون ماهواره‌ها را توانا می‌سازد تا در مقابل توانمندی‌ای که صنعت هستهای و هسته‌های اتمی به آنها بخشیده‌اند، از طریق قابلیت‌های پیشرفته، نظارت، ارتباطات و جمع‌آوری داده‌ها، از کاربردهای هستهای روی زمین پشتیبانی کنند.
کاربرد ماهواره در نظارت بر تأسیسات هستهای و عدم اشاعه
ماهواره‌های نپاهش یا رصدگر زمین قابلیت‌های نظارتی بسیار ضروری را فراهم می‌کنند که هم از عملکرد ایمن تأسیسات هستهای روی زمین پشتیبانی می‌کند و هم از همخوانی آن با توافق‌نامه‌های عدم اشاعه جنگ‌افزارهای هستهای. ماهواره‌ها به کمک ترکیبی از تصویربرداری نوری، حرارتی و راداری، می‌توانند فعالیت‌های ساختمانی در سایت‌های هستهای را ردیابی کنند، علائم تابش‌های گرمایی راکتورهای فعال را رصد کنند. بدین طریق ماهواره‌ها می‌توانند فعالیت‌های نامجاز را که ممکن است نشان‌دهنده انحراف مواد هستهای برای اهداف جنگ‌افزاری باشند را شناسایی کنند. نظارت جامع ارائه‌شده توسط شبکه‌های ماهواره‌ای سبب شده تا محیطی شفاف ایجاد شود و ماهیت صلح‌آمیز بودن فعالیت‌های هستهای بیشتر تضمین شود و احتمال سوءاستفاده از فناوری هستهای کمتر شود. نظارت بر ساخت‌وساز و بهره‌برداری یکی دیگر از خدماتی است که صنعت ماهواره‌های فضایی به صنعت هستهای اعطا می‌کند. تصاویر ماهواره‌ای به نظم‌دهندگان بین‌المللی صنعت هستهای این امکان را می‌دهد تا ساخت تأسیسات هستهای جدید را مشاهده و تأیید کنند که ساخت‌وساز از استانداردهای کافی برخوردار است و اهداف صلح‌آمیز را دنبال می‌کند یا در پی استفاده‌های جنگ‌افزاری از اتم است. با ماهواره‌های فضایی می‌توان علائم حرارتی و خاموشی‌ها نامعمول یا الگوهای عملیاتی را که می‌تواند نشانه‌ای از خطر باشد، فهمید. همچنین نظارت مستمر و منظم بر تأسیسات هستهای از فضا، پایگاه داده‌ای خوبی را فراهم می‌کند که در موارد بحرانی یا گزارش ناهنجاری می‌توان از آن پایگاه داده برای حل هرچه سریع‌تر بحران استفاده کرد. ماهواره‌های فضایی که در مدار زمین در حال گردش‌اند می‌توانند در موضوع محیط‌زیستی هم بسیار کارآمد باشند. ماهواره‌های تصویربرداری با توانایی چندطیفی می‌توانند الگوهای پساب و گازهای حرارتی از تأسیسات هستهای را فوری تشخیص دهند و به سازمان‌های مربوط گزارش کنند. یکی دیگر از کارهای مهم ماهواره‌ها بررسی شاخص پوشش گیاهی و سلامت آن در اطراف تأسیسات هستهای است. پوشش گیاهی اطراف سایت‌های هستهای به‌خوبی شاخصی برای سنجش آلودگی هستهای هستند. ماهواره‌ها می‌توانند زودتر از نظارت زمینی و با استفاده از روش‌های سنجش از راه دور هرگونه ناهنجاری هستهای در سایت‌های هستهای در سرتاسر کره زمین را تشخیص دهند.
آژانس بین‌المللی انرژی اتمی هم از استفاده‌کنندگان تصاویر ماهواره‌ای به‌عنوان بخشی از سامانه جامع پادمان‌های هستهای برای تأیید پایبندی کشورها به تعهدات عدم اشاعه جنگ‌افزارهای هستهای است. ماهواره‌های پرتوان، با داشتن قابلیت وضوح بالا، تصاویری را ارائه می‌دهند که می‌توانند ویژگی‌های مرتبط با برنامه‌های جنگ‌افزاری هستهای مانند سایت‌های آزمایش‌های مواد انفجاری یا تأسیسات غنی‌سازی مخفی یا آزمایش‌های زیرسطحی هستهای یا آزمایش‌های جوی را شناسایی کنند.
ماهیت دوگانه بسیاری از فناوری‌های ماهواره‌ای، چالش‌ها و فرصت‌هایی را برای صنعت هستهای ایجاد می‌کند. امنیت فضا با گسترش جنگ‌افزارهای اِی.اس.اِی.تی و نیز رسمی‌سازی نیروهای فضاییِ نظامی و فناوری‌هایی با کارکرد دوگانه، معنا و ماهیت فضای بالای سطح زمین را تغییر داده است. این دوگانگی اگرچه خطرهایی دارد، اما اساسا اقدامات نظارتی پرتوان و ارزشمندی را برای کاربردهای هستهای صلح‌آمیز فراهم می‌کند. البته باید بدانیم که همین فناوری‌ها می‌توانند به‌طور بالقوه برای اهداف جنگی و تروریستی هم به کار روند. برای جلوگیری از چنین اقدامی، کشورها نیازمند چارچوب‌های بین‌المللی، قوانین نظارتی و اجرایی دقیق و تضمین‌های کافی برای کاربرد صلح‌آمیز از هر دو صنعت هستهای و ماهواره‌ای هستند.
واکنش اضطراری و حفاظت از محیط‌زیست
هنگامی‌که حوادث هستهای رخ می‌دهند، ماهواره‌ها به ابزارهای ضروری برای ارزیابی وضعیت، ردیابی گسترش مواد پرتوزا، و هماهنگ‌کننده تلاش‌های نیروهای واکنش‌دهنده به حادثه هستهای هستند. پوشش جامع ارائه‌شده توسط مجموعه‌ای از ماهواره‌ها، ارزیابی سریع مناطق آسیب‌دیده را بدون قراردادن کارکنان و متخصصان در معرض سطوح وحشتناک پرتوهای هستهای امکان‌پذیر می‌سازد. در حادثه هستهای فوکوشیما داییچی در ژاپن به سال 2022، داده‌های ماهواره‌ای اطلاعات مهمی را از میزان خسارت و آسیب به ساختمان راکتور ارائه دادند. حسگرهای حرارتی ماهواره‌ها هم بی‌وقفه به شناسایی مشکلات گرمای ناشی از واپاشی هستهای مشغول بودند و داده می‌دادند. قابلیت ارزیابی از راه دور حادثه‌های هستهای در مراحل آغازین بحران که وضعیت اضطراری و کسب اطلاعات زمینی ناممکن یا بسیار دشوار و پرخطر است، بسیار ارزشمند است.
سامانه‌های ماهواره‌ای از طریق رویکردهای فنی گوناگون از بخش ایمنی هستهای پشتیبانی می‌کنند. تشخیص نوع پرتوهای هستهای یکی از آنهاست. حسگرهای طیف‌سنجی پیشرفته روی ماهواره‌ها می‌توانند به‌خوبی گازهای پرتوزای ناشی از حوادث هستهای را شناسایی و توصیف کمّی کنند. همچنین داده‌هایی درباره نحوه گسترش و ترکیب مواد آزادشده ارائه دهند. چنین قابلیت‌هایی بدون شک برنامه‌ریزی برای واکنش‌های اضطراری و اقدامات حفاظتی برای جمعیت‌های آسیب‌دیده را بهبود می‌بخشد.
ماهواره‌ها با ارائه داده‌های دقیق هواشناسی، مدل‌سازی دقیق پراکندگی انتشار مواد پرتوزا را ممکن می‌کنند. این مدل‌سازی به پیش‌بینی مسیر توده‌های پرتوزا کمک می‌کند و امکان تحلیل مؤثرتر و اجرای هدفمند اقدامات حفاظتی از شهروندان آسیب‌دیده را فراهم می‌کند. پس از حوادث هستهای، تصاویر ماهواره‌ای با وضوح بالا امکان ارزیابی دقیق خسارت واردشده به زیرساخت‌های حیاتی، همچون جاده‌ها، خطوط برق، شبکه‌های ارتباطی، بخش‌های مسکونی و مراکز صنعتی را فراهم می‌سازد. نقش ماهواره‌ها آنجایی پررنگ است که معمولا در چنین حوادثی دسترسی زمینی نزدیک ناممکن یا دشوار و با خطر همراه است. ماهواره‌ها با سرعتی که در داده‌گیری دارند، می‌توانند به گروه‌های ارزیابی و نجات که مسئول واکنش سریع به وضع اضطراری‌اند، کمک کنند. قابلیت نظارت بر محیط‌زیست ماهواره‌ها فراتر از واکنش به حوادث است و به حفاظت معمول و همیشگی در اطراف تأسیسات هستهای تا شعاع زیاد را شامل می‌شود. مشاهده منظم ماهواره‌ای از محل‌های ذخیره‌سازی سوخت هستهای مصرف‌شده و سایر پسماندهای هستهای پرتوزا، و نیز کشف نشت مواد هستهای یا نقض‌های امنیتی یکی دیگر از وظایف نظارتی ماهواره‌ها است.
مسیر آینده و کاربردهای نوظهور
رابطه در حال تحول بین فناوری ماهواره‌ای و صنعت هستهای به سمت افزایش ادغام و کاربردهای جدید است. روندی که ایمنی، کارایی و قابلیت‌های عملیات هستهای صلح‌آمیز را بیشتر افزایش می‌دهد. با پیشرفت فناوری در هر دو حوزه، هم‌افزایی آنها فرصت‌هایی را برای رویکردهای تحول‌آفرین در چالش‌های دیرینه در انرژی هستهای و نیز اکتشافات فضایی ایجاد خواهد کرد. ظهور مجموعه‌هایی از ماهواره‌های جدید با قابلیت‌های پیشرفته، پشتیبانی بی‌سابقه‌ای از کاربردهای هستهای را فراهم می‌سازد، درحالی‌که سامانه‌های پیشرفته انرژی هستهای، مأموریت‌های فضایی بلندپروازانه را ممکن می‌سازند.
تحقیقات روی سامانه‌های پیشرفته‌تر انرژی هستهای برای کاربردهای فضایی ازجمله راکتورهای شکافت فشرده و سامانه‌های رادیوایزوتوپی پیشرفته ادامه دارد. کشورها دریافته‌اند که اگر نیاز به پیشرفت در زمینه انرژی هستهای-فضایی دارند، باید در قالب کارگروه‌های مشترک کار کنند تا از عهده هزینه‌های اقتصادی سنگین آن برآیند و امکان ساخت ابزارهای دقیق‌تر با انعطاف بیشتر را به دست آورند. فراتر از تولید برق، سامانه‌های هستهای برای پیشرانش ماهواره‌ها در حال توسعه هستند. پیشرانش الکتریکی هستهای در مقایسه با پیشرانش شیمیایی از بهره‌وری بالاتری برخوردار است. این نوع پیشرانه‌ها سبب می‌شوند تا ماهواره‌ها بتوانند در طول عمر عملیاتی خود در موقعیت‌های مداری متفاوتی خدمات ارائه کنند. همچنین همین قابلیت پیشرانش هستهای سبب افزایش خدمات ماهواره‌ها در نظارت و حفاظت از تأسیسات هستهای زمینی خواهد شد.
با پیشرفت برنامه‌ریزی برای ساخت پایگاه‌های عملیاتی در ماه و مریخ، ماهواره‌ها نقش مهمی را در نظارت بر سامانه‌های انرژی هستهای در فضا ایفا خواهند کرد. طبق گزارش‌هایی که تاکنون منتشر شده، چین و روسیه در حال برنامه‌ریزی برای طرح‌هایی هستند که شامل راکتور هستهای پیشرفته چند مگاواتی است. ماهواره‌هایی که در مدار ماه یا مریخ خواهند بود جزو جدایی‌ناپذیر ابزارهایی هستند که برای پایش سایت‌های هستهای در ماه و مریخ برپا خواهند شد.
چارچوب نظارتی حاکم بر انرژی هستهای در فضا به‌موازات پیشرفت‌های فناوری، همچنان در حال تغییر و تحول است. چارچوب ایمنی بین‌المللی برای کاربردهای منبع انرژی هستهای در فضای بیرون از زمین که در سال 2009 تصویب شد، راهنمای خوبی برای مهندسان و طراحان است که در آینده باید با ادغام حوزه‌های میان‌رشته‌ای زیادی بخش‌های فنی را پیش ببرند.
جان کلام
رابطه همزیستی و تنگاتنگ میان فناوری ماهواره‌ها و صنعت هستهای صلح‌آمیز، نمونه‌ای قدرتمند از همگرایی فناوری است که پیشرفت در هر دو زمینه را به همراه دارد. ماهواره‌ها به ابزارهای ضروری تبدیل شده‌اند تا ایمنی، امنیت، کارایی و شفافیت عملیات هستهای را از طریق نظارت مداوم و پشتیبانی ارتباطی و جمع‌آوری داده‌ها افزایش دهند. در مقابل سامانه‌های انرژی هستهای، ماهواره‌ها را در وضعیت‌هایی که استفاده از انرژی خورشیدی یا سوخت‌های غیرهسته‌ای ناممکن است، کمک می‌کنند تا مأموریت خود را به سرانجام برسانند. آنچه روشن است، انرژی هستهای بهترین گزینه برای سفرهای فضایی دوردست است و با پیشرفت هر دو حوزه، ادغام آنها با یکدیگر عمیق‌تر خواهد شد. سامانه‌های هستهای نسل بعد، ماهواره‌های توانمندتری را تغذیه خواهند کرد که به نوبه خود پشتیبانی بیشتری را برای کاربردهای هستهای در روی زمین فراهم خواهد کرد.
توسعه هر دو صنعت در آینده بدون شک هم‌افزایی‌ها و کاربردهای جدیدی را از نظارت پیشرفته با راکتورها گرفته تا پشتیبانی تأسیسات هستهای فرازمینی دربر خواهد داشت. این رابطه در حال تحول، لزوم و اهمیت سرمایه‌گذاری مداوم در فناوری فضایی و نوآوری در انرژی هستهای را برجسته می‌سازد. زیرا پیشرفت در یکی غالبا پیشرفت در دیگری را سبب می‌شود. با چارچوب‌های بین‌المللی مناسب برای تضمین ایمنی و امنیت، همکاری بین این دو فناوری پیشتاز مزایای زیادی برای انسان خواهد داشت.
آخرین مطالب منتشر شده در روزنامه شرق را از طریق این لینک پیگیری کنید.
