אפקט קסלר
היסטוריה > המשך המחקר

המחסור בנתונים מקיפים אודות פסולת חלל במסלול לווייני נמוך היווה אתגר משמעותי לחוקרים ולסוכנויות חלל. מצב זה הוביל לסדרה של מחקרים שמטרתם לאפיין בצורה טובה יותר את סביבת המסלול, על מנת לאפיין את הסיכון מפסולת חלל. באוקטובר 1979, נאס"א סיפקה לקסלר מימון למחקרים נוספים, שהתבססו על מספר גישות. מדידות באמצעות טלסקופים אופטיים ומכ"ם באורך גל קצר הוכיחו שההערכות הקודמות של מספר חלקיקי פסולת החלל היו נמוכות בכ-50% לפחות מהמספר האמיתי.
כמו כן התגלה כי מאגר הנתונים של NORAD לא כלל את כל העצמים הגדולים במסלול, ושחלק מהאובייקטים (בדרך כלל, חלליות צבאיות אמריקאיות) הושמטו מהרשימה. אובייקטים אחרים נחשבו קטנים מדי וחסרי חשיבות, ולכן לא נכללו במאגר הנתונים.
מחקרים שבוצעו על חלליות שחזרו לכדור הארץ, כמו תא הפיקוד והשירות של החללית אפולו וסקיילאב, גילו פגיעות מיקרוסקופיות רבות, כולל חריצים וסימני פגיעה. ממצאים אלו העידו על כך ששטף הפסולת בחלל היה גבוה מהצפוי, וכי פסולת זו מהווה ככל הנראה את הגורם העיקרי לפגיעות בחלליות ובלוויינים. בשנת 1978, גילה קסלר כי 42 אחוז מהפסולת המקוטלגת היו תוצאה של 19 אירועים, בעיקר פיצוצים של שלבי רקטות (במיוחד רקטות דלתא של ארצות הברית). הוא גילה זאת על ידי מציאת השיגורים שתוארו כבעלי מספר רב של עצמים הקשורים למטען, ולאחר מכן עריכת חקר ספרות כדי לאתר את הרקטות ששימשו בשיגור. ממצא זה הביא להקמת תוכנית פסולת המסלול של נאס"א, ושינה את הגישה המדעית הרווחת שרוב הפסולת הבלתי ידועה הייתה מניסויי נשק נגד לוויינים, ASAT, ולא מפיצוצי שלבי רקטות.
החל משנת 1986, כאשר התברר שסוכנויות חלל בינלאומיות אחרות סובלות כנראה מאותה בעיה, נאס"א הרחיבה את תוכניתה לכלול סוכנויות חלל בינלאומיות, כשהראשונה הייתה סוכנות החלל האירופית.
בשנות ה-80 חיל האוויר של ארצות הברית (USAF) יזם תוכנית ניסיונית במטרה לחקור את ההשפעה של התנגשות פסולת חלל בלוויין או בפסולת אחרת. המחקר הוכיח כי התנגשויות פסולת חלל שונות באופן משמעותי מהתנגשויות של מיקרו-מטאורואידים.
בשנת 1991 פרסם קסלר מאמר תחת הכותרת "Collisional cascading: The limits of growth in low earth orbit"  שהתבסס על הנתונים המעודכנים ביותר באותה תקופה. בהתבסס על מסקנות חיל האוויר האמריקאי בנוגע ליצירת פסולת חלל, הדגיש קסלר, כי על אף שמרבית עצמי פסולת החלל הם קלים (כגון חלקיקי צבע), עיקר המסה מצוי בפריטים שמסתם קילוגרם אחד ומעלה. פגיעת מסה כזו בחללית עלולה להשמיד אותה, וליצור פסולת נוספת רבה.על פי האקדמיה הלאומית למדעים:
עצם שמסתו 1 ק"ג ומהירותו 10 ק"מ לשנייה, למשל, הפוגע בחללית שמסתה 1,000 ק"ג מסוגל לגרום לפגיעה קטלנית אם הוא פוגע ברכיב בעל צפיפות גבוהה בחללית. בהתפרקות כזו, ייווצרו שברים רבים שמסתם מעל 1 ק"ג.
קסלר חילק את הבעיה לשני תחומים. כאשר צפיפות פסולת החלל נמוכה, קצב הגידול בכמות הפסולת עקב התנגשויות איטי יותר מקצב הירידה בכמות הפסולת עקב דעיכה מסלולית. במצב זה הבעיה אינה משמעותית. מעבר לצפיפות קריטית מסוימת, קצב יצירת הפסולת עקב התנגשויות גבוה מקצב הירידה בכמות פסולת. מצב זה מוביל לתגובת שרשרת המגדילה באופן אקספוננציאלי את מספר חלקיקי פסולת החלל. תהליך זה משנה את התפלגות הגדלים של חלקיקי הפסולת, ומגדילה את מספר העצמים הקטנים (בגודל של כמה סנטימטרים). עצמים אלו קשים למעקב ולניטור, ומגבירים את הסכנה לפעילות חלל. תגובת שרשרת זו ידועה בשם אפקט קסלר.
בסקירה בתחילת 2009 כתב קסלר:
פעילות חלל אגרסיבית, ללא אמצעי הגנה ובקרה נאותים, עלולה להגביר משמעותית את הסיכון להתנגשויות בחלל, ובכך לסכן משימות חלל עתידיות. בין הפעילויות המסוכנות ביותר מבחינה סביבתית בחלל ניתן למנות: מערכי לוויינים גדולים כמו אלו שהוצעו לראשונה על ידי יוזמת ההגנה האסטרטגית בשנות ה-80, מבנים גדולים במסלול, כמו אלו שהוצעו בשנות ה-70 לבניית תחנות כוח סולאריות במסלול כדור הארץ, ולוחמה נגד לוויינים. פעילויות כאלה עלולות לגרום לכך שכשל של לווין בודד עלול להוביל בהדרגה, תוך תקופה קצרה, לפגיעה בלוויינים רבים נוספים.