Escombros espaciales, mega constelaciones de satélites : emergencia en la órbita terrestre
– Noticias del 18 de abril de 2019.
Decenas de miles de desechos espaciales en órbita terrestre
La humanidad ha podido poner satélites en órbita durante más de 60 años. Sus actividades espaciales han sido fuente de valiosos descubrimientos científicos y grandes momentos en la historia. Tuvimos una alta tasa de lanzamiento en las décadas de 1960 y 1970, y luego una desaceleración con el fin de la Guerra Fría. Desde hace algunos años, el número de lanzamientos orbitales ha aumentado nuevamente. Para 2018, se han lanzado más de 100 cohetes hacia la órbita de la Tierra o más allá. No habíamos visto este nivel de actividad durante casi treinta años. Esta buena salud del sector espacial obviamente emociona a los entusiastas del espacio, pero esto no debería ocultar el impacto de la actividad espacial en el medio ambiente.
Más de 60 años de vuelos orbitales han dejado decenas de miles de escombros artificiales en las inmediaciones de la Tierra. Los satélites llegaron al final de sus vidas, las etapas de cohetes y fragmentos de todo tipo vagan en todas las altitudes y a velocidades increíbles. A 28.000 km / h, un simple cerrojo es un arma letal. Por el momento, el impacto de estos desechos espaciales ha sido mínimo, a pesar de que ha habido algunos accidentes. En 1996, un satélite militar francés se convirtió en la primera víctima oficial de una colisión con desechos espaciales. Una tercera etapa de un cohete Ariane 1 lanzado diez años antes es responsable. Desde entonces, se han denunciado media docena de accidentes similares. El más grave de ellos ocurrió en 2009. Un satélite de la constelación de Iridium fue destruido en una colisión con un satélite soviético en desuso. Ambos satélites fueron destruidos y se unieron a los muchos otros desechos del micro-espacio.
Los orígenes de los desechos espaciales son numerosos
Las pruebas de misiles anti-satélite llevadas a cabo por los Estados Unidos, China o últimamente India también han generado grandes cantidades de microdispos espaciales. Por el momento, la órbita de la Tierra sigue siendo un espacio inmenso y los restos espaciales más grandes son rastreados por radar. Sin embargo, cada vez con más frecuencia, los satélites necesitan quemar su preciado combustible para alejarse de un curso de colisión. Por ejemplo, el satélite CLIOSAT de la ESA estuvo en curso de colisión el verano pasado. Es cada vez más frecuente. Todos los días, el Ejército de los EE. UU. Emite alrededor de 20 avisos sobre el riesgo de colisión en la órbita terrestre. En la mayoría de los casos, esto es solo un llamado a la vigilancia, pero mirando hacia el futuro, la perspectiva no es buena.
No solo los lanzamientos son cada vez más numerosos, sino que cada cohete lleva cada vez más satélites. Este es uno de los efectos perversos de la revolución de Smallsats. En todo el mundo, las empresas de nueva creación están recaudando fondos para orbitar constelaciones de decenas, cientos o incluso miles de estos pequeños satélites. OneWeb, SpaceX, Amazon y muchas otras compañías podrían lanzar decenas de miles de satélites en la próxima década. Estos objetos deberán encontrar su lugar en un entorno ya bien cargado.
La emergencia es tratar con los desechos espaciales en órbita baja
Hoy en día, la órbita baja es la más congestionada. Alrededor de 16,000 objetos artificiales están actualmente en órbita baja, es decir, a menos de 2000 km de altitud. La órbita geoestacionaria también está llena de cerca de 3000 objetos humanos. Entre estas dos altitudes, 1500 satélites y otros desechos espaciales se mueven en diferentes caminos. El problema principal es que las trayectorias de todos estos objetos no se conocen con precisión. La órbita de los desechos espaciales puede ser diferente según el origen de los datos, ruso o estadounidense.
Fue complicado cuando solo los estados tenían acceso al espacio, pero poner un satélite en órbita ahora está al alcance de muchas universidades y nuevas empresas, y algunas de ellas no son muy cuidadosas con la regulación. A fines de 2017, una compañía lanzó cuatro microsatélites sin la autorización de ningún gobierno. Si todos comienzan a hacer lo mismo, la órbita de la Tierra puede convertirse en un verdadero Salvaje Oeste.
La gestión de los desechos espaciales y las constelaciones de satélites debe ser global.
Una gran parte del trabajo que evita las colisiones es la cooperación entre las diversas organizaciones que ponen objetos en órbita. Desde principios de la década de 1990, muchas agencias espaciales se han unido al Comité Interinstitucional de Coordinación de Desechos Espaciales (IADC, por sus siglas en inglés), que está creando una serie de pautas para tratar de manejar el problema. Por lo tanto, este comité recomienda despresurizar todos los contenedores de un satélite que ha alcanzado el final de su vida útil, lo que debería permitir evitar explosiones accidentales, un riesgo que no debe tomarse a la ligera. En los últimos días, se han publicado en Internet imágenes de un satélite de Intelsat que está experimentando explosiones incontroladas. Una fuga de combustible sería el problema. El comité también recomienda bajar su órbita lo suficiente como para arder en la atmósfera en menos de 25 años. Desafortunadamente, estas son solo pautas y no se proporcionan sanciones contra una organización que no la respeta. Hasta ahora, solo la mitad de las misiones han cumplido con este marco.
Los desechos espaciales son un excelente ejemplo de un problema que se beneficiaría de una solución global. En los peores escenarios, es posible que la humanidad pierda completamente el uso de la órbita de la Tierra. Este es el síndrome de Kessler, en el que el aumento en el número de objetos en órbita aumentará el número de colisiones y cada colisión creará una gran cantidad de nuevos desechos espaciales, que a su vez aumentan las posibilidades de colisión. Por lo tanto, existe el riesgo de una reacción en cadena que podría hacer que algunas órbitas sean completamente intransitables. Algunos servicios como el GPS o las telecomunicaciones por satélite pueden desaparecer.
Todas las órbitas no se manejan de la misma manera. Las órbitas más bajas se limpian regularmente por las capas residuales de la atmósfera. Pero algunos expertos creen que la capa entre 900 km y 1200 km de altitud pronto se saturará. Esta altitud está dirigida por los satélites de la constelación OneWeb y por más de 4.000 satélites en la constelación Starlink. Afortunadamente, OneWeb y Starlink deben enfrentar restricciones aún más estrictas que las formuladas por el Comité Interinstitucional de Coordinación de Desechos Espaciales (IADC). OneWeb ha anunciado que sus satélites serán asesinados solo cinco años después de su finalización. Parte de su combustible será reservado para esta tarea. Los satélites de la constelación Starlink también deberían ser capaces de eso.
Existen soluciones para reducir el número de desechos espaciales
Sin embargo, esto puede no ser suficiente. Solo se necesita un accidente para agregar a miles de microcombustibles espaciales que no pueden ser rastreados por el radar. Es por esto que algunas personas ya están preparando estrategias para la limpieza activa de la órbita. Esta tarea parece difícil porque desordenar a decenas de miles de desechos espaciales peligrosos requeriría la inversión de enormes recursos. Sin embargo, podemos actuar inteligentemente al concentrarnos en los desechos espaciales más grandes, ya que son los más propensos a causar una reacción en cadena si explota. Por el momento, solo se realizan pruebas.
El satélite Remove Debris se puso en órbita hace un año y ha demostrado que puede capturar objetivos pequeños con una red y un arpón. Una vez que la colección está completa, aumentará su resistencia atmosférica con una gran vela para acelerar su regreso a la atmósfera. La Agencia Espacial Europea también es particularmente activa en este ámbito. A través de su iniciativa de Tecnologías Limpias, la ESA está considerando la misión de deorbitar un viejo satélite con una red o brazo robótico, lo que sería una primicia mundial. Esta prueba podría llevarse a cabo a partir de 2023. Otras organizaciones están pensando en naves espaciales especializadas en la reparación y reabastecimiento de combustible de satélites. Aumentar su vida útil significa reducir la necesidad de nuevos lanzamientos. China ha propuesto usar un láser de alta potencia en órbita para desviar algunos desechos espaciales y acelerar su reingreso a la atmósfera. Estas soluciones son lentas y caras, pero al menos existen.
La actividad espacial de la Humanidad también tiene consecuencias en la atmósfera de la Tierra.
La industria espacial también es responsable de la contaminación de la atmósfera terrestre. Aunque algunos de los motores utilizados solo liberan vapor de agua, otros liberan residuos de combustión muy tóxicos. Los lanzadores de protones de Rusia, por ejemplo, son responsables de este tipo de contaminación atmosférica. Los efectos de los lanzamientos en la atmósfera son todavía poco conocidos. Durante cien lanzamientos al año, el impacto es probablemente muy pequeño. Sin embargo, será necesario lidiar con él si la velocidad de disparo es acelerar. Por ejemplo, el turismo de masas suborbitales podría tener un impacto significativo en la atmósfera.
A esto hay que sumarle las reentradas atmosféricas de los desechos espaciales. Los desechos espaciales no desaparecen mágicamente, se queman en la atmósfera y las consecuencias de estas combusciones se encuentran directamente en la atmósfera. La industria espacial utiliza todo tipo de materiales exóticos, algunos de los cuales son radiactivos. Ha habido incidentes de RTG e incluso reactores nucleares que ingresan a la atmósfera, lo que desencadenó operaciones de descontaminación largas y costosas.
2019 podría ser un año crucial para el manejo de objetos artificiales en el espacio
Como todas las actividades humanas, la industria espacial tiene un impacto en el medio ambiente. En 60 años, la Humanidad ha puesto en órbita un número bastante increíble de objetos artificiales. La gran mayoría de estos objetos ya no son útiles y son un riesgo. El año 2019 será el comienzo de la era de las mega constelaciones de satélites que harán crecer este problema. Esperemos que se establezca una gestión inteligente del final de la vida útil de los satélites. Debemos estar muy atentos para evitar colisiones y un posible síndrome de Kessler. También será interesante cuantificar el impacto de las actividades de lanzamiento de cohetes sobre el efecto invernadero o la capa de ozono. Las aventuras humanas a la Luna o al planeta Marte no deben tener lugar a expensas del planeta azul.
Empresas de limpieza de escombros se prueban a sí mismas
– Noticias del 6 de noviembre de 2018 –
RemoveDebris es una iniciativa europea para probar las técnicas de desorbitación de los desechos espaciales. Los experimentos del satélite continuarán en 2019. Los primeros resultados son concluyentes. En septiembre, RemoveDebris logró capturar un satélite con una red. Esta demostración podría allanar el camino para un verdadero servicio de desorbitación para los desechos espaciales. Pero atacar los escombros uno por uno puede ser extremadamente costoso. Parece que realmente no hay otra alternativa. Un estudio de DARPA dice que la limpieza de la órbita de la Tierra será inevitablemente esencial para mantener los riesgos operativos a un nivel aceptable, y desde 2011 las perspectivas no son buenas.
Hace unos días, Elon Musk dijo que está tratando de acelerar la constelación Starlink, que debería estar formada por cientos o miles de pequeños satélites. SpaceX comenzó su despliegue, y para mediados del próximo año la constelación podría ascender hasta 12,000 satélites. Otras empresas tienen planes ambiciosos también.
Se informó el 31 de octubre que la compañía japonesa Astroscale ha recibido $ 50 millones en fondos. Astroscale trabaja en la gestión de los desechos espaciales. La compañía quiere desarrollar satélites capaces de realizar maniobras de encuentro orbital. Luego, podrían buscar satélites al final de su vida y luego llevarlos a la atmósfera. Astroscale piensa que con el lanzamiento de las constelaciones de satélites, se está abriendo un gran mercado. Los proyectos Starlink, OneWeb y otras constelaciones de satélites tendrán un impacto tan grande en la órbita de la Tierra que la ley debería evolucionar para reflejar eso. Las autoridades públicas y los operadores privados necesariamente tendrán que tener en cuenta este problema, incluso si el costo es alto.
Astroscale espera poder ofrecer una solución viable, tecnológica y económicamente. Este financiamiento de $ 50 millones también es un signo de un sector espacial japonés privado saludable. En diciembre pasado, una compañía de exploración lunar recibió $ 90 millones en fondos, y en marzo de 2018, el gobierno japonés anunció casi $ 1 mil millones en cinco años para apoyar a su sector espacial privado. El número de desechos espaciales está aumentando, a pesar del aumento de la conciencia de las empresas y los gobiernos. Esperemos que un incidente no tenga que ocurrir antes de que se tomen decisiones firmes.
El experimento RemoveDebris aborda los desechos espaciales con una red y un arpón
– Noticias del 26 de junio de 2018 –
En 2017, se lanzaron 335 SmallSats con pesos que van desde unas pocas decenas de gramos hasta unos cientos de libras. Eso es seis veces más que en 2012 y la tendencia debería continuar acelerándose. Las empresas, universidades, gobiernos y ejércitos parecen adorar SmallSats. Todos estos lanzamientos son un signo de una próspera industria espacial. Pero poner una carga en órbita requiere un cierto dominio técnico y genera responsabilidades. Con la proliferación de operadores de satélites, ¿cómo podemos garantizar que todos sean serios?
En enero pasado, la FCC, el regulador de las telecomunicaciones por satélite en los Estados Unidos de América, reveló que cuatro SmallSats se habían lanzado sin su aprobación. La FCC encontró peligrosos estos satélites porque eran demasiado pequeños para ser rastreados fácilmente por el radar. Ya es difícil evitar las colisiones cuando todos siguen las reglas. Además de esto, SmallSats a menudo permanecen en órbita años después del final de su vida operativa. Por lo tanto, es probable que la congestión de la órbita de la Tierra se acelere y que el problema de los desechos espaciales sea cada vez más difícil de ignorar.
El experimento RemoveDebris acaba de ser lanzado desde la Estación Espacial Internacional. Este es nuevamente un SmallSat que fue construido por la Universidad de Surrey en el Reino Unido con la participación de Airbus. RemoveDebris tiene una masa de cien kilos. Este es el satélite más grande lanzado desde el ISS. Incorpora tres experimentos que probarán tres métodos diferentes para desordenar los desechos espaciales al final de la vida. A los efectos de sus demostraciones, el pequeño satélite incrusta sus propios objetivos que se liberarán antes de ser desorbitado. Está prohibido tocar los satélites de otro, incluso si ya no están operativos.
El satélite pasará los próximos meses probados, luego en septiembre u octubre comenzará el primer experimento. RemoveDebris permitirá que un pequeño CubeSat suba hasta una distancia de unos pocos metros y luego arrojará una red para recuperarlo. En unos pocos milenios, los métodos de captura no han cambiado mucho. En febrero de 2019, RemoveDebris probará un arpón. RemoveDebris dejará ir un CubeSat antes de traerlo de vuelta con un arpón. Captured SmallSats es algo bueno, pero luego debes tratarlos. Aquí es donde entra el tercer experimento. Después de liberar y capturar ambos objetivos, en marzo de 2019 RemoveDebris desplegará una vela que aumentará significativamente su resistencia. Las pequeñas trazas de gas en la órbita baja de la Tierra provocarán la combustión de RemoveDebris en la atmósfera de la Tierra. Durante estos pocos meses en órbita, el satélite experimental también probará una tecnología de navegación. El objetivo es poder seguir objetivos pequeños y distantes.
Todas las experiencias serán filmadas para garantizar su buen funcionamiento. Si el experimento es un éxito, quizás podamos imaginar limpiadores de satélites que arponan unas pocas docenas de desechos espaciales antes de desorbitarse con una vela. Esto puede ser lento y costoso, pero es mejor que tener una órbita baja que no sea práctica. La técnica de navegación funcionaría solo para órbitas de baja altitud.
La estación espacial china Tiangong-1 es destruida
– Noticias del 3 de abril de 2018 –
La estación espacial china Tiangong-1 se quemó sobre el Océano Pacífico el 1 de abril. Esta no es la primera vez que una estación espacial realiza una reentrada atmosférica destructiva. En 2001, MIR también fue dañado en el Océano Pacífico. El Océano Pacífico Sur puede convertirse en un cementerio de la estación espacial. La Estación Espacial Internacional (ISS) también probablemente se bloqueará allí. Para esto, debemos controlar con éxito la reentrada atmosférica de estas estaciones espaciales, lo cual no es fácil.
Los rusos tienen experiencia. Además de MIR, lograron controlar la reentrada atmosférica de las estaciones espaciales Salyut 4, 5, 6 y 7. En el lado de los Estados Unidos, es un poco menos glorioso. La reentrada atmosférica del Skylab, voluntariamente incontrolada, terminó con escombros que golpearon las áreas pobladas del oeste de Australia, afortunadamente sin víctimas. Tiangon-1 se lanzó en 2011. Fue la primera estación espacial china. Tiangong-2 se lanzó en 2016, y se espera que una nueva estación espacial comience el ensamblaje este año. Será mucho más masivo con tres módulos presurizados. Las posibilidades de ser golpeado por escombros son, afortunadamente, muy bajas, pero recordamos que hace menos de tres meses se estrelló el piso de un cohete en un pueblo de China.
La multiplicación de lanzamientos inevitablemente genera más desechos y más reingreso atmosférico. Ya podríamos decir que se han convertido en diarios o casi. Afortunadamente, la mayoría de estos restos no son lo suficientemente grandes como para llegar al suelo. En los próximos días, un sistema de lanzamiento dual de un cohete Ariane 5 lanzado en mayo de 2007 también debería tener un regreso destructivo. La pieza tiene solo 440 kg. Tendremos derecho a un poco más grande con la caída destructiva del satélite RXTE (Rossi X-ray Timing Explorer) de 2.7 toneladas, lanzado en 1995 por la NASA.
Entre los otros factores de multiplicación de las reentradas atmosféricas, también están los métodos de limpieza de la órbita baja, por ejemplo, el experimento RemoveDebris que se lanzó ayer con un cohete Falcon 9. Tratará de capturar un CubeSat con otro satélite, luego el conjunto caerá a la atmósfera superior. Quizás en unas pocas décadas, las noches de la Tierra estarán iluminadas por estrellas fugaces artificiales, testigos de una intensa actividad del hombre en el espacio.
Los láseres podrían eliminar los desechos espaciales de la órbita de la Tierra
– Noticias del 23 de enero de 2018 –
Con todos los lanzamientos de Smallsats, nos preguntamos si la órbita de la Tierra no se convertirá en un vertedero. La multiplicación de objetos en órbita multiplica el riesgo de colisión. En órbita, hay máquinas que valen miles de millones de dólares e incluso vidas humanas. Las agencias espaciales y las compañías privadas están tratando de encontrar soluciones a este problema. Incluso China parece cada vez más involucrada para resolver este problema. Y sin embargo, estaba lejos de ser obvio porque la nube de escombros actualmente en órbita se creó en gran medida durante una prueba china de misiles antisatélite en 2007. Esta nube de escombros incluso causó daños significativos a un satélite ruso en 2013. China está poniendo en órbita más y más satélites, y ahora tiene que preocuparse por sus desechos y otras agencias espaciales también. Por el momento, las acciones se limitan a la desorbitación de satélites y estaciones espaciales al final de su vida. La estación espacial Tiangong-1 debería regresar pronto a la Tierra.
Una universidad vinculada a la Fuerza Aérea de China propone usar láseres para limpiar un poco la órbita. El objetivo no es utilizar estos láseres para desintegrar los desechos, lo que sería contraproducente porque se obtendrían escombros más pequeños. El enfoque del equipo universitario es un poco más sutil. Creen que al apuntar a una pequeña parte de los desechos espaciales, es posible darle una aceleración y así modificar su trayectoria y así poder desorbitarla.
Para lograr resultados óptimos, el láser debe colocarse en una estación espacial. Pero los Estados Unidos de América no están a favor de la presencia de un láser chino en órbita. Es difícil juzgar si este enfoque parte de una buena voluntad real o si es solo una excusa para instalar láseres en el espacio. Después de todo, los láseres también podrían funcionar en objetivos que aún no son desechos espaciales. De alguna manera, esto podría percibirse como una violación del tratado espacial que prohíbe el despliegue de armas de destrucción masiva en el espacio ultraterrestre, y China ha sido uno de sus signatarios desde la década de 1980.
Brane Craft, un concepto para limpiar los desechos espaciales de la órbita de la Tierra
– Noticias del 26 de septiembre de 2017 –
Los desechos espaciales son un peligro creciente. Aumentan el riesgo de colisión con satélites y otros objetos que gravitan alrededor de la Tierra. La NASA está trabajando en este tema desarrollando con Aerospace Corporation la Brane Craft, una pequeña nave espacial de un metro por un metro, y un grosor inferior a un cabello humano. Funciona enrollándose alrededor de su objetivo para capturarlo. Este es todavía un concepto de estudios para la NASA, pero la solución es particularmente ingeniosa y económica si se pueden resolver los desafíos técnicos que la acompañan.
La NASA acaba de renovar una subvención de dos años a su empresa asociada para continuar la investigación en la micro-nave espacial. Para desorbitar su objetivo, un Brane Craft usará propulsión eléctrica. Su superficie está cubierta de células fotovoltaicas y su combustible se almacena en los 10 micrómetros que separan las dos hojas de capton que componen la nave espacial. El conjunto pesa solo 80 gramos pero podría desorbitar desechos espaciales de 2 kg en órbita baja. La propulsión sería proporcionada por un motor de electropulverización, una forma de propulsión electrostática que también se miniaturizará para adaptarse al grosor de un cabello. El conjunto parece muy efectivo con un pulso específico de 4000 segundos en las condiciones de luz solar de la órbita de la Tierra. El interés es poder lanzar varios miles de estos Brane Craft con un solo cohete, lo que permite limpiar la órbita baja, de forma rápida y con un costo relativamente bajo.
Pero todavía hay muchos desafíos antes de que puedan enviarse para capturar desechos espaciales. La ultraminiaturización tiene un costo y Aerospace Corporation estima que un Brane Craft costaría $ 5000 por solo 80 gramos. La electrónica y los materiales utilizados para fabricar Brane Craft deben poder sobrevivir al menos diez días en las condiciones extremas del espacio. Pero si Aerospace Corporation logra desarrollar Brane Craft, entonces la empresa tendrá oportunidades que van más allá de simplemente limpiar los desechos espaciales en la órbita de la Tierra. Debido a su peso muy bajo y su gran superficie de paneles solares, la nave espacial terminaría teniendo una relación potencia-peso excesiva. De hecho, en realidad podría entrar en órbita alrededor de Neptuno con solo 27 gramos de combustible contenidos en la nave espacial. Pero los esfuerzos de miniaturización e investigación sobre los materiales a proporcionar siguen siendo gigantescos.
Imagen del empleado de la NASA [Public Domain], a través de Wikimedia Commons
Fuentes
