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Restos espaciais, mega constelações de satélites : emergência na órbita da Terra

– Notícias de 18 de abril de 2019 –

Dezenas de milhares de detritos espaciais na órbita da Terra

A humanidade conseguiu colocar satélites em órbita por mais de 60 anos. Suas atividades espaciais têm sido a fonte de descobertas científicas inestimáveis ​​e de grandes momentos da história. Tivemos uma alta taxa de lançamento nas décadas de 1960 e 1970, depois uma desaceleração com o fim da Guerra Fria. Há alguns anos, o número de lançamentos orbitais vem aumentando novamente. Até 2018, mais de 100 foguetes foram lançados em direção à órbita da Terra ou além. Não havíamos visto esse nível de atividade por quase trinta anos. Essa boa saúde do setor espacial obviamente entusiasma os entusiastas do espaço, mas isso não deve obscurecer o impacto da atividade espacial no meio ambiente.

Mais de 60 anos de vôos orbitais deixaram dezenas de milhares de detritos artificiais nas proximidades da Terra. Os satélites chegaram ao final de suas vidas, fases de foguetes e fragmentos de todos os tipos vagam em todas as altitudes e em velocidades incríveis. A 28.000 km / h, um simples raio é uma arma letal. Por enquanto, o impacto desses detritos espaciais tem sido mínimo, embora tenha havido alguns acidentes. Em 1996, um satélite militar francês tornou-se a primeira vítima oficial de uma colisão com detritos espaciais. Um terceiro estágio de um foguete Ariane 1 lançado dez anos antes é responsável. Desde então, meia dúzia de acidentes semelhantes foram relatados. O mais grave deles ocorreu em 2009. Um satélite da constelação de Iridium foi destruído em uma colisão com um satélite soviético em desuso. Ambos os satélites foram destruídos e juntaram-se a muitos outros detritos do microespaço.

As origens dos detritos espaciais são numerosas

Os testes de mísseis anti-satélites realizados pelos Estados Unidos, China ou, mais recentemente, pela Índia também geraram grandes quantidades de microesferas espaciais. No momento, a órbita da Terra continua sendo um imenso espaço e os maiores detritos espaciais são rastreados por radar. No entanto, cada vez com mais frequência, os satélites precisam queimar seu combustível precioso para fugir de uma rota de colisão. Por exemplo, o satélite CLIOSAT da ESA estava em rota de colisão no verão passado. É cada vez mais frequente. Todos os dias, o Exército dos EUA emite cerca de 20 advertências sobre o risco de colisão na órbita da Terra. Na maioria dos casos, isso é apenas um pedido de vigilância, mas olhando para frente, a perspectiva não é boa.

Não são apenas os lançamentos cada vez mais numerosos, mas cada foguete carrega cada vez mais satélites. Este é um dos efeitos perversos da revolução Smallsats. Em todo o mundo, as start-ups estão levantando fundos para orbitar constelações de dezenas, centenas ou até mesmo milhares desses pequenos satélites. OneWeb, SpaceX, Amazon e muitas outras empresas poderiam lançar dezenas de milhares de satélites na próxima década. Esses objetos terão que encontrar seu lugar em um ambiente já bem carregado.

Emergência é lidar com detritos espaciais em órbita baixa

Hoje em dia, a órbita baixa é a mais congestionada. Cerca de 16.000 objetos artificiais estão atualmente em órbita baixa, ou seja, menos de 2.000 km de altitude. A órbita geoestacionária também já está lotada com quase 3000 objetos humanos. Entre essas duas altitudes, 1500 satélites e outros detritos espaciais se movem em caminhos diferentes. O principal problema é que as trajetórias de todos esses objetos não são conhecidas com precisão. A órbita de um entulho espacial pode ser diferente de acordo com a origem dos dados, russo ou americano.

Era complicado quando apenas os estados tinham acesso ao espaço, mas colocar um satélite em órbita agora está ao alcance de muitas universidades e startups, e alguns deles não são muito cuidadosos com a regulamentação. No final de 2017, uma empresa lançou quatro micro-satélites sem a autorização de nenhum governo. Se todos começarem a fazer a mesma coisa, a órbita da Terra pode se transformar em um verdadeiro Oeste Selvagem.

A gestão de detritos espaciais e constelações de satélites deve ser global

Uma grande parte do trabalho que evita colisões é a cooperação entre as várias organizações que colocam objetos em órbita. Desde o início da década de 1990, muitas agências espaciais se juntaram ao Comitê Interinstitucional de Coordenação de Detritos Espaciais (CID), que está criando uma série de diretrizes para tentar gerenciar o problema. Esta comissão recomenda, por conseguinte, despressurizar todos os contentores de um satélite que tenha atingido o fim da sua vida útil, o que deverá permitir evitar explosões acidentais, um risco que não deve ser negligenciado. Nos últimos dias, imagens de um satélite da Intelsat em explosões descontroladas foram publicadas na internet. Um vazamento de combustível seria o problema. O comitê também recomenda baixar suficientemente sua órbita para queimar na atmosfera em menos de 25 anos. Infelizmente, essas são apenas diretrizes e nenhuma sanção é fornecida contra uma organização que não a respeita. Até agora, apenas metade das missões cumpriu essa estrutura.

Os detritos espaciais são um excelente exemplo de um problema que se beneficiaria de uma solução global. Nos piores cenários, é possível que a humanidade perca completamente o uso da órbita da Terra. Esta é a síndrome de Kessler, na qual o aumento no número de objetos em órbita aumentará o número de colisões e cada colisão criará um grande número de novos detritos espaciais, que por sua vez aumentam as chances de colisão. Existe, portanto, o risco de uma reação em cadeia que poderia tornar algumas órbitas completamente intransitáveis. Alguns serviços, como GPS ou telecomunicações por satélite, podem desaparecer.

Todas as órbitas não são gerenciadas da mesma maneira. As órbitas mais baixas são regularmente limpas pelas camadas residuais da atmosfera. Mas alguns especialistas acreditam que a camada entre 900 km e 1200 km de altitude será saturada em breve. Essa altitude é visada pelos satélites da constelação OneWeb e por mais de 4.000 satélites na constelação Starlink. Felizmente, a OneWeb e a Starlink devem enfrentar restrições ainda mais rigorosas do que as formuladas pelo Comitê Inter-Agências de Coordenação de Detritos Espaciais (IADC). A OneWeb anunciou que seus satélites serão mortos apenas cinco anos após o fim de sua vida útil. Alguns de seus combustíveis serão reservados para esta tarefa. Os satélites da constelação Starlink também devem ser capazes disso.

Existem soluções para reduzir o número de detritos espaciais

No entanto, isso pode não ser suficiente. Leva apenas um acidente para adicionar milhares de micro-detritos espaciais que não podem ser rastreados pelo radar. É por isso que algumas pessoas já estão preparando estratégias para a limpeza ativa da órbita. Essa tarefa parece difícil porque a órbita de dezenas de milhares de detritos espaciais perigosos exigiria o investimento de enormes recursos. No entanto, podemos agir com inteligência concentrando-nos nos maiores entulhos espaciais porque eles são os mais propensos a causar uma reação em cadeia se explodirem. Por enquanto, apenas testes são realizados.

O satélite Remove Debris foi colocado em órbita há um ano e mostrou que pode capturar pequenos alvos com uma rede e um arpão. Uma vez que a coleção esteja completa, aumentará seu arrasto atmosférico com uma grande vela para acelerar seu retorno à atmosfera. A Agência Espacial Europeia é também particularmente ativa nesta área. Através da sua iniciativa Tecnologias Limpas, a ESA está a considerar uma missão para depor um satélite antigo com uma rede robótica ou braço, o que seria uma novidade mundial. Este teste pode ter lugar já em 2023. Outras organizações estão a pensar em naves espaciais especializadas na reparação e reabastecimento de satélites. Aumentar sua vida útil significa reduzir a necessidade de novos lançamentos. A China propôs usar um laser de alta potência em órbita para desviar alguns detritos espaciais e acelerar sua reentrada na atmosfera. Essas soluções são lentas e caras, mas pelo menos existem.

A atividade espacial da Humanidade também tem consequências na atmosfera da Terra

A indústria espacial também é responsável por alguma poluição da atmosfera da Terra. Embora alguns dos motores utilizados liberem apenas vapor de água, outros motores liberam resíduos de combustão muito tóxicos. Os lançadores de protões da Rússia, por exemplo, são responsáveis ​​por este tipo de poluição atmosférica. Os efeitos dos lançamentos na atmosfera ainda são pouco conhecidos. Por cem lançamentos por ano, o impacto é provavelmente muito pequeno. No entanto, será necessário lidar com isso se a taxa de fogo for acelerada. Por exemplo, o turismo de massa suborbital pode ter um impacto significativo na atmosfera.

A isto devem ser acrescentadas as reentradas atmosféricas de detritos espaciais. Os escombros espaciais não desaparecem magicamente, eles queimam na atmosfera e as conseqüências dessas combustões são encontradas diretamente na atmosfera. A indústria espacial usa todos os tipos de materiais exóticos, alguns dos quais são radioativos. Houve incidentes de RTGs e até mesmo reatores nucleares entrando na atmosfera, provocando operações de descontaminação longas e dispendiosas.

2019 poderia ser um ano crucial para o gerenciamento de objetos artificiais no espaço

Como todas as atividades humanas, a indústria espacial tem um impacto no meio ambiente. Em 60 anos, a Humanidade colocou em órbita um número incrível de objetos artificiais. A grande maioria desses objetos não é mais útil e é um risco. O ano de 2019 será o começo da era das mega constelações de satélites que irão aumentar este problema. Vamos esperar que uma gestão inteligente do fim da vida dos satélites seja implementada. Devemos estar muito vigilantes para evitar colisões e uma possível síndrome de Kessler. Também será interessante quantificar o impacto das atividades de lançamento de foguetes no efeito estufa ou na camada de ozônio. As aventuras humanas na Lua ou no planeta Marte não devem ocorrer às custas do planeta azul.





Empresas de limpeza de detritos espaciais provam-se

– Notícias de 6 de novembro de 2018 –

RemoveDebris é uma iniciativa européia para testar as técnicas de deortagem de detritos espaciais. Os experimentos do satélite continuarão em 2019. Os primeiros resultados são conclusivos. Em setembro, o RemoveDebris conseguiu capturar um satélite com uma rede. Esta demonstração pode preparar o caminho para um verdadeiro serviço de desorção para detritos espaciais. Mas combater os detritos um a um pode ser extremamente caro. Parece que não há outra alternativa. Um estudo da DARPA diz que a limpeza da órbita da Terra inevitavelmente se tornará essencial para manter os riscos operacionais em um nível aceitável, e desde 2011 a perspectiva não é boa.

Há poucos dias, Elon Musk disse que está tentando acelerar a constelação Starlink, que deve ser composta de centenas ou milhares de pequenos satélites. A SpaceX começou sua implantação e, em meados do ano que vem, a constelação poderia subir para 12.000 satélites. Outras empresas também têm planos ambiciosos.

Foi relatado em 31 de outubro que a empresa japonesa Astroscale recebeu US $ 50 milhões em financiamento. Astroscale trabalha na gestão de detritos espaciais. A empresa quer desenvolver satélites capazes de manobras de encontro orbital. Eles poderiam então buscar satélites no final de sua vida e depois levá-los para a atmosfera. Astroscale acha que, com o lançamento das constelações de satélites, um grande mercado está se abrindo. O Starlink, o OneWeb e outros projetos de constelações de satélites terão um impacto tão grande na órbita da Terra que a lei deve evoluir para refletir isso. As autoridades públicas e os operadores privados terão necessariamente que levar em conta esse problema, mesmo que o custo seja alto.

A Astroscale, portanto, espera poder oferecer uma solução viável, tecnológica e economicamente. Esse financiamento de US $ 50 milhões também é um sinal de um setor espacial privado japonês saudável. Em dezembro passado, uma empresa de exploração lunar recebeu US $ 90 milhões em financiamento e, em março de 2018, o governo japonês anunciou quase US $ 1 bilhão em cinco anos para apoiar seu setor espacial privado. O número de detritos espaciais está aumentando, apesar da crescente conscientização das empresas e dos governos. Vamos esperar que um incidente não tenha que acontecer antes que decisões fortes sejam tomadas.

O experimento RemoveDebris aborda detritos espaciais com uma rede e um arpão

– Notícias de 26 de junho de 2018 –

Em 2017, 335 SmallSats foram lançados com pesos que variam de algumas dezenas de gramas a algumas centenas de libras. Isso é seis vezes mais do que em 2012 e a tendência deve continuar acelerando. Empresas, universidades, governos e exércitos parecem adorar SmallSats. Todos esses lançamentos são um sinal de uma próspera indústria espacial. Mas colocar uma carga em órbita requer um certo domínio técnico e gera responsabilidades. Com a proliferação de operadores de satélites, como podemos garantir que todos sejam sérios?

Em janeiro passado, a FCC, a agência reguladora das telecomunicações por satélite nos Estados Unidos da América, revelou que quatro SmallSats haviam sido lançados sem sua aprovação. A FCC achou esses satélites perigosos porque eram pequenos demais para serem facilmente rastreados pelo radar. Já é difícil evitar colisões quando todos seguem as regras. Além disso, SmallSats muitas vezes permanecem em órbita anos após o final de sua vida operacional. O congestionamento da órbita da Terra é, portanto, susceptível de acelerar e o problema dos detritos espaciais é cada vez mais difícil de ignorar.

O experimento RemoveDebris acaba de ser lançado da Estação Espacial Internacional. Este é novamente um SmallSat que foi construído pela Universidade de Surrey, no Reino Unido, com a participação da Airbus. RemoveDebris tem uma massa de cem quilos. Este é o maior satélite lançado da ISS. Ele incorpora três experimentos que testarão três métodos diferentes para destorrar detritos espaciais no final da vida. Para os propósitos de suas demonstrações, o pequeno satélite incorpora seus próprios alvos que serão liberados antes de serem desorbitados. É proibido tocar nos satélites de outro, mesmo que eles não estejam mais operacionais.

O satélite passará os próximos meses sendo testados e, em setembro ou outubro, o primeiro experimento deve começar. RemoveDebris permitirá que um pequeno CubeSat suba a uma distância de alguns metros, depois jogue uma rede para recuperá-lo. Em alguns milênios, os métodos de captura não mudaram muito. Em fevereiro de 2019, o RemoveDebris testará um arpão. RemoveDebris deixará um CubeSat antes de trazê-lo de volta com um arpão. SmallSats capturados é uma coisa boa, mas então você tem que tratá-los. É aí que entra a terceira experiência. Depois de liberar e capturar os dois alvos, em março de 2019, a RemoveDebris implantará uma vela que aumentará significativamente seu arrasto. Os pequenos traços de gás na órbita baixa da Terra causarão a combustão de RemoveDebris na atmosfera da Terra. Durante esses poucos meses em órbita, o satélite experimental também testará uma tecnologia de navegação. O objetivo é ser capaz de seguir alvos pequenos e distantes.

Todas as experiências serão filmadas para garantir seu bom funcionamento. Se o experimento for um sucesso, talvez possamos imaginar limpadores de satélites que arpoam algumas dúzias de detritos espaciais antes de se deitartar com uma vela. Isso pode ser lento e caro, mas ainda é melhor do que ter uma órbita baixa que seja impraticável. A técnica de navegação funcionaria apenas para órbitas de baixa altitude.

A estação espacial chinesa Tiangong-1 é destruída

– Notícias de 3 de abril de 2018 –

A estação espacial chinesa Tiangong-1 queimou o Oceano Pacífico em 1º de abril. Esta não é a primeira vez que uma estação espacial faz uma reentrada atmosférica destrutiva. Em 2001, o MIR também foi danificado no Oceano Pacífico. O Oceano Pacífico Sul pode se tornar um cemitério da estação espacial. A Estação Espacial Internacional (ISS) também vai cair lá. Para isso, devemos controlar com sucesso a reentrada atmosférica dessas estações espaciais, o que não é fácil.

Os russos têm experiência. Além do MIR, eles conseguiram controlar a reentrada atmosférica das estações espaciais Salyut 4, 5, 6 e 7. Do lado dos Estados Unidos, é um pouco menos glorioso. A reentrada atmosférica do Skylab, voluntariamente descontrolada, terminou com destroços atingindo as áreas povoadas do oeste da Austrália, felizmente sem vítimas. O Tiangon-1 foi lançado em 2011. Foi a primeira estação espacial chinesa. Tiangong-2 foi lançado em 2016, e uma nova estação espacial deve começar a montagem este ano. Será muito mais massivo com três módulos pressurizados. As chances de ser atingido por um entulho são felizmente muito baixas, mas lembramos que há menos de três meses um piso de um foguete caiu em uma vila na China.

A multiplicação de lançamentos gera inevitavelmente mais detritos e mais reentrada atmosférica. Nós já poderíamos dizer que eles se tornaram diariamente ou quase. Felizmente, a maior parte desses detritos não é suficientemente grande para alcançar o solo. Nos próximos dias, um sistema de lançamento duplo de um foguete Ariane 5 lançado em maio de 2007 também deve fazer um retorno destrutivo. A peça é de apenas 440 kg. Teremos direito a um pouco maior com a queda destrutiva do satélite RXTE (Rossi X-ray Timing Explorer) de 2,7 toneladas, lançado em 1995 pela NASA.

Entre os outros fatores de multiplicação das reentradas atmosféricas, há também os métodos de limpeza da órbita baixa, por exemplo, o experimento RemoveDebris, que foi lançado ontem com um foguete Falcon 9. Ele tentará capturar um CubeSat com outro satélite, então o todo cairá para a atmosfera superior. Talvez em algumas décadas, as noites da Terra sejam iluminadas por estrelas cadentes artificiais, testemunhas de uma intensa atividade do homem no espaço.

Lasers poderiam remover detritos espaciais da órbita da Terra

– Notícias de 23 de janeiro de 2018 –

Com todos os lançamentos de Smallsats, nos perguntamos se a órbita da Terra não se tornará um aterro. A multiplicação de objetos em órbita multiplica o risco de colisão. Em órbita, existem máquinas que valem bilhões de dólares e até vidas humanas. Agências espaciais e empresas privadas estão tentando encontrar soluções para esse problema. Até a China parece estar cada vez mais envolvida para resolver esse problema. E, no entanto, estava longe de ser óbvio porque a nuvem de detritos atualmente em órbita foi amplamente criada durante um teste de míssil anti-satélite chinês em 2007. Esta nuvem de detritos causou danos significativos a um satélite russo em 2013. A China está colocando em órbita mais e mais satélites e agora tem que se preocupar com seus destroços e outras agências espaciais também. Por enquanto, as ações são limitadas à dessorbitação de satélites e estações espaciais no final de sua vida. A estação espacial Tiangong-1 deve retornar em breve à Terra.

Uma universidade ligada à Força Aérea Chinesa propõe o uso de lasers para limpar um pouco a órbita. O objetivo não é usar esses lasers para desintegrar os detritos, o que seria contraproducente porque você obteria detritos menores. A abordagem da equipe da universidade é um pouco mais sutil. Eles acham que, alvejando uma pequena parte de um entulho espacial, é possível dar-lhe uma aceleração e, assim, modificar sua trajetória e, assim, ser capaz de deortá-la.

Para alcançar os melhores resultados, o laser deve ser colocado em uma estação espacial. Mas os Estados Unidos da América não são a favor da presença de um laser chinês em órbita. É difícil julgar se essa abordagem começa com uma boa vontade ou se é apenas uma desculpa para instalar lasers no espaço. Afinal, os lasers também podem funcionar em alvos que ainda não são resíduos espaciais. De certa forma, isso poderia ser percebido como uma violação do tratado espacial que proíbe a implantação de armas de destruição em massa no espaço exterior, e a China é um dos seus signatários desde os anos 80.

Brane Craft, um conceito para limpar detritos espaciais da órbita da Terra

– Notícias de 26 de setembro de 2017 –

Os detritos espaciais são um perigo crescente. Eles aumentam o risco de colisão com satélites e outros objetos que gravitam ao redor da Terra. A NASA está trabalhando nessa questão desenvolvendo com a Aerospace Corporation a Brane Craft, uma pequena espaçonave de um metro por um metro e uma espessura inferior a um fio de cabelo humano. Ele funciona envolvendo-se em torno de seu alvo para capturá-lo. Este ainda é um conceito de estudos para a NASA, mas a solução é particularmente engenhosa e econômica se os desafios técnicos que a acompanham puderem ser resolvidos.

A NASA acaba de renovar uma doação de dois anos para sua empresa parceira para continuar a pesquisa sobre a microespaçonave. Para desviar de seu alvo, um Brane Craft usará propulsão elétrica. Sua superfície é coberta por células fotovoltaicas e seu combustível é armazenado nos 10 micrômetros que separam as duas chapas de capão que compõem a espaçonave. O conjunto pesa apenas 80 gramas, mas seria capaz de desviar de um espaço de 2 kg em órbita baixa. A propulsão seria fornecida por um motor de eletropulverização, uma forma de propulsão eletrostática que também seria miniaturizada para se ajustar à espessura de um fio de cabelo. O conjunto parece muito eficaz com um pulso específico de 4000 segundos nas condições da luz solar da órbita da Terra. O interesse é poder lançar vários milhares destes Brane Craft com um único foguetão, permitindo assim limpar a órbita baixa rapidamente e com um custo relativamente baixo.

Mas ainda há muitos desafios antes que eles possam ser enviados para capturar detritos espaciais. Ultra-miniaturização tem um custo e a Aerospace Corporation estima que um Brane Craft custaria US $ 5.000 por apenas 80 gramas. A eletrônica e os materiais usados ​​para fazer o Brane Craft devem ser capazes de sobreviver pelo menos dez dias nas condições extremas do espaço. Mas se a Aerospace Corporation conseguir desenvolver o Brane Craft, a empresa terá oportunidades que vão muito além da simples limpeza de detritos espaciais na órbita da Terra. Devido ao seu peso muito baixo e grande área de superfície de painéis solares, a espaçonave acabaria com uma excessiva relação potência-peso. Na verdade, seria capaz de entrar em órbita em torno de Netuno com apenas 27 gramas de combustível contido na espaçonave. Mas os esforços de miniaturização e pesquisa sobre os materiais a serem fornecidos ainda são gigantescos.

Imagem do funcionário da NASA [Domínio Público], via Wikimedia Commons

Fontes

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