La amenaza de la basura espacial y el síndrome Kessler

Se acumula basura en la órbita terrestre

Los desechos espaciales son la materia sólida que se ha acumulado en la órbita terrestre baja durante los 60 años de exploración espacial humana, y la cuestión de la eliminación de desechos espaciales hoy es más apremiante que nunca. La basura espacial se gasta en las etapas 2 y 3 de cohetes, etapas superiores, satélites y sus fragmentos resultantes de colisiones y explosiones. 

Los científicos han calculado que alrededor de 130 millones de partículas de 1 mm de tamaño y unas 30 mil partículas de más de 10 cm de tamaño giran alrededor de la Tierra, lo que representa el 95% de todos los objetos espaciales en órbita. Toda esta basura es un problema grave para la exploración espacial futura. El creciente número de escombros crea una amenaza de colisión con naves espaciales activas. Debido a la alta velocidad, 10 veces la velocidad inicial de una bala de calibre 7,62, incluso las partículas pequeñas con un diámetro de 1 cm pueden perforar fácilmente el revestimiento, y los fragmentos más grandes pueden destruir por completo la nave espacial e incluso la estación orbital.

El primer accidente conocido de dos objetos artificiales en el espacio ocurrió en 2009. Un satélite de telecomunicaciones estadounidense activo Iridium 33 y un satélite ruso fallido Cosmos 2251 chocaron sobre el territorio ruso. Era evidente que las dos naves espaciales estaban al borde de la colisión, pero Iridium no tenía controles, por lo que la colisión era inevitable. Alrededor de tres mil desechos espaciales más están ahora flotando en órbita debido a esta colisión.

Síndrome Kessler

Los científicos dicen que la acumulación de desechos espaciales en órbita eventualmente causará un efecto en cascada llamado Síndrome Kessler:

Es una teoría desarrollada en la década del 70′ por el consultor de la NASA Donald J. Kessler, la cual supone que el volumen de basura espacial en la órbita baja terrestre sería tan alta que los objetos que se encuentran en ella comenzarían a ser impactados con frecuencia por la basura, lo que produciría un «efecto dominó», creándose así aún más basura.

Mientras más crece el número de satélites en órbita -y los viejos satélites se acumulan-, el riesgo de este escenario de colisiones de Kessler se hace aún mayor.

La situación actual anima a las agencias y empresas espaciales a desarrollar todo tipo de soluciones para la eliminación de basura espacial. 

Métodos de eliminación de basura espacial

Hasta ahora, la humanidad ha desarrollado solo dos formas de prevenir las colisiones de basura espacial: pantallas protectoras (contra fragmentos de 0,1 a 1 cm de tamaño) y maniobras evasivas (fragmentos de 1 cm o más). Una colisión directa de un fragmento grande con un satélite o un vehículo provocará daños graves o la destrucción garantizada de la nave espacial. La eliminación de los desechos espaciales es la solución más obvia para minimizar el riesgo de colisiones. La misión de eliminación de desechos espaciales permite descargar las órbitas y liberar espacio para nuevas naves espaciales, ya que la cantidad de vuelos crece rápidamente cada año. Entonces, averigüemos cómo se pueden limpiar los desechos espaciales.

La mayoría de los conceptos de remoción de desechos espaciales desarrollados hoy implican la eliminación de objetos fuera de servicio y sus desechos de LEO y OSG a la atmósfera de la Tierra y/o su transferencia a órbitas de disposición especial. Pero también existe una solución más radical: la destrucción total hasta el tamaño de partículas de polvo que no podrán causar daños en caso de impacto. Sobre esta base, puede haber una eliminación activa o pasiva de los desechos espaciales. 

Técnicas de eliminación de basura espacial

Cabe señalar que, hasta el momento, ninguno de estos métodos de eliminación de desechos espaciales se ha aplicado en su totalidad. Hasta hace poco, a la humanidad solo le preocupaba el efecto económico y científico del lanzamiento de satélites, y la necesidad de eliminar los desechos espaciales, que es una tarea bastante costosa, surgió hace relativamente poco tiempo. Sin embargo, si no se toman medidas ahora, el acceso al espacio podría cerrarse pronto durante cientos, si no miles de años. ¿Qué se está haciendo para evitar el síndrome de Kessler o al menos retrasarlo? Echemos un vistazo a las soluciones de eliminación de desechos espaciales disponibles.

Los proyectos de eliminación de basura espacial más prometedores

RemoveDebris

El satélite de eliminación de desechos espaciales fue desarrollado por un consorcio de empresas en la que participa la división británica de Airbus y la filial de Airbus, el mayor fabricante de satélites pequeños Surrey Satellite Technology Limited (SSTL). El satélite de eliminación de desechos espaciales está equipado con una red y un arpón para capturar los desechos espaciales, así como con un sistema de navegación visual para rastrear los desechos en órbita utilizando óptica y LIDAR. El satélite está diseñado para limpiar fragmentos de hasta 2 m de tamaño y un peso de hasta 2 toneladas. La primera prueba del satélite de eliminación de desechos espaciales RemoveDebris para capturar un objeto en el espacio utilizando una red tuvo lugar en septiembre de 2018. En febrero de 2019, se probó el arpón. Moviéndose a una velocidad de 20 metros por segundo, golpeó y perforó con éxito el panel del satélite montado en el brazo del satélite, lo que confirma la capacidad de capturar desechos espaciales.

El siguiente paso es probar una vela aerodinámica que obligará a RemoveDebris a salir de órbita en un tiempo récord de ocho semanas. Se necesitarían más de dos años y medio para hacerlo de forma natural.

ClearSpace-1

La misión de eliminación de desechos espaciales de la Agencia Espacial Europea y la empresa suiza ClearSpace está diseñada para demostrar las tecnologías de encuentro, captura y desorbitación del adaptador de carga útil del vehículo de lanzamiento Vega. Un trozo de basura espacial que dejó un cohete en 2013 está a unas 500 millas sobre la Tierra y pesa unas 220 libras. ClearSpace-1 planea usar un brazo robótico para agarrar a Vespa y arrastrarla desde LEO a la atmósfera de la Tierra, donde ambas naves espaciales se quemarán. La misión de eliminación de desechos espaciales está programada para llevarse a cabo en 2025.

Remolcador Espacial

Skyrora Ltd, una empresa escocesa, está desarrollando uno de los conceptos de eliminación de desechos espaciales más prometedores de la actualidad: un remolcador espacial para la eliminación de desechos espaciales. El diseño del remolcador espacial se basa en la etapa superior del vehículo de lanzamiento Skyrora XL, con adaptaciones para garantizar la supervivencia de la nave espacial en el entorno espacial. Space Tug no solo retirará los satélites gastados y sus desechos de la órbita o los transferirá a una órbita de eliminación, sino que también llevará a cabo:

  • corrección de órbita de satélites activos,
  • su repostaje,
  • lanzamiento de carga a la órbita lunar.

A principios de 2021, Skyrora realizó las primeras pruebas de Space Tug. El uso completo del remolcador está previsto para 2022-2023, después del primer lanzamiento de Skyrora XL.

ADRAS

El dispositivo, desarrollado por la empresa japonesa Astroscale, realizará operaciones de eliminación de basura espacial mediante una captura magnética . En el verano de 2021, la empresa realizó con éxito la primera misión denominada ELSA-d para demostrar sus métodos de eliminación de desechos espaciales. La nave espacial fue lanzada por un cohete ruso Soyuz desde el cosmódromo de Baikonur en Kazajstán. A continuación, puede ver las demostraciones de ELSA-d fase por fase.

ELSA-d Demostraciones de métodos de eliminación de desechos espaciales Fase por fase

En el otoño de 2021, Astroscale firmó un acuerdo con el lanzador líder de microlanzadores Rocket Lab para lanzar su próxima misión bajo los auspicios de JAXA ADRAS-J, que tendrá lugar en 2023. La misión incluirá una cita con la segunda etapa del cohete JAXA H2-A. En la primera etapa, el satélite de remoción de escombros se acercará al escenario y se centrará en el objetivo. En la segunda etapa de estos proyectos de remoción de desechos espaciales, los desechos serán desorbitados.

Escoba de Tungster

La idea de la limpieza radical de las órbitas terrestres bajas fue propuesta por el científico estadounidense Gurudas Ganguly del Laboratorio de Investigación de la Marina de los EE. UU. Esta es una de esas soluciones de eliminación de desechos espaciales que implican dispersar una nube de polvo de partículas de tungsteno (wolframio) a una altitud de 1100 km, creando una capa simétrica de 30 km de espesor alrededor de la Tierra. Según los científicos, esto requerirá unas 20 toneladas de partículas de polvo de 30 micrómetros de tamaño. Se eligió el tungsteno por su gravedad, el material es 1,7 veces más denso que el plomo.

Ganguly calculó que la fricción contra la atmósfera haría que el caparazón se contrajera lentamente y se acercara a la Tierra. Esto despejará las órbitas de pequeños desechos de hasta 10 cm. Aun así, estos conceptos de eliminación de desechos espaciales no funcionarán con fragmentos más grandes. Deberán eliminarse utilizando los métodos descritos anteriormente. Todo el proceso tomará alrededor de 35 años, por lo que este método debe considerarse solo como el reinicio total del espacio cercano a la Tierra, en particular, como resultado de la aparición del síndrome de Kessler.

Privateer Space

Privateer Space la empresa espacial de Steve Wozniak (co-fundador de Apple) ha revelado, según explica Microsiervos, que está desarrollando un sistema de seguimiento de objetos en órbita –satélites activos y basura espacial– que ha bautizado como Wayfinder.

La idea es que sea una base de datos tan grande como sea posible; por ahora integra datos del Comando Espacial de los Estados Unidos y de diversos operadores, pero están dispuestos a incorporar datos de todo el mundo que se los quiera dar.

Mediante los correspondientes interfaces de programación de aplicaciones (application programming interface, API) otras empresas podrán construir servicios basados en Wayfinder como por ejemplo uno que añada información acerca de las características de los objetos que están en el sistema de cara a organizar misiones de mantenimiento o de eliminación de basura espacial.

Otra aplicación que Privateer Space está desarrollando sobre Wayfinder es un sistema de alertas de colisiones. Darán información gratuita sobre las siguientes 24 horas. A partir de ahí cobrarán por información a más largo plazo y personalizada que, por ejemplo, sólo incluya datos acerca de ciertas órbitas que interesen a sus clientes sin necesidad de tener que procesar toda la base de datos.

También tienen la idea de desarrollar sensores que puedan ser lanzados a bordo de satélites de otras empresas que les ayuden a recopilar datos acerca de los objetos que hay en órbita, aunque en ese sentido aún les queda trabajo por hacer. A corto plazo, antes de que termine 2022 lanzarán un CubeSat bautizado como Pono-1 que les servirá como plataforma de pruebas.

Conclusiones

Esos son solo algunos ejemplos de proyectos que deberían ayudar a descargar el espacio cercano a la Tierra y hacer que la exploración espacial pacífica sea más cómoda y segura. Sin embargo, surge una pregunta legítima. ¿Será capaz la humanidad de limpiarse a sí misma en el espacio si aún no ha aprendido a limpiarse a sí misma en la Tierra? La esperanza es eterna en lo que respecta a la eliminación de desechos espaciales.

Para acabar un breve vídeo de Privateer Space que creo que resume muy bien este pensamiento final.

Imagen: MIT Edu

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