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Anticipando colisiones entre naves espaciales y basura espacial
En septiembre, un trozo de escombros se desprendió de un satélite de la NASA no operativo de 19 años de edad a 330 millas en el cielo. La Red de Vigilancia Espacial de Estados Unidos (SSN), que es responsable de monitorear los más de 22,000 satélites y otros objetos en órbita, detectó el evento, trazó la trayectoria orbital del fragmento y determinó que se dirigía a la Estación Espacial Internacional (ISS). ). Si golpea el laboratorio de $ 100 mil millones, la basura podría causar daños catastróficos. Al recibir la advertencia, la NASA decidió maniobrar la nave espacial fuera del camino de los escombros, una tarea que ahora realiza aproximadamente dos veces al año. La amenaza de tal colisión se ha más que duplicado en los últimos dos años, dice Nicholas L. Johnson , Científico en jefe de la NASA para desechos orbitales.
Espacio abarrotado: Esta imagen generada por computadora muestra la gran cantidad de basura hecha por el hombre en órbita.
Más de medio millón de objetos hechos por el hombre del tamaño de una canica o más grandes ahora rodean la Tierra, y 15.000 de ellos son más grandes que un puño. Estos desechos orbitales, o basura espacial, incluyen satélites inactivos, cuerpos de cohetes gastados, materiales de motores de cohetes sólidos, fragmentos de colisión y desechos de misiones. La mayoría de las naves espaciales operativas utilizan blindaje protector para mitigar el impacto de objetos de menos de un centímetro de diámetro. Pero dado que los más grandes corren alrededor de la Tierra a velocidades de cinco millas por segundo, cualquiera de ellos podría destruir cualquier satélite con el que chocara. La situación pone en peligro a la industria de servicios satelitales de 160.000 millones de dólares, que desempeña un papel fundamental para las llamadas telefónicas internacionales, las transmisiones de televisión, los datos climáticos y meteorológicos y la vigilancia militar.
Tasa de crecimiento en el número de objetos de desecho que orbitan alrededor de la Tierra de más de 10 centímetros.
Crédito: NASA
Para comprender cómo evolucionarán tales amenazas y prever los caminos de la basura espacial para evitar colisiones, la NASA desarrolló uno de los modelos predictivos más sofisticados del mundo. Llamado Leyenda (para desechos de entornos terrestres bajos a geosincrónicos), el modelo tridimensional simula las rutas de todos los objetos espaciales rastreables e incluso tiene en cuenta los nuevos desechos de accidentes futuros. Para tener en cuenta la incertidumbre y la aleatoriedad, se generan cientos de escenarios utilizando el método de Monte Carlo, un conjunto de algoritmos que pueden calcular factores de riesgo en un entorno complejo. Con Legend, los científicos de la NASA usan el promedio de múltiples simulaciones para estimar el número, tamaño y tipo de objetos que colisionarán, y aproximadamente con qué frecuencia. A diferencia de los modelos utilizados por el Centro de Operaciones Espaciales Conjuntas del Comando Estratégico de EE. UU. , que detecta y rastrea objetos grandes y revisa los satélites activos diariamente para detectar posibles colisiones en 72 horas, Legend incluye fragmentos más pequeños y mira hacia el futuro.
En su lugar desde 2004, el modelo de la NASA se alimenta constantemente con datos recopilados de los resultados de las pruebas en tierra y las naves espaciales que se han roto en órbita; desde telescopios y radares que miran el cielo; y del análisis de las superficies de naves espaciales marcadas por cráteres que han regresado a la Tierra. Eso significa que se deben ejecutar nuevas simulaciones continuamente. Legend permite a los científicos calcular las consecuencias de una ruptura o colisión en particular y les ayuda a alertar a los gerentes de la estación espacial de que podría haber un trozo de escombros en su camino. El modelo también informa a los satélites que se lanzarán pronto sobre las áreas que deben evitarse y guiará a los científicos en su intento de desarrollar y lanzar tecnología de eliminación de escombros por primera vez.
Predicciones espaciales: Este gráfico muestra el número acumulado de colisiones entre objetos de 10 centímetros o más. La pendiente de la curva que comienza en 2009 se basa en la predicción del modelo Legend de aproximadamente 0,14 colisiones que producen escombros por año entre objetos catalogados. Las colisiones reales ocurrieron en 1991, 2005 y 2009. (Se modelan tres escenarios: BAU = negocio como de costumbre; PMD = eliminación posterior a la misión; NFL = sin lanzamientos futuros)
En su charla en la primera Conferencia de Eliminación de Escombros Orbitales el año pasado, J.C. Liou, científico principal de Legend de la NASA, dijo que el modelo predijo 178 colisiones en los próximos 200 años, 83 de ellas catastróficas en la órbita terrestre baja. Se esperan colisiones aproximadamente una vez cada cinco años, en promedio. El accidente más reciente ocurrió en febrero de 2009, cuando un satélite de telecomunicaciones Iridium en funcionamiento se estrelló contra un satélite Cosmos ruso retirado a más de 15.000 millas por hora. La colisión fue la primera en destruir un satélite activo y generó más de 2000 piezas nuevas de escombros rastreables. El evento provocó un cambio en una política que había estado en vigor desde la creación de la NASA hace más de 50 años. Según la teoría del gran cielo, la basura espacial no se consideraba una amenaza importante, porque el espacio es muy vasto. La teoría del gran cielo ya no es un concepto viable para las operaciones espaciales, dice Chris Moss, director del Centro de Operaciones Espaciales Conjuntas en la Base de la Fuerza Aérea Vandenberg de California. Los satélites ahora se están concentrando en órbitas específicas, señala Moss. Ya no es trivial que dos objetos puedan colisionar. Estamos tomando el problema en serio y gastando nuestros recursos en formas de resolverlo.
Esa es una tarea abrumadora, especialmente porque los trozos más pequeños de basura espacial no se pueden rastrear fácilmente desde el suelo. Ahora estamos entrando en un momento en el que el entorno de los desechos orbitales estará cada vez más controlado por colisiones aleatorias, dice Donald Kessler , consultor que se retiró de la NASA hace 14 años. En 1978, cuando era un joven astrofísico de la NASA, Kessler predijo que para el año 2000, los fragmentos de colisiones aleatorias en la órbita terrestre baja se convertirían en una fuente significativa de pequeños escombros que aumentarían la probabilidad de más colisiones. Su papel emblemático Frecuencia de colisión de satélites artificiales: la creación de un cinturón de escombros condujo a la creación de la NASA Oficina del programa de desechos orbitales , donde pasó 17 años como científico principal para la investigación de desechos orbitales. Durante ese tiempo, el escenario que predijo se conoció como el Síndrome de kessler .
Kessler publicó recientemente un nuevo artículo verificando que sus predicciones de 1978 eran aproximadamente correctas, y las comparó con el entorno espacial de hoy. Su conclusión: nos enfrentamos a un grave problema. Si mantenemos la población actual de naves espaciales en órbita sin agregar nada más, solo el resultado de colisiones aleatorias produciría escombros más rápido de lo que el arrastre atmosférico podría limpiar la órbita terrestre baja, dice. Su recomendación: es hora de comenzar a eliminar activamente los objetos de escombros más grandes del cielo. El modelo Legend muestra que incluso si evitáramos colisiones con todas las naves espaciales operativas con éxito, dice, haría poca diferencia en el resultado, porque hay muchos escombros que no pueden maniobrar.
El mensaje del modelo finalmente está llegando. En su Política Espacial Nacional de 2010, el presidente Obama ordenó a la NASA y al Departamento de Defensa que limpiaran el espacio y proporcionó una carta para realizar investigaciones sobre cómo hacerlo. La remediación es el siguiente paso, dice Johnson. La financiación inicial de los esfuerzos de limpieza del espacio se espera en 2011.