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Tierra desde el espacio, rodeada de pequeños puntos blancos.
Una imagen generada por computadora que representa los desechos espaciales como se puede ver desde la órbita terrestre alta . Los dos campos principales de escombros son el anillo de objetos en órbita terrestre geosincrónica (GEO) y la nube de objetos en órbita terrestre baja (LEO).

Los desechos espaciales (también conocido como basura espacial , la contaminación del espacio , [1] residuos espacio , basura espacial , o basura espacial ) es objetos hechos por el hombre desaparecida en el espacio-principalmente en órbita de la Tierra -que ya no sirven a una función útil. Estos incluyen naves espaciales abandonadas (naves espaciales no funcionales y etapas de vehículos de lanzamiento abandonados), desechos relacionados con la misión, y particularmente numerosos en la órbita de la Tierra, restos de fragmentación de la ruptura de cuerpos de cohetes y naves espaciales abandonados. Además de los objetos abandonados construidos por humanos que quedan en órbita, otros ejemplos de desechos espaciales incluyen fragmentos de su desintegración, erosión y colisiones., o incluso manchas de pintura, líquidos solidificados expulsados ​​de naves espaciales y partículas no quemadas de motores de cohetes sólidos. Los desechos espaciales representan un riesgo para las naves espaciales. [2]

Los desechos espaciales suelen ser una externalidad negativa: crea un costo externo para otros a partir de la acción inicial para lanzar o utilizar una nave espacial en una órbita cercana a la Tierra, un costo que generalmente no se tiene en cuenta ni se explica por completo en el costo [3]. [4] por el lanzador o el propietario de la carga útil. [5] [1] [6] Algunos participantes de la industria espacial realizan la medición, mitigación y posible remoción de desechos . [7]

En octubre de 2019 , la Red de Vigilancia Espacial de EE. UU. Informó de casi 20.000 objetos artificiales en órbita sobre la Tierra, [8] incluidos 2.218 satélites operativos. [9] Sin embargo, estos son solo los objetos lo suficientemente grandes como para ser rastreados. En enero de 2019 , se estimó que estaban en órbita más de 128 millones de piezas de escombros de menos de 1 cm (0,4 pulgadas), alrededor de 900.000 piezas de escombros de 1 a 10 cm y alrededor de 34.000 piezas de más de 10 cm (3,9 pulgadas) en órbita. alrededor de la Tierra. [7] Cuando los objetos más pequeños de desechos espaciales creados por el hombre (manchas de pintura, partículas sólidas de escape de cohetes, etc.) se agrupan con micrometeoroides , las agencias espaciales a veces los denominan MMOD.(Micrometeoroide y desechos orbitales). Las colisiones con escombros se han convertido en un peligro para las naves espaciales; los objetos más pequeños causan daños similares al arenado , especialmente en paneles solares y ópticas como telescopios o rastreadores de estrellas que no pueden protegerse fácilmente con un escudo balístico . [10]

Por debajo de los 2000 km (1200 millas) de altitud de la Tierra , los fragmentos de escombros son más densos que los meteoroides ; la mayoría son polvo de motores de cohetes sólidos, escombros de erosión de la superficie como escamas de pintura y refrigerante congelado de RORSAT (satélites de propulsión nuclear). [ cita requerida ] A modo de comparación, la Estación Espacial Internacional orbita en el rango de 300 a 400 kilómetros (190 a 250 millas), mientras que los dos eventos de escombros grandes más recientes, la prueba de armas antisatl de China en 2007 y la colisión de satélites en 2009, ocurrieron a 800 a 900 kilómetros (500 a 560 millas) de altitud. [11] La ISS tiene blindaje Whipple.para resistir el daño de un MMOD pequeño; sin embargo, los escombros conocidos con una probabilidad de colisión superior a 1 / 10,000 se evitan maniobrando la estación.

Historia [ editar ]

Los desechos espaciales comenzaron a acumularse en la órbita terrestre inmediatamente con el primer lanzamiento de un satélite artificial en órbita en 1957. Después del lanzamiento del Sputnik 1 en 1957, el Comando de Defensa Aeroespacial de América del Norte (NORAD) comenzó a compilar una base de datos (el Catálogo de objetos espaciales ) de todos los lanzamientos de cohetes conocidos y los objetos que alcanzan la órbita: satélites, escudos protectores y etapas superiores de los vehículos de lanzamiento . La NASA publicó más tarde [ ¿cuándo? ] versiones modificadas de la base de datos en un conjunto de elementos de dos líneas , [12] ya principios de la década de 1980 el sistema de tablones de anuncios CelesTraklos reeditó. [13]

Diagrama de Gabbard de casi 300 piezas de escombros de la desintegración de la tercera etapa de cinco meses de edad del refuerzo del 4 de marzo largo chino el 11 de marzo de 2000

Los rastreadores [ aclaración necesaria ] que alimentaron la base de datos estaban al tanto de otros objetos en órbita, muchos de los cuales eran el resultado de explosiones en órbita. [14] Algunos fueron causados ​​deliberadamente durante las pruebas de armas antisatélite (ASAT) de la década de 1960 , y otros fueron el resultado de etapas de cohetes que explotaron en órbita cuando el propulsor sobrante se expandió y rompió sus tanques. Para mejorar el seguimiento, el empleado de NORAD John Gabbard [se necesita aclaración ] mantuvo una base de datos separada. Al estudiar las explosiones, Gabbard desarrolló [ ¿cuándo? ]una técnica para predecir las trayectorias orbitales de sus productos, y los diagramas (o gráficos) de Gabbard ahora se utilizan ampliamente. Estos estudios se utilizaron para mejorar el modelado de la evolución y la desintegración orbital. [15]

Cuando la base de datos NORAD estuvo disponible públicamente durante la década de 1970, las técnicas [ aclaraciones necesarias ] desarrolladas para el cinturón de asteroides se aplicaron al estudio [¿ por quién? ] a la base de datos de objetos terrestres satelitales artificiales conocidos. [ cita requerida ]

Las cámaras Baker-Nunn se utilizaron ampliamente para estudiar los desechos espaciales.

Además de los enfoques para la reducción de los desechos donde el tiempo y la gravedad naturales / efectos atmosférica ayuda a los desechos espaciales clara, o una variedad de enfoques tecnológicos que se han propuesto (con la mayoría no implementado) para reducir los desechos espaciales, varios estudiosos han observado que institucional factoresLas "reglas del juego" políticas, legales, económicas y culturales son el mayor impedimento para la limpieza del espacio cercano a la Tierra. Para 2014, había pocos incentivos comerciales para reducir los desechos espaciales, ya que el costo de lidiar con ellos no se asigna a la entidad que los produce, sino que recae en todos los usuarios del entorno espacial y depende de la sociedad humana en su conjunto que se beneficia. de las tecnologías y los conocimientos espaciales. Se han formulado varias sugerencias para mejorar las instituciones a fin de aumentar los incentivos para reducir los desechos espaciales. Estos incluyen mandatos gubernamentales para crear incentivos, así como empresas que ven un beneficio económico al reducir los escombros de manera más agresiva que las prácticas estándar gubernamentales existentes. [16] En 1979, la NASAfundó el Programa de Desechos Orbitales para investigar las medidas de mitigación de los desechos espaciales en la órbita de la Tierra. [17] [ verificación fallida ]

Crecimiento de escombros [ editar ]

Durante la década de 1980, la NASA y otros grupos estadounidenses intentaron limitar el crecimiento de escombros. McDonnell Douglas implementó una solución de prueba para el vehículo de lanzamiento Delta, [ ¿cuándo? ] haciendo que el propulsor se aleje de su carga útil y ventile cualquier propelente que quede en sus tanques. Esto eliminó una fuente de acumulación de presión en los tanques que anteriormente los había hecho explotar y crear desechos orbitales adicionales. [18] Otros países tardaron más en adoptar esta medida y, especialmente debido a una serie de lanzamientos de la Unión Soviética , el problema creció a lo largo de la década. [19]

Siguió una nueva batería de estudios [ ¿cuándo? ] mientras la NASA, NORAD y otros intentaron comprender mejor el entorno orbital, cada uno ajustando el número de piezas de escombros en la zona de masa crítica hacia arriba. Aunque en 1981 (cuando se publicó el artículo de Schefter) el número de objetos se estimó en 5.000, [14] nuevos detectores en el sistema de vigilancia electroóptica del espacio profundo en tierra encontraron nuevos objetos. A finales de la década de 1990, se pensaba que la mayoría de los 28.000 objetos lanzados ya se habían descompuesto y unos 8.500 permanecían en órbita. [20] Para 2005 esto se ajustó al alza a 13.000 objetos, [21] y un estudio de 2006 aumentó el número a 19.000 como resultado de un ASATprueba y colisión de un satélite. [22] En 2011, la NASA dijo que se estaban rastreando 22.000 objetos. [23]

Un modelo de la NASA de 2006 sugirió que si no se realizaban nuevos lanzamientos, el medio ambiente retendría la población entonces conocida hasta aproximadamente el 2055, cuando aumentaría por sí solo. [24] [25] Richard Crowther de la Agencia de Investigación y Evaluación de la Defensa de Gran Bretaña dijo en 2002 que creía que la cascada comenzaría alrededor de 2015. [26] La Academia Nacional de Ciencias, resumiendo la visión profesional, señaló un acuerdo generalizado de que dos bandas de LEO el espacio, de 900 a 1000 km (620 mi) y de 1500 km (930 mi), ya había pasado la densidad crítica. [27]

En la Conferencia Europea del Aire y el Espacio de 2009, el investigador de la Universidad de Southampton , Hugh Lewis, predijo que la amenaza de los desechos espaciales aumentaría un 50 por ciento en la próxima década y se cuadruplicaría en los próximos 50 años. A partir de 2009 , se rastrearon semanalmente más de 13.000 llamadas cercanas. [28]

Un informe de 2011 del Consejo Nacional de Investigación de EE. UU. Advirtió a la NASA que la cantidad de desechos espaciales en órbita estaba en un nivel crítico. Según algunos modelos informáticos, la cantidad de desechos espaciales "ha alcanzado un punto de inflexión, con suficientes actualmente en órbita para colisionar continuamente y crear aún más desechos, lo que aumenta el riesgo de fallas de las naves espaciales". El informe pidió regulaciones internacionales que limiten los escombros y la investigación de métodos de eliminación. [29]

Objetos en órbita terrestre, incluidos restos de fragmentación. Noviembre de 2020 NASA: ODPO

Historia de los escombros en años particulares [ editar ]

  • En 2009 , se rastrearon 19.000 escombros de más de 5 cm (2 pulgadas). [¿ por quién? ] [11]
  • En julio de 2013 , las estimaciones de más de 170 millones de escombros de menos de 1 cm (0,4 pulgadas), alrededor de 670.000 escombros de 1 a 10 cm y aproximadamente 29.000 piezas más grandes de escombros están en órbita. [30]
  • En julio de 2016 , cerca de 18.000 objetos artificiales orbitan sobre la Tierra, [31] incluidos 1.419 satélites operativos. [32]
  • A octubre de 2019 , casi 20.000 objetos artificiales en órbita sobre la Tierra, [8] incluidos 2.218 satélites operativos. [9]

Caracterización [ editar ]

Tamaño [ editar ]

Se estima que hay más de 128 millones de piezas de escombros de menos de 1 cm (0,39 pulgadas) en enero de 2019. Hay aproximadamente 900.000 piezas de uno a diez cm. El recuento actual de desechos grandes (definido como de 10 cm de ancho o más [33] ) es 34.000. [7] El límite de medición técnica [ aclaración necesaria ] es c. 3 mm (0,12 pulg.). [34] Más del 98 por ciento de las 1.900 toneladas de escombros en órbita terrestre baja a partir de 2002 fueron contabilizadas por aproximadamente 1.500 objetos, cada uno de más de 100 kg (220 lb). [35] La masa total es mayormente constante [ cita requerida ]a pesar de la adición de muchos objetos más pequeños, ya que vuelven a entrar en la atmósfera antes. En 2008 se identificaron "9.000 piezas de basura en órbita", con una masa estimada de 5.500 t (12.100.000 libras). [36]

Órbita terrestre baja [ editar ]

Desechos espaciales en LEO, con tamaños exagerados

En las órbitas más cercanas a la Tierra (menos de 2000 km (1200 mi) de altitud orbital , conocida como órbita terrestre baja (LEO), tradicionalmente ha habido pocas "órbitas universales" que mantienen varias naves espaciales en anillos particulares (en contraste a GEO , una sola órbita que es ampliamente utilizada por más de 500 satélites ). Esto está comenzando a cambiar en 2019, y varias empresas han comenzado a implementar las primeras fases de las constelaciones de Internet por satélite , que tendrán muchas órbitas universales en LEO con 30 a 50 satélites por plano orbital y altitud. Tradicionalmente, las órbitas LEO más pobladas han sido una serie de satélites sincrónicos con el sol que mantienen un ángulo constante entre el Sol y el plano orbital., lo que facilita la observación de la Tierra con un ángulo solar y una iluminación uniformes. Las órbitas sincronizadas con el sol son polares , lo que significa que cruzan las regiones polares. Los satélites LEO orbitan en muchos planos, típicamente hasta 15 veces al día, provocando acercamientos frecuentes entre objetos. La densidad de satélites, tanto activos como abandonados, es mucho mayor en LEO. [37]

Las órbitas se ven afectadas por perturbaciones gravitacionales (que en LEO incluyen la irregularidad del campo gravitacional de la Tierra debido a variaciones en la densidad del planeta) y las colisiones pueden ocurrir desde cualquier dirección. Los impactos entre satélites en órbita pueden ocurrir a una velocidad de hasta 16 km / s para un impacto frontal teórico; la velocidad de cierre podría ser el doble de la velocidad orbital . La colisión del satélite de 2009 ocurrió a una velocidad de cierre de 11,7 km / s (26 000 mph), [38] creando más de 2000 grandes fragmentos de escombros. [39] Estos escombros cruzan muchas otras órbitas y aumentan el riesgo de colisión de escombros.

Se teoriza que una colisión suficientemente grande de naves espaciales podría potencialmente conducir a un efecto de cascada, o incluso hacer que algunas órbitas terrestres bajas en particular sean efectivamente inutilizables para su uso a largo plazo por satélites en órbita, un fenómeno conocido como síndrome de Kessler . [40] Se proyecta que el efecto teórico sea una reacción en cadena descontrolada teórica de colisiones que podrían ocurrir, aumentando exponencialmente el número y la densidad de los desechos espaciales en la órbita terrestre baja, y se ha planteado la hipótesis de que sobreviene más allá de cierta densidad crítica. [41]

Las misiones espaciales tripuladas se encuentran principalmente a 400 km (250 millas) de altitud y menos, donde la resistencia del aire ayuda a despejar zonas de fragmentos. La atmósfera superior no tiene una densidad fija a ninguna altitud orbital en particular; varía como resultado de las mareas atmosféricas y se expande o contrae durante períodos de tiempo más largos como resultado del clima espacial . [42] Estos efectos a largo plazo pueden aumentar la resistencia a altitudes más bajas; La expansión de la década de 1990 fue un factor en la reducción de la densidad de escombros. [43] Otro factor fue el menor número de lanzamientos por parte de Rusia; la Unión Soviética hizo la mayoría de sus lanzamientos en las décadas de 1970 y 1980. [44] : 7

Altitudes más altas [ editar ]

En altitudes más altas, donde la resistencia del aire es menos significativa, la desintegración orbital lleva más tiempo. El arrastre atmosférico leve , las perturbaciones lunares , las perturbaciones de la gravedad de la Tierra, el viento solar y la presión de la radiación solar pueden llevar gradualmente los escombros a altitudes más bajas (donde se descomponen), pero en altitudes muy altas esto puede llevar milenios. [45] Aunque las órbitas a gran altitud se utilizan con menos frecuencia que las LEO y el inicio del problema es más lento, los números avanzan hacia el umbral crítico más rápidamente. [ contradictorio ] [ página necesaria ] [46]

Muchos satélites de comunicaciones se encuentran en órbitas geoestacionarias (GEO), agrupados sobre objetivos específicos y compartiendo la misma ruta orbital. Aunque las velocidades son bajas entre los objetos GEO, cuando un satélite queda abandonado (como Telstar 401 ), asume una órbita geosincrónica ; su inclinación orbital aumenta aproximadamente .8 ° y su velocidad aumenta aproximadamente 160 km / h (99 mph) por año. La velocidad de impacto alcanza un máximo de aproximadamente 1,5 km / s (0,93 mi / s). Las perturbaciones orbitales provocan la deriva de la longitud de la nave espacial inoperable y la precesión del plano orbital. Las aproximaciones cercanas (dentro de los 50 metros) se estiman en una por año. [47]Los escombros de la colisión presentan un riesgo a corto plazo menor que el de una colisión LEO, pero es probable que el satélite se vuelva inoperable. Los objetos grandes, como los satélites de energía solar , son especialmente vulnerables a las colisiones. [48]

Aunque la UIT ahora requiere pruebas de que un satélite se puede mover fuera de su ranura orbital al final de su vida útil, los estudios sugieren que esto es insuficiente. [49] Dado que la órbita de GEO es demasiado distante para medir con precisión objetos por debajo de 1 m (3 pies 3 pulgadas), la naturaleza del problema no se conoce bien. [50] Los satélites podrían moverse a lugares vacíos en GEO, requiriendo menos maniobras y haciendo más fácil predecir el movimiento futuro. [51] Los satélites o impulsores en otras órbitas, especialmente varados en la órbita de transferencia geoestacionaria , son una preocupación adicional debido a su velocidad de cruce típicamente alta.

A pesar de los esfuerzos por reducir el riesgo, se han producido colisiones de naves espaciales. El satélite de telecomunicaciones Olympus-1 de la Agencia Espacial Europea fue alcanzado por un meteoroide el 11 de agosto de 1993 y finalmente se trasladó a una órbita cementerio . [52] El 29 de marzo de 2006, el satélite de comunicaciones Russian Express-AM11 fue alcanzado por un objeto desconocido y quedó inoperativo; [53] sus ingenieros tuvieron suficiente tiempo de contacto con el satélite para enviarlo a una órbita cementerio.

Fuentes [ editar ]

Nave espacial muerta [ editar ]

Ver también: Kosmos 954 , Kosmos 1402 y satélites abandonados que orbitan la Tierra
Se espera que Vanguard 1 permanezca en órbita durante 240 años. [54] [55]

En 1958, Estados Unidos lanzó Vanguard I a una órbita terrestre media (MEO). En octubre de 2009 , él, y la etapa superior de su cohete de lanzamiento, son los objetos espaciales creados por humanos más antiguos que aún se encuentran en órbita. [56] [57] En un catálogo de lanzamientos conocidos hasta julio de 2009, la Unión de Científicos Preocupados enumeró 902 satélites operativos [58] de una población conocida de 19.000 objetos grandes y unos 30.000 objetos lanzados. [ cita requerida ]

Un ejemplo de restos de satélites abandonados adicionales son los restos del programa de satélites de vigilancia naval RORSAT soviético de los años setenta y ochenta . Los reactores nucleares BES-5 de los satélites se enfriaron con un circuito refrigerante de aleación de sodio y potasio , creando un problema potencial cuando el satélite llegó al final de su vida útil. Si bien muchos satélites fueron impulsados ​​nominalmente a órbitas de cementerio de altitud media , no todos lo fueron. Incluso los satélites que se habían movido correctamente a una órbita más alta tenían una probabilidad del ocho por ciento de perforaciones y liberación de refrigerante durante un período de 50 años. El refrigerante se congela en gotitas de aleación sólida de sodio y potasio, [59] formando desechos adicionales. [60]

Estos eventos continúan ocurriendo. Por ejemplo, en febrero de 2015, el Vuelo 13 del Programa de Satélites Meteorológicos de Defensa de la USAF (DMSP-F13) explotó en órbita, creando al menos 149 objetos de escombros, que se esperaba que permanecieran en órbita durante décadas. [61]

Los satélites en órbita han sido deliberadamente destruidos . Estados Unidos y URSS / Rusia han realizado más de 30 y 27 pruebas ASAT, [ aclaración necesaria ] respectivamente, seguidas de 10 de China y una de India . [ cita requerida ] Los ASAT más recientes fueron la interceptación china del FY-1C , los ensayos del ruso PL-19 Nudol , la interceptación estadounidense de USA-193 y la interceptación india de un satélite en vivo no declarado . [ cita requerida ]

Equipo perdido [ editar ]

Una manta térmica a la deriva fotografiada en 1998 durante STS-88 .

Los desechos espaciales incluyen un guante perdido por el astronauta Ed White en la primera caminata espacial estadounidense (EVA), una cámara perdida por Michael Collins cerca de Gemini 10 , una manta térmica perdida durante STS-88 , bolsas de basura desechadas por cosmonautas soviéticos durante la Mir . 15 años de vida, [56] una llave inglesa y un cepillo de dientes. [62] Sunita Williams de STS-116 perdió una cámara durante un EVA. Durante un STS-120 EVA para reforzar un panel solar roto, se perdieron un par de alicates, y en un STS-126 EVA, Heidemarie Stefanyshyn-Piperperdió una bolsa de herramientas del tamaño de un maletín. [63]

Impulsores [ editar ]

Etapa superior gastada de un cohete Delta II , fotografiado por el satélite XSS 10

Al caracterizar el problema de los desechos espaciales, se supo que muchos desechos se debían a las etapas superiores de los cohetes (por ejemplo, la etapa superior inercial ) que terminan en órbita y se rompen debido a la descomposición del combustible no quemado no ventilado . [64] Sin embargo, un importante evento de impacto conocido involucró un refuerzo de Ariane (intacto) . [44] : 2 Aunque la NASA y la Fuerza Aérea de los Estados Unidos ahora requieren pasivación en la etapa superior, otros lanzadores [ vagos ] no lo hacen. Bajar etapas, como el del transbordador espacial de cohetes de combustible sólido o programa Apollo 's Saturno IB vehículos de lanzamiento, no llegue a la órbita. [sesenta y cinco]

El 11 de marzo de 2000, una etapa superior de China Long March 4 CBERS-1 explotó en órbita, creando una nube de escombros. [66] [67] Una etapa de refuerzo rusa Briz-M explotó en órbita sobre Australia Meridional el 19 de febrero de 2007. Lanzada el 28 de febrero de 2006 con un satélite de comunicaciones Arabsat-4A , no funcionó antes de que pudiera agotar su propulsor. Aunque los astrónomos capturaron la explosión en una película, debido a la trayectoria de la órbita, la nube de escombros ha sido difícil de medir con un radar. Para el 21 de febrero de 2007, se identificaron más de 1.000 fragmentos. [68] [69] Celestrak registró una ruptura el 14 de febrero de 2007. [70]Ocho rupturas ocurrieron en 2006, la mayoría desde 1993. [71] Otro Briz-M se rompió el 16 de octubre de 2012 después de un lanzamiento fallido de Proton-M el 6 de agosto . Se desconocía la cantidad y el tamaño de los escombros. [72] Un cohete propulsor del 7 de marzo largo creó una bola de fuego visible desde partes de Utah, Nevada, Colorado, Idaho y California en la noche del 27 de julio de 2016; su desintegración fue ampliamente informada en las redes sociales. [73] En 2018-2019, tres segundas etapas diferentes del Atlas V Centaur se han roto. [74] [75] [76]

Órbita de 2020 SO

En diciembre de 2020, los científicos confirmaron que un objeto cercano a la Tierra previamente detectado, 2020 SO , es un cohete espacial lanzado en 1966 en órbita alrededor de la Tierra y el Sol. [77]

Armas [ editar ]

Una fuente de escombros pasada fue la prueba de armas antisatélite (ASAT) por parte de Estados Unidos y la Unión Soviética durante las décadas de 1960 y 1970. Los archivos del Comando de Defensa Aeroespacial de América del Norte (NORAD) solo contenían datos para las pruebas soviéticas, y los restos de las pruebas estadounidenses solo se identificaron más tarde. [78] Para cuando se entendió el problema de los escombros, las pruebas de ASAT generalizadas habían terminado; el Programa 437 de los Estados Unidos se cerró en 1975. [79]

Estados Unidos reinició sus programas ASAT en la década de 1980 con el Vought ASM-135 ASAT . Una prueba de 1985 destruyó un satélite de 1 tonelada (2200 lb) que orbitaba a 525 km (326 millas), creando miles de escombros de más de 1 cm (0,39 pulgadas). Debido a la altitud, la resistencia atmosférica decayó la órbita de la mayoría de los escombros en una década. Una moratoria de facto siguió a la prueba. [80]

Aviones orbitales conocidos de escombros Fengyun -1C un mes después de la desintegración del satélite meteorológico por el ASAT chino

El gobierno de China fue condenado por las implicaciones militares y la cantidad de escombros de la prueba de misiles antisatélite de 2007 , [81] el mayor incidente de escombros espaciales en la historia (que generó más de 2,300 piezas del tamaño de una pelota de golf o más grandes, más de 35,000 1 cm ( 0,4 pulg.) O más y un millón de piezas de 1 mm (0,04 pulg.) O más). El satélite objetivo orbitaba entre 850 km (530 millas) y 882 km (548 millas), la porción del espacio cercano a la Tierra más densamente poblada por satélites. [82] Dado que la resistencia atmosférica es baja a esa altitud, los escombros tardan en regresar a la Tierra, y en junio de 2007 la nave espacial Terra de la NASA maniobró para evitar el impacto de los escombros. [83]El Dr. Brian Weeden, oficial de la Fuerza Aérea de los EE. UU. Y miembro del personal de la Fundación Mundo Seguro, señaló que la explosión del satélite chino en 2007 creó una ruina orbital de más de 3.000 objetos separados que luego requirieron seguimiento. [84] El 20 de febrero de 2008, Estados Unidos lanzó un misil SM-3 desde el USS Lake Erie para destruir un satélite espía estadounidense defectuoso que se cree que transportaba 450 kg (1,000 lb) de propelente de hidracina tóxico . El evento ocurrió a unos 250 km (155 millas) y los escombros resultantes tienen un perigeo de 250 km (155 millas) o menos. [85]El misil tenía como objetivo minimizar la cantidad de escombros, que (según el jefe del Comando Estratégico del Pentágono, Kevin Chilton) se había deteriorado a principios de 2009. [86] El 27 de marzo de 2019, el primer ministro indio Narendra Modi anunció que India derribó uno de los suyos. Satélites LEO con un misil terrestre. Afirmó que la operación, que forma parte de la Misión Shakti , defenderá los intereses del país en el espacio. Posteriormente, el Comando Espacial de la Fuerza Aérea de los EE. UU. Anunció que estaban rastreando 270 nuevos escombros, pero esperaba que el número aumentara a medida que continúa la recopilación de datos. [87]

La vulnerabilidad de los satélites a los escombros y la posibilidad de atacar satélites LEO para crear nubes de escombros ha provocado la especulación de que es posible que los países que no puedan realizar un ataque de precisión. [ aclaración necesaria ] Un ataque a un satélite de 10 t (22.000 libras) o más dañaría gravemente el entorno LEO. [80]

Peligros [ editar ]

Un micrometeoroide dejó este cráter en la superficie de la ventana frontal del transbordador espacial Challenger en STS-7 .

A la nave espacial [ editar ]

La basura espacial puede ser un peligro para los satélites activos y las naves espaciales. Se ha teorizado que la órbita terrestre podría incluso volverse intransitable si el riesgo de colisión aumenta demasiado. [88] [ verificación fallida ]

Sin embargo, dado que el riesgo para las naves espaciales aumenta con el tiempo de exposición a altas densidades de desechos, es más exacto decir que las naves en órbita inutilizarían LEO . La amenaza para las naves que atraviesan LEO para alcanzar una órbita más alta sería mucho menor debido al breve lapso de tiempo del cruce.

Nave espacial sin tripulación [ editar ]

Aunque las naves espaciales suelen estar protegidas por escudos Whipple , los paneles solares, que están expuestos al sol, se desgastan por impactos de poca masa. Incluso los pequeños impactos pueden producir una nube de plasma que es un riesgo eléctrico para los paneles. [89]

Se cree que los satélites fueron destruidos por micrometeoritos y desechos orbitales (pequeños) (MMOD). La primera pérdida sospechada fue la de Kosmos 1275, que desapareció el 24 de julio de 1981 (un mes después del lanzamiento). Kosmos no contenía propelente volátil, por lo tanto, no parecía haber nada interno al satélite que pudiera haber causado la explosión destructiva que tuvo lugar. Sin embargo, el caso no ha sido probado y otra hipótesis adelantada es que la batería explotó. El seguimiento mostró que se rompió en 300 nuevos objetos. [90]

Desde entonces se han confirmado muchos impactos. Por ejemplo, el 24 de julio de 1996, el microsatélite francés Cerise fue alcanzado por fragmentos de un propulsor de etapa superior Ariane-1 H-10 que explotó en noviembre de 1986. [44] : 2 El 29 de marzo de 2006, el satélite de comunicaciones ruso Ekspress AM11 fue golpeado por un objeto desconocido y quedó inoperable. [53] El 13 de octubre de 2009, Terra sufrió una anomalía de falla en una sola celda de batería y una anomalía en el control del calentador de batería que posteriormente se consideró probable como resultado de un golpe de MMOD. [91] El 12 de marzo de 2010, Aura perdió la energía de la mitad de uno de sus 11 paneles solares y esto también se atribuyó a una huelga de MMOD.[92] El 22 de mayo de 2013, el GOES-13 fue alcanzado por un MMOD que hizo que perdiera el rastro de las estrellas que utilizaba para mantener una actitud operativa. La nave tardó casi un mes en volver a funcionar. [93]

La primera gran colisión de satélites ocurrió el 10 de febrero de 2009. El satélite abandonado de 950 kg (2090 lb) Kosmos 2251 y el operativo Iridium 33 de 560 kg (1230 lb) chocaron, 500 millas (800 km) [94] sobre el norte de Siberia. La velocidad relativa del impacto fue de aproximadamente 11,7 km / s (7,3 mi / s), o aproximadamente 42.120 km / h (26.170 mph). [95] Ambos satélites fueron destruidos, creando miles de nuevos fragmentos de escombros más pequeños, con problemas de responsabilidad legal y política sin resolver incluso años después. [96] [97] [98] El 22 de enero de 2013, BLITS (un satélite ruso de alcance láser) fue alcanzado por escombros que se sospechaba2007 Prueba china de misiles antisatélites , cambiando tanto su órbita como su velocidad de rotación. [99]

Los satélites a veces [se necesita aclaración ] realizan maniobras para evitar colisiones y los operadores de satélites pueden monitorear los desechos espaciales como parte de la planificación de la maniobra. Por ejemplo, en enero de 2017, la Agencia Espacial Europea tomó la decisión de órbita altar de uno de sus tres [100] Swarm nave espacial misión, basado en datos de los EE.UU. Centro de Operaciones del espacio articular , para disminuir el riesgo de colisión del Cosmos-375 , un satélite ruso abandonado. [101]

Nave espacial tripulada [ editar ]

Los vuelos con tripulación son naturalmente particularmente sensibles a los peligros que podrían presentar las conjunciones de desechos espaciales en la trayectoria orbital de la nave espacial. En las misiones del transbordador espacial, la estación espacial MIR y la estación espacial internacional se han producido ejemplos de maniobras de evasión ocasionales o desgaste de desechos espaciales a más largo plazo.

Misiones del transbordador espacial [ editar ]
El ala inferior de estribor del transbordador espacial Discovery y los mosaicos del sistema de protección térmica, fotografiados en STS-114 durante una maniobra de inclinación de la barra R donde los astronautas examinan el TPS en busca de daños durante el ascenso

Desde las primeras misiones del Transbordador Espacial , la NASA utilizó las capacidades de monitoreo espacial NORAD para evaluar la trayectoria orbital del Transbordador en busca de escombros. En la década de 1980, esto utilizó una gran proporción de la capacidad NORAD. [18] La primera maniobra para evitar colisiones ocurrió durante STS-48 en septiembre de 1991, [102] una combustión del propulsor de siete segundos para evitar los escombros del satélite abandonado Kosmos 955 . [103] Se iniciaron maniobras similares en las misiones 53, 72 y 82. [102]

Uno de los primeros eventos en dar a conocer el problema de los escombros ocurrió en el segundo vuelo del transbordador espacial Challenger , STS-7 . Una mancha de pintura golpeó su ventana frontal, creando un hoyo de más de 1 mm (0,04 pulgadas) de ancho. En STS-59 en 1994, la ventana delantera del Endeavour estaba picada aproximadamente la mitad de su profundidad. Los impactos menores de escombros aumentaron desde 1998. [104]

Las roturas de las ventanas y los daños menores a las baldosas del sistema de protección térmica (TPS) ya eran comunes en la década de 1990. Posteriormente, el Shuttle voló con la cola primero para absorber una mayor proporción de la carga de escombros en los motores y el compartimento de carga trasero, que no se utilizan en órbita o durante el descenso y, por lo tanto, son menos críticos para la operación posterior al lanzamiento. Al volar adjunto a la ISS , las dos naves espaciales conectadas se voltearon para que la estación mejor blindada protegiera al orbitador. [105]

El transbordador espacial Endeavour tuvo un gran impacto en su radiador durante STS-118 . El orificio de entrada mide aproximadamente 5,5 mm (0,22 pulg.) Y el orificio de salida es el doble de grande.

Un estudio de la NASA en 2005 concluyó que los escombros representaban aproximadamente la mitad del riesgo general para el transbordador. [105] [106] Se requería una decisión de nivel ejecutivo para continuar si el impacto catastrófico era más probable que 1 en 200. En una misión normal (en órbita baja) a la ISS, el riesgo era de aproximadamente 1 en 300, pero la misión de reparación del telescopio Hubble fue volado a la altitud orbital más alta de 560 km (350 millas) donde el riesgo se calculó inicialmente en 1 en 185 (debido en parte a la colisión de satélites de 2009 ). Un nuevo análisis con mejores números de escombros redujo el riesgo estimado a 1 en 221, y la misión siguió adelante. [107]

Los incidentes de escombros continuaron en misiones posteriores del transbordador. Durante la misión STS-115 en 2006 un fragmento de placa de circuito aburre un pequeño agujero a través de los paneles del radiador en Atlantis ' bodega de carga s. [108] En la misión STS-118 en 2007 restos desperdiciaron una bala-como agujero a través de Endeavour ' s panel de radiador. [109]

Mir [ editar ]

El desgaste por impacto fue notable en Mir , la estación espacial soviética, ya que permaneció en el espacio durante largos períodos con sus paneles de módulos solares originales. [110] [111]

Los impactos de escombros en los paneles solares de Mir degradaron su desempeño. El daño es más notable en el panel de la derecha, que mira hacia la cámara con un alto grado de contraste. El daño extenso al panel más pequeño de abajo se debe al impacto con una nave espacial Progress.
Estación espacial internacional [ editar ]

La ISS también usa blindaje Whipple para proteger su interior de escombros menores. [112] Sin embargo, las partes exteriores (en particular sus paneles solares ) no se pueden proteger fácilmente. En 1989, se predijo que los paneles de la ISS se degradarían aproximadamente un 0,23% en cuatro años debido al efecto de "chorro de arena" de los impactos con pequeños desechos orbitales. [113] Por lo general, se realiza una maniobra de evasión para la ISS si "hay una probabilidad mayor de una en 10,000 de un impacto de escombros". [114] Hasta enero de 2014 , se habían realizado dieciséis maniobras en los quince años que la ISS había estado en órbita. [114]

Como otro método para reducir el riesgo para los humanos a bordo, la gerencia operativa de la ISS pidió a la tripulación que se refugiara en la Soyuz en tres ocasiones debido a las advertencias tardías de proximidad de escombros. Además de los dieciséis disparos de propulsores y tres órdenes de refugio de cápsulas Soyuz, un intento de maniobra no se completó debido a que no se tenía la advertencia de varios días necesaria para cargar la línea de tiempo de la maniobra en la computadora de la estación. [114] [115] [116] Un evento de marzo de 2009 involucró escombros que se cree que son una pieza de 10 cm (3,9 pulgadas) del satélite Kosmos 1275. [117] En 2013, la dirección de operaciones de la ISS no realizó ninguna maniobra para evitar los escombros, luego de realizar un récord de cuatro maniobras de escombros el año anterior. [114]

Síndrome de Kessler [ editar ]

Artículo principal: síndrome de Kessler

El síndrome de Kessler, [118] [119] propuesto por el científico de la NASA Donald J. Kessler en 1978, es un escenario teórico en el que la densidad de objetos en órbita terrestre baja (LEO) es lo suficientemente alta como para que las colisiones entre objetos puedan causar un efecto de cascada. donde cada colisión genera desechos espaciales que aumentan la probabilidad de más colisiones. [120] Teorizó además que una implicación si esto ocurriera es que la distribución de desechos en órbita podría hacer que las actividades espaciales y el uso de satélites en rangos orbitales específicos sean económicamente imprácticos para muchas generaciones. [120]

El aumento en el número de objetos como resultado de los estudios de finales de la década de 1990 provocó un debate en la comunidad espacial sobre la naturaleza del problema y las graves advertencias anteriores. Según la derivación de Kessler de 1991 y las actualizaciones de 2001, [121] el entorno LEO en el rango de altitud de 1.000 km (620 mi) debería estar en cascada. Sin embargo, solo ha ocurrido un incidente importante de colisión de satélites: la colisión de satélites de 2009 entre Iridium 33 y Cosmos 2251. La falta de una obvia cascada a corto plazo ha llevado a la especulación de que las estimaciones originales exageraron el problema. [122] [Se necesita cita completa ] Según Kessler en 2010, sin embargo, una cascada puede no ser obvia hasta que esté bien avanzada, lo que podría llevar años. [123]

En la Tierra [ editar ]

Funcionarios sauditas inspeccionan un módulo PAM-D accidentado en enero de 2001.

Aunque la mayoría de los escombros se queman en la atmósfera, los objetos de escombros más grandes pueden llegar intactos al suelo. Según la NASA, un promedio de una pieza de escombros catalogada ha caído a la Tierra cada día durante los últimos 50 años. A pesar de su tamaño, no ha habido daños materiales significativos a causa de los escombros. [124]

Ejemplos notables de basura espacial que cae a la Tierra e impacta la vida humana incluyen:

  • 1969: cinco marineros de un barco japonés resultaron heridos cuando los desechos espaciales de lo que se creía que era una nave espacial soviética golpearon la cubierta de su barco. [125]
  • 1978 El satélite de reconocimiento soviético Kosmos 954 volvió a entrar en la atmósfera sobre el noroeste de Canadá y esparció escombros radiactivos sobre el norte de Canadá, algunos de los escombros que aterrizaron en el Gran Lago de los Esclavos. [125]
  • 1979 partes de Skylab cayeron sobre Australia, y varias piezas aterrizaron en el área alrededor de la Comarca de Esperance, que multó a la NASA con $ 400 por tirar basura. [125]
  • 1987 una tira de metal de 7 pies del cohete soviético Kosmos 1890 aterrizó entre dos casas en Lakeport, California, sin causar daños;
  • 1997: una mujer de Oklahoma, Lottie Williams, fue golpeada, sin lesiones en el hombro, por una pieza de 10 cm × 13 cm (3,9 pulgadas × 5,1 pulgadas) de material metálico tejido ennegrecido, confirmado como parte del tanque de propulsor de un cohete Delta II. que lanzó un satélite de la Fuerza Aérea de EE. UU. el año anterior. [126] [127]
  • 2001: la etapa superior de un cohete del módulo de asistencia de carga útil Star 48 (PAM-D) volvió a entrar en la atmósfera después de una "desintegración orbital catastrófica", [128] estrellándose en el desierto de Arabia Saudita. Fue identificado como el cohete de la etapa superior de NAVSTAR 32 , un satélite GPS lanzado en 1993. [ cita requerida ]
  • 2002: Wu Jie, un niño de 6 años, se convirtió en la primera persona en resultar herida por el impacto directo de los desechos espaciales. Sufrió una fractura en un dedo del pie y una hinchazón en la frente después de que un bloque de aluminio de 80 centímetros por 50 centímetros y un peso de 10 kilogramos de la capa más externa del Segundo Satélite de Recursos lo golpeara mientras estaba sentado debajo de un árbol de caqui en la provincia de Shaanxi en China. . [129]
  • 2003: desastre de Columbia , gran parte de la nave espacial llegó al suelo y los sistemas de equipos completos permanecieron intactos. [130] Más de 83.000 piezas, junto con los restos de los seis astronautas, fueron recuperadas en un área de tres a 10 millas alrededor de Hemphill en el condado de Sabine, Texas. [131] Se encontraron más piezas en una línea desde el oeste de Texas hasta el este de Louisiana, con la pieza más occidental encontrada en Littlefield, TX y la más oriental encontrada al suroeste de Mora, Louisiana. [132] Se encontraron escombros en Texas, Arkansas y Louisiana. En un caso poco común de daños a la propiedad, un soporte de metal de un pie de largo atravesó el techo de la oficina de un dentista. [133]La NASA advirtió al público que evite el contacto con los escombros debido a la posible presencia de químicos peligrosos. [134] 15 años después de la falla, la gente seguía enviando pedazos con el más reciente, a febrero de 2018, encontrado en la primavera de 2017. [135]
  • 2007: el piloto de un Airbus A340 de LAN Airlines que transportaba a 270 pasajeros mientras volaba sobre el Océano Pacífico entre Santiago y Auckland vio los escombros en el aire de un satélite espía ruso . Los escombros se reportaron a 9.3 kilómetros (5 millas náuticas) de la aeronave. [136]
  • 2020: La etapa de núcleo vacío de un cohete Long March-5B hizo un reingreso incontrolado, el objeto más grande en hacerlo desde la estación espacial Salyut-7 de 39 toneladas de la Unión Soviética en 1991, sobre África y el océano Atlántico y un 12- Una tubería de un metro de largo procedente del cohete se estrelló contra el pueblo de Mahounou en Costa de Marfil. [137]
  • 2021: una segunda etapa del Falcon 9 hizo un reingreso incontrolado sobre el estado de Washington el 25 de marzo, produciendo un "espectáculo de luces" ampliamente visto. [138] Un recipiente a presión envuelto en material compuesto sobrevivió al reingreso y aterrizó en un campo agrícola. [139]

Seguimiento y medición [ editar ]

Ver también: seguimiento por satélite

Seguimiento desde el suelo [ editar ]

Los detectores de radar y ópticos como el lidar son las principales herramientas para rastrear los desechos espaciales. Aunque los objetos de menos de 10 cm (4 pulgadas) tienen una estabilidad orbital reducida, se pueden rastrear detritos tan pequeños como 1 cm, [140] [141] sin embargo, determinar las órbitas para permitir la readquisición es difícil. La mayoría de los escombros pasan desapercibidos. El Observatorio Orbital de Escombros de la NASA rastreó los desechos espaciales con un telescopio de tránsito de espejo líquido de 3 m (10 pies) . [142] Las ondas de radio FM pueden detectar desechos después de reflejarse en un receptor. [143] El seguimiento óptico puede ser un útil sistema de alerta temprana en las naves espaciales. [144]

El Comando Estratégico de EE. UU. Mantiene un catálogo de objetos orbitales conocidos, utilizando radares y telescopios terrestres, y un telescopio espacial (originalmente para distinguir de los misiles hostiles). La edición de 2009 enumeró alrededor de 19.000 objetos. [145] Otros datos provienen del Telescopio de Desechos Espaciales de la ESA , TIRA , [146] los radares Goldstone , Haystack , [147] y EISCAT y el radar de matriz en fase Cobra Dane , [148] para ser utilizado en modelos ambientales de desechos como el Referencia del medio ambiente terrestre de meteoritos y desechos espaciales de la ESA (MASTER).

Medición en el espacio [ editar ]

La instalación de exposición de larga duración (LDEF) es una fuente importante de información sobre los desechos espaciales de partículas pequeñas.

El hardware espacial devuelto es una valiosa fuente de información sobre la distribución direccional y la composición del flujo de escombros (submilimétrico). El satélite LDEF desplegado por la misión STS-41-C Challenger y recuperado por STS-32 Columbia pasó 68 meses en órbita para recopilar datos de escombros. El satélite EURECA , desplegado por STS-46 Atlantis en 1992 y recuperado por STS-57 Endeavour en 1993, también se utilizó para el estudio de escombros. [149]

Los paneles solares del Hubble fueron devueltos por las misiones STS-61 Endeavour y STS-109 Columbia , y los cráteres de impacto estudiados por la ESA para validar sus modelos. También se estudiaron los materiales devueltos de Mir, en particular la Carga útil de efectos ambientales de Mir (que también probó materiales destinados a la ISS [150] ). [151] [152]

Diagramas de Gabbard [ editar ]

Una nube de escombros resultante de un solo evento se estudia con diagramas de dispersión conocidos como diagramas de Gabbard, donde se trazan el perigeo y el apogeo de los fragmentos con respecto a su período orbital . Se reconstruyen los diagramas de Gabbard de la nube de escombros temprana antes de los efectos de las perturbaciones, si los datos estaban disponibles. A menudo incluyen datos sobre fragmentos recién observados, aún sin catalogar. Los diagramas de Gabbard pueden proporcionar información importante sobre las características de la fragmentación, la dirección y el punto de impacto. [15] [153]

Lidiar con los escombros [ editar ]

Un promedio de aproximadamente un objeto rastreado por día ha estado saliendo de la órbita durante los últimos 50 años, [154] con un promedio de casi tres objetos por día al máximo solar (debido al calentamiento y expansión de la atmósfera de la Tierra), pero uno aproximadamente cada tres días al mínimo solar , generalmente cinco años y medio después. [154] Además de los efectos atmosféricos naturales, corporaciones, académicos y agencias gubernamentales han propuesto planes y tecnología para lidiar con los desechos espaciales, pero a noviembre de 2014 , la mayoría de ellos son teóricos y no existe un plan de negocios existente para la reducción de desechos. [dieciséis]

Varios estudiosos también han observado que los factores institucionales —las "reglas del juego" políticas, legales, económicas y culturales— son el mayor impedimento para la limpieza del espacio cercano a la Tierra. No existe ningún incentivo comercial, ya que los costos no se asignan a quienes contaminan , pero se han hecho varias sugerencias. [16] Sin embargo, los efectos hasta la fecha son limitados. En los Estados Unidos, los organismos gubernamentales han sido acusados ​​de retroceder en compromisos previos para limitar el crecimiento de escombros, "y mucho menos abordar los problemas más complejos de remover los escombros orbitales". [155] Los diferentes métodos para la remoción de desechos espaciales han sido evaluados por el Consejo Asesor de la Generación Espacial , incluido el astrofísico francés Fatoumata Kébé.. [156]

Mitigación del crecimiento [ editar ]

Ver también: Gestión del tráfico espacial
Densidad espacial de los desechos espaciales LEO por altitud, según un informe de la NASA de 2011 a la Oficina de Asuntos del Espacio Ultraterrestre de las Naciones Unidas [157]
Densidad espacial de los desechos espaciales por altitud según ESA MASTER-2001, sin desechos del ASAT chino y eventos de colisión de 2009

A partir de la década de 2010, por lo general se adoptan varios enfoques técnicos para mitigar el crecimiento de los desechos espaciales, pero no existe un régimen legal integral o una estructura de asignación de costos para reducir los desechos espaciales en la forma en que se ha reducido la contaminación terrestre desde mediados del siglo XX. siglo.

Para evitar la creación excesiva de desechos espaciales artificiales, muchos, pero no todos, los satélites lanzados a la órbita terrestre baja se lanzan inicialmente en órbitas elípticas con perigeos dentro de la atmósfera de la Tierra, por lo que la órbita se descompondrá rápidamente y los satélites luego se destruirán a sí mismos. reingreso a la atmósfera. Se utilizan otros métodos para naves espaciales en órbitas superiores. Estos incluyen pasivaciónde la nave espacial al final de su vida útil; así como el uso de etapas superiores que pueden volver a encenderse para desacelerar la etapa y desorbitarla intencionalmente, a menudo en la primera o segunda órbita después de la liberación de la carga útil; satélites que pueden, si permanecen sanos durante años, desorbitarse de las órbitas inferiores alrededor de la Tierra. Otros satélites (como muchos CubeSats) en órbitas bajas por debajo de aproximadamente 400 km (250 millas) de altitud orbital dependen de los efectos de absorción de energía de la atmósfera superior para desorbitar de manera confiable una nave espacial en semanas o meses.

Cada vez más, las etapas superiores gastadas en órbitas superiores (órbitas para las que no es posible o no se planifica la deorbita baja delta-v) y las arquitecturas que admiten la pasivación de satélites al final de la vida se pasivan al final de la vida. Esto elimina cualquier energía interna contenida en el vehículo al final de su misión o vida útil. Si bien esto no elimina los escombros de la etapa del cohete o del satélite ahora abandonado, sí reduce sustancialmente la probabilidad de que la nave espacial destruya y cree muchos pedazos más pequeños de escombros espaciales, un fenómeno que era común en muchas de las primeras generaciones de EE. UU. Y Nave espacial soviética [60] .

La pasivación de la etapa superior (por ejemplo, de los propulsores Delta [18] ) mediante la liberación de propulsores residuales reduce los desechos de las explosiones orbitales; sin embargo, incluso en 2011, no todas las etapas superiores implementan esta práctica. [158] SpaceX usó el término "pasivación propulsora" para la maniobra final de su misión de demostración de seis horas ( STP-2 ) de la segunda etapa del Falcon 9 para la Fuerza Aérea de los EE. UU. En 2019, pero no definió lo que abarcaba todo ese término. . [159]

Con una política de licencia de lanzamiento "uno arriba, uno abajo" para las órbitas terrestres, los lanzadores se encontrarían con, capturarían y desorbitarían un satélite abandonado desde aproximadamente el mismo plano orbital. [160] Otra posibilidad es el reabastecimiento robótico de satélites. La NASA ha realizado experimentos [161] y SpaceX está desarrollando tecnología de transferencia de propulsores en órbita a gran escala. [162]

Otro enfoque para la mitigación de escombros es diseñar explícitamente la arquitectura de la misión para dejar siempre la segunda etapa del cohete en una órbita geocéntrica elíptica con un perigeo bajo , asegurando así una rápida desintegración orbital y evitando los escombros orbitales a largo plazo de los cuerpos gastados del cohete. Tales misiones a menudo completarán la colocación de la carga útil en una órbita final mediante el uso de propulsión eléctrica de bajo empuje o con el uso de una pequeña etapa de retroceso para circularizar la órbita. La propia etapa de retroceso puede diseñarse con la capacidad de exceso de propulsor para poder desorbitarse por sí mismo. [163]

Auto-eliminación [ editar ]

Aunque la UIT requiere que los satélites geoestacionarios se muevan a una órbita de cementerio al final de su vida, las áreas orbitales seleccionadas no protegen suficientemente los carriles GEO de los escombros. [49] Las etapas de los cohetes (o satélites) con suficiente propulsor pueden hacer una desorbita directa y controlada, o si esto requiere demasiado propulsor, un satélite puede ser llevado a una órbita donde la resistencia atmosférica lo haría eventualmente desorbitar. . Esto se hizo con el satélite francés Spot-1 , reduciendo su tiempo de reingreso atmosférico de unos 200 años proyectados a unos 15 al reducir su altitud de 830 km (516 millas) a unos 550 km (342 millas). [164] [165]

La constelación Iridium —95 satélites de comunicaciones lanzados durante el período de cinco años entre 1997 y 2002— proporciona un conjunto de puntos de datos sobre los límites de la autoextracción. El operador de satélites, Iridium Communications, permaneció operativo (aunque con un cambio de nombre de la empresa debido a una quiebra corporativa durante el período) durante las dos décadas de vida útil de los satélites, y para diciembre de 2019, había "completado la eliminación del último de sus 65 satélites heredados ". [166]Sin embargo, este proceso dejó casi un tercio de la masa de esta constelación (30 satélites, 20,400 kg (45,000 lb) de material) en órbitas LEO a aproximadamente 700 km (430 millas) de altitud, donde la autodestrucción es bastante lenta. 29 de estos satélites simplemente fallaron durante su tiempo en órbita y, por lo tanto, no pudieron desorbitarse por sí mismos, mientras que uno, Iridium 33 , estuvo involucrado en la colisión del satélite de 2009 con el satélite militar ruso Kosmos-2251 abandonado . [166] No se diseñó ninguna disposición del "Plan B" para la eliminación de los satélites que no pudieron eliminarse por sí mismos. Sin embargo, en 2019, el director ejecutivo de Iridium, Matt Deschdijo que Iridium estaría dispuesta a pagar a una empresa de remoción de escombros activa para desorbitar sus satélites de primera generación restantes si fuera posible por un costo suficientemente bajo, digamos " US $ 10,000 por desorbitación, pero [él] reconoció que el precio probablemente sería muy por debajo de lo que una empresa de remoción de escombros podría ofrecer de manera realista. 'Sabes en qué punto [es] una obviedad, pero [yo] espero que el costo sea realmente de millones o decenas de millones, a cuyo precio sé que no 't tiene sentido ' " [166]

Se han propuesto métodos pasivos para aumentar la tasa de desintegración orbital de los desechos de las naves espaciales. En lugar de cohetes, se podría unir una correa electrodinámica a una nave espacial en el lanzamiento; al final de su vida útil, la correa se desenrollaría para ralentizar la nave espacial. [167] Otras propuestas incluyen una plataforma de refuerzo con un accesorio en forma de vela [168] y una envoltura de globo inflable grande y delgada. [169]

Eliminación externa [ editar ]

Se han propuesto, estudiado o construido subsistemas terrestres para utilizar otras naves espaciales para eliminar los desechos espaciales existentes. Un consenso de oradores en una reunión en Bruselas en octubre de 2012, organizada por la Secure World Foundation (un grupo de expertos estadounidense) y el Instituto Francés de Relaciones Internacionales, [170]informó que sería necesario retirar los desechos más grandes para evitar que el riesgo de que las naves espaciales se vuelva inaceptable en un futuro previsible (sin ninguna adición al inventario de naves espaciales muertas en LEO). Hasta la fecha, en 2019, los costos de eliminación y las cuestiones legales sobre la propiedad y la autoridad para eliminar satélites desaparecidos han obstaculizado la acción nacional o internacional. La ley espacial actual retiene la propiedad de todos los satélites con sus operadores originales, incluso los escombros o naves espaciales que están desaparecidos o amenazan misiones activas.

Además, a partir de 2006 , el costo de cualquiera de los enfoques propuestos para la remoción externa es aproximadamente el mismo que el lanzamiento de una nave espacial [ verificación fallida ] y, según Nicholas Johnson de la NASA, [ ¿cuándo? ] no rentable. [24] [ necesita actualización ]

Esto está comenzando a cambiar a fines de la década de 2010, ya que algunas empresas han hecho planes para comenzar a realizar una eliminación externa en sus satélites en órbitas LEO medias. Por ejemplo, OneWeb utilizará la extracción automática a bordo como "plan A" para la desactivación de órbita del satélite al final de su vida útil, pero si un satélite no puede eliminarse a sí mismo dentro de un año del final de su vida útil, OneWeb implementará el "plan B" y enviará un remolcador espacial reutilizable (misión de transporte múltiple) para conectar al satélite en un objetivo de captura ya incorporado a través de un dispositivo de agarre, para ser remolcado a una órbita más baja y liberado para el reingreso. [171] [172]

Vehículos controlados a distancia [ editar ]

Una solución bien estudiado utiliza un control remoto vehículo para encontrarse con, captura, y los residuos de retorno a una estación central. [173] Uno de esos sistemas es el Servicio de Infraestructura Espacial , un depósito de reabastecimiento de combustible y una nave espacial de servicio desarrollados comercialmente para satélites de comunicaciones en órbita geosincrónica programada originalmente para su lanzamiento en 2015. [174] El SIS podría "empujar satélites muertos a órbitas de cementerio". [175] La familia de etapas superiores de la etapa avanzada común evolucionada se está diseñando con un alto margen de propulsor sobrante (para captura y desorbitación abandonadas) y capacidad de reabastecimiento de combustible en el espacio para las altasSe requiere delta-v para desorbitar objetos pesados ​​de la órbita geosincrónica. [160] Se ha investigado un satélite similar a un remolcador para arrastrar los escombros a una altitud segura para que se quemen en la atmósfera. [176] Cuando se identifican los escombros, el satélite crea una diferencia de potencial entre los escombros y él mismo, luego usa sus propulsores para moverse a sí mismo y a los escombros a una órbita más segura.

Una variación de este enfoque es que el vehículo controlado a distancia se encuentre con los escombros, los capture temporalmente para conectar un satélite de desorbitación más pequeño y arrastre los escombros con una correa a la ubicación deseada. La "nave nodriza" luego remolcaría la combinación de escombros-smallsat para la entrada atmosférica o la movería a una órbita cementerio. Uno de esos sistemas es el Busek ORbital Debris Remover (ORDER) propuesto , que transportaría más de 40 satélites de órbita SUL (satélite en línea umbilical) y propulsor suficiente para su eliminación. [dieciséis]

Espacio limpio uno

El 7 de enero de 2010 Star, Inc. informó que recibió un contrato del Comando de Sistemas de Guerra Espacial y Naval para un estudio de viabilidad de la nave espacial sin propulsor ElectroDynamic Debris Eliminator (EDDE) para la remoción de desechos espaciales. [177] En febrero de 2012, el Centro Espacial Suizo de la École Polytechnique Fédérale de Lausanne anunció el proyecto Clean Space One, un proyecto de demostración de nanosatélites para hacer coincidir la órbita con un nanosatélite suizo desaparecido, capturarlo y desorbitar juntos. [178] La misión ha experimentado varias evoluciones para alcanzar un modelo de captura inspirado en pac-man. [179]En 2013, se estudió Space Sweeper con Sling-Sat (4S), un satélite de agarre que captura y expulsa desechos. [180] [ necesita actualización ]

En diciembre de 2019, la Agencia Espacial Europea adjudicó el primer contrato para limpiar los desechos espaciales. La misión de 120 millones de euros denominada ClearSpace-1 (un derivado del proyecto EPFL) está programada para lanzarse en 2025. Su objetivo es eliminar un adaptador de carga útil secundaria VEga de 100 kg (Vespa) [181] que dejó el vuelo VV02 de Vega en un recorrido de 800 km. (500 millas) de órbita en 2013. Un "cazador" agarrará la basura con cuatro brazos robóticos y la arrastrará hacia la atmósfera de la Tierra, donde ambos arderán. [182]

Métodos láser [ editar ]

La escoba láser utiliza una base en tierra con láser para la ablación de la parte delantera de los escombros, produciendo un cohete similar empuje que frena el objeto. Con la aplicación continua, los escombros caerían lo suficiente como para ser influenciados por la resistencia atmosférica. [183] [184] A finales de la década de 1990, el Proyecto Orion de la Fuerza Aérea de los Estados Unidos era un diseño de escoba láser. [185] Aunque se programó el lanzamiento de un dispositivo de banco de pruebas en un transbordador espacial en 2003, los acuerdos internacionales que prohíben las potentes pruebas láser en órbita limitaron su uso a las mediciones. [186] El desastre del transbordador espacial Columbia de 2003pospuso el proyecto y, según Nicholas Johnson, científico jefe y gerente de programa de la Oficina del Programa de Desechos Orbitales de la NASA, "Hay muchos pequeños errores en el informe final de Orion. Hay una razón por la que ha estado en el estante durante más de una década. " [187]

El impulso de los fotones del rayo láser podría impartir directamente un empuje sobre los escombros suficiente para mover pequeños escombros a nuevas órbitas fuera del camino de los satélites en funcionamiento. La investigación de la NASA en 2011 indica que disparar un rayo láser a un pedazo de basura espacial podría impartir un impulso de 1 mm (0.039 pulgadas) por segundo, y mantener el láser en los escombros durante unas pocas horas al día podría alterar su curso en 200 m. (660 pies) por día. [188] Un inconveniente es el potencial de degradación del material; la energía puede romper los escombros y agravar el problema. [ cita requerida ] Una propuesta similar coloca el láser en un satélite en órbita sincrónica con el Sol , utilizando un rayo pulsado para empujar los satélites a órbitas más bajas para acelerar su reentrada.[16] Se ha hecho una propuesta para reemplazar el láser con un Ion Beam Shepherd , [189] y otras propuestas utilizan una bola espumosa de aerogel o un chorro de agua, [190] globos inflables, [191] correas electrodinámicas , [192 ] electroadhesión , [193] y armas dedicadas antisatélite. [194]

Redes [ editar ]

El 28 de febrero de 2014, la Agencia Japonesa de Exploración Aeroespacial (JAXA) lanzó un satélite de prueba de "red espacial". El lanzamiento fue solo una prueba operativa. [195] En diciembre de 2016, el país envió un recolector de basura espacial a través de Kounotori 6 a la ISS mediante el cual los científicos de JAXA experimentan para sacar basura de la órbita con una correa. [196] [197] El sistema no pudo extender una correa de 700 metros desde un vehículo de reabastecimiento de la estación espacial que regresaba a la Tierra. [198] [199] El 6 de febrero, la misión fue declarada un fracaso y el principal investigador Koichi Inoue dijo a los periodistas que "creen que no se soltó la correa". [200]

Desde 2012, la Agencia Espacial Europea ha estado trabajando en el diseño de una misión para eliminar grandes desechos espaciales de la órbita. La misión, e.Deorbit , está programada para su lanzamiento durante 2023 con el objetivo de eliminar los desechos que pesen más de 4.000 kilogramos (8.800 libras) de LEO. [201] Se están estudiando varias técnicas de captura, incluida una red, un arpón y una combinación de brazo robótico y mecanismo de sujeción. [202]

Arpón [ editar ]

El plan de la misión RemoveDEBRIS es probar la eficacia de varias tecnologías ADR en objetivos simulados en órbita terrestre baja . Para completar los experimentos planificados, la plataforma está equipada con una red, un arpón, un instrumento de medición láser, una vela de arrastre y dos CubeSats (satélites de investigación en miniatura). [203] La misión se lanzó el 2 de abril de 2018.

Regulación nacional e internacional [ editar ]

No existe un tratado internacional que minimice los desechos espaciales. Sin embargo, el Comité de las Naciones Unidas sobre la Utilización del Espacio Ultraterrestre con Fines Pacíficos (COPUOS) publicó directrices voluntarias en 2007, [204] utilizando una variedad de intentos normativos nacionales anteriores para desarrollar normas para la mitigación de desechos. En 2008, el comité estaba discutiendo "reglas de tránsito" internacionales para prevenir colisiones entre satélites. [205] Para 2013, existían varios regímenes legales nacionales, [206] [207] [208] típicamente instanciados en las licencias de lanzamiento que se requieren para un lanzamiento en todas las naciones con tecnología espacial . [209]

Estados Unidos emitió un conjunto de prácticas estándar para la mitigación de desechos orbitales civiles ( NASA ) y militares ( DoD y USAF ) en 2001. [210] [211] [207] La disposición estándar prevista para las órbitas finales de la misión en una de tres formas: 1) reentrada atmosférica donde incluso con "proyecciones conservadoras de la actividad solar, la resistencia atmosférica limitará la vida útil a no más de 25 años después de la finalización de la misión"; 2) maniobra a una "órbita de almacenamiento": mueve la nave espacial a uno de los cuatro rangos de órbita de estacionamiento muy amplios (2.000-19.700 km (1.200-12.200 mi), 20.700-35.300 km (12.900-21900 mi), por encima de 36.100 km (22.400 mi), o fuera de la órbita terrestre completamente y en cualquier órbita heliocéntrica; 3) "Recuperación directa: recuperar la estructura y retirarla de la órbita tan pronto como sea posible después de completar la misión". [206] El estándar articulado en la opción 1, que es el estándar aplicable a la mayoría de los satélites y las etapas superiores abandonadas lanzadas, ha llegado a conocerse como la "regla de los 25 años". [212] EE. UU. Actualizó el ODMSP en diciembre de 2019, pero no hizo ningún cambio en la regla de los 25 años a pesar de que "[muchos] en la comunidad espacial creen que el plazo debería ser inferior a 25 años". [210] Sin embargo, no hay consenso sobre cuál podría ser un nuevo marco temporal. [210]

En 2002, la Agencia Espacial Europea (ESA) trabajó con un grupo internacional para promulgar un conjunto similar de estándares, también con una "regla de 25 años" que se aplica a la mayoría de los satélites en órbita terrestre y etapas superiores. Las agencias espaciales en Europa comenzaron a desarrollar directrices técnicas a mediados de la década de 1990, y ASI , UKSA , CNES , DLR y ESA firmaron un "Código de conducta europeo" en 2006, [208] que fue un estándar predecesor del trabajo estándar internacional ISO. eso comenzaría el año siguiente. En 2008, la ESA siguió desarrollando "sus propios" requisitos sobre mitigación de desechos espaciales para proyectos de organismos "que" entraron en vigor el 1 de abril de 2008 ". [208]

Alemania y Francia han emitido bonos para proteger la propiedad de daños por escombros. [ aclaración necesaria ] [213] La opción de "recuperación directa" (opción n. ° 3 en las "prácticas estándar" de EE. UU. anteriores) rara vez ha sido realizada por ninguna nación con viajes espaciales (excepción, USAF X-37 ) o actor comercial desde los primeros días de vuelo espacial debido al costo y la complejidad de lograr la recuperación directa, pero la ESA ha programado una misión de demostración en 2025 (Clearspace-1) para hacer esto con una única etapa superior abandonada pequeña de 100 kg (220 lb) a un costo proyectado de 120 € millones sin incluir los costos de lanzamiento. [182]

En 2006, la Organización de Investigación Espacial de la India (ISRO) había desarrollado una serie de medios técnicos de mitigación de escombros (pasivación de la etapa superior, reservas de propulsantes para el movimiento a las órbitas del cementerio, etc.) para los vehículos de lanzamiento y satélites ISRO, y estaba contribuyendo activamente a -coordinación de escombros de la agencia y los esfuerzos del comité COPUOS de la ONU. [214]

En 2007, la ISO comenzó a preparar una norma internacional para la mitigación de los desechos espaciales. [215] Para 2010, ISO había publicado "un conjunto completo de estándares de ingeniería de sistemas espaciales destinados a mitigar los desechos espaciales. [Con requisitos primarios] definidos en el estándar de nivel superior, ISO 24113. "Para 2017, los estándares estaban casi completos. Sin embargo, estos estándares no son vinculantes para ninguna parte por parte de ISO o ninguna jurisdicción internacional. Simplemente están disponibles para su uso en cualquiera de una variedad de formas voluntarias. Ellos" pueden ser adoptados voluntariamente por un fabricante u operador de una nave espacial, o que se ponga en vigor mediante un contrato comercial entre un cliente y un proveedor, o se utilice como base para establecer un conjunto de reglamentaciones nacionales sobre la mitigación de los desechos espaciales ". [212]

La norma ISO voluntaria también adoptó la "regla de los 25 años" para la "región protegida LEO" por debajo de los 2000 km (1200 millas) de altitud que ha sido utilizada anteriormente (y todavía lo es, a partir de 2019 ) por los EE. UU., La ESA y la ONU. normas de mitigación, y lo identifica como "un límite superior para la cantidad de tiempo que un sistema espacial permanecerá en órbita después de que se complete su misión. Idealmente, el tiempo para desorbitar debe ser lo más breve posible (es decir, mucho más corto que 25 años ) ". [212]

Holger Krag, de la Agencia Espacial Europea, afirma que a partir de 2017 no existe un marco normativo internacional vinculante sin que se produzcan avances en el organismo de la ONU en Viena. [88]

En la cultura popular [ editar ]

Hasta el fin del mundo (1991) es un drama de ciencia ficción francés ambientado bajo el telón de fondo de un satélite nuclear indio fuera de control, que se predice que volverá a entrar en la atmósfera, amenazando vastas áreas pobladas de la Tierra. [216]

Gravity , una película de supervivencia de 2013 dirigida por Alfonso Cuaron , trata sobre un desastre en una misión espacial causada por el síndrome de Kessler . [217]

En la temporada 1 de Love, Death & Robots (2019), el episodio 11, "Helping Hand", gira en torno a un astronauta que es golpeado por un tornillo de escombros espaciales que la arroja fuera de un satélite en órbita. [218]

Ver también [ editar ]

  • Categoría: Satélites abandonados
  • Contaminación interplanetaria
  • Convenio de responsabilidad
  • Lista de desechos espaciales grandes que vuelven a entrar
  • Lista de eventos que producen desechos espaciales
  • Instalación de exposición de larga duración
  • Objeto cercano a la Tierra
  • Grupo de trabajo de coordinación de desechos orbitales
  • Proyecto West Ford
  • Guerra de satélites
  • Misión Solar Máxima
  • Cementerio de naves espaciales

Referencias [ editar ]

Notas [ editar ]

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Bibliografía [ editar ]

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  • Donald Kessler (Kessler 1971), "Estimación de densidades de partículas y peligro de colisión para naves espaciales que se mueven a través del cinturón de asteroides", Estudios físicos de planetas menores , NASA SP-267, 1971, págs. 595–605. Bibcode 1971NASSP.267..595K .
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  • Jim Schefter, "El creciente peligro de los desechos espaciales" Popular Science , julio de 1982, págs. 48–51.

Lectura adicional [ editar ]

  • "¿Qué es Orbital Debris?" , Centro de Estudios de Escombros Orbitales y de Reentrada, Corporación Aeroespacial
  • Comité para la Evaluación de los Programas de Desechos Orbitales de la NASA (2011). Limitar el riesgo de colisión futura de las naves espaciales: una evaluación de los programas de meteoritos y desechos orbitales de la NASA . Washington, DC: Consejo Nacional de Investigación . ISBN 978-0-309-21974-7.
    • Klotz, Irene (1 de septiembre de 2011). "La basura espacial está llegando al 'punto de inflexión', advierte el informe" . Reuters . Consultado el 2 de septiembre de 2011 . Noticia que resume el informe anterior
  • Steven A. Hildreth y Allison Arnold. Amenazas a los intereses de seguridad nacional de EE. UU. En el espacio: mitigación y eliminación de desechos orbitales. Washington, DC: Servicio de Investigación del Congreso , 8 de enero de 2014.
  • David Leonard, "The Clutter Above", Bulletin of the Atomic Scientists , julio / agosto de 2005.
  • Patrick McDaniel, "Metodología para estimar la incertidumbre en el riesgo anual previsto para la nave espacial en órbita de la población actual o prevista de desechos espaciales" . Universidad de Defensa Nacional, 1997.
  • "Informe interinstitucional sobre desechos orbitales, 1995" , Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología, noviembre de 1995.
  • Nickolay Smirnov, Space Debris: Hazard Evaluation and Mitigation . Boca Raton, FL: CRC Press, 2002, ISBN 0-415-27907-0 . 
  • Richard Talcott, "Cómo desechamos el espacio exterior", Astronomía , Volumen 36, Número 6 (junio de 2008), págs. 40–43.
  • "Informe técnico sobre desechos espaciales, 1999" , Naciones Unidas, 2006. ISBN 92-1-100813-1 . 
  • Robin Biesbroek (2015). Eliminación activa de desechos en el espacio: cómo limpiar el medio ambiente de la Tierra de los desechos espaciales . CreateSpace. ISBN 978-1-5085-2918-7.
  • Khatchadourian, Raffi , "The Trash Nebula: Millones de artefactos hechos por el hombre rodean la Tierra. ¿Alguno de ellos causará un desastre?", 28 de septiembre de 2020, págs. 44–52, 54–55. "Según una estimación, hay cien millones de pedazos de escombros que tienen un tamaño de un milímetro, cien millones tan pequeños como un micrón. Vivimos en una corona de basura. [E] l problema, si se ignora, podría destruir todos los satélites que orbitan cerca de la Tierra, una pérdida que se sentiría más agudamente a medida que la humanidad dependiera cada vez más del espacio ". (pág.47)

Enlaces externos [ editar ]

  • Sativew: seguimiento de basura espacial en tiempo real
  • Oficina del Programa de Desechos Orbitales de la NASA
  • Oficina de desechos espaciales de la ESA
  • "Espacio: el depósito de chatarra final" , película documental
  • ¿Se mantendría estable un sistema de anillos similar a Saturno alrededor del planeta Tierra? Abdul Ahad
  • EISCAT Space Debris durante el año polar internacional
  • Introducción al modelado matemático del flujo de desechos espaciales
  • SÓCRATES: Un servicio diario gratuito que predice encuentros cercanos en órbita entre satélites y escombros en órbita alrededor de la Tierra.
  • Un resumen de los desechos espaciales actuales por tipo y órbita
  • Space Junk Astronomy Cast episodio No. 82, incluye transcripción completa
  • Página de satélite de Paul Maley - Desechos espaciales (con fotos)
  • Los desechos espaciales ilustrados: el problema en imágenes
  • PACA: basura espacial
  • IEEE: la creciente amenaza de los desechos espaciales
  • La amenaza de los desechos orbitales y la protección de los activos espaciales de la NASA de las colisiones de satélites
  • Escombros orbitales
  • Wasteland de la era espacial: los escombros en órbita llegaron para quedarse; Científico americano; 2012
  • Red de vigilancia espacial de Estados Unidos
  • PATENDER: El innovador sistema de captura de desechos espaciales de baja gravedad de GMV
  • Infografía de basura espacial
  • El Proyecto West Ford colocó intencionalmente una gran cantidad de pequeños objetos metálicos de cobre en una órbita terrestre media (vida útil prolongada) en la década de 1960 por parte del gobierno de los EE. UU., Lo que resultó en una gran cantidad de desechos espaciales, lo que generó efectos adversos en las relaciones internacionales.