¿Cómo sería un entorno espacial sostenible?


El 4 de octubre de 2022 será un día auspicioso cuando la humanidad celebre el 65 aniversario del comienzo de la era espacial. Todo comenzó en 1957 con el lanzamiento del satélite soviético Sputnik-1, el primer satélite artificial que se puso en órbita. Desde entonces, se han lanzado alrededor de 8.900 satélites desde más de 40 países en todo el mundo. Esto ha generado una creciente preocupación por los desechos espaciales y el peligro que representa para futuras constelaciones, naves espaciales e incluso hábitats en órbita terrestre baja (LEO).

Esto ha llevado a muchas soluciones propuestas para limpiar la «basura espacial», así como a diseños de satélites que les permitirían salir de órbita y quemarse. Por desgracia, todavía hay dudas sobre si un planeta rodeado de megaconstelaciones es sostenible a largo plazo. Un estudio reciente de James A. Blake, investigador de la Universidad de Warwick, examinó la evolución del entorno de desechos en LEO y evaluó si las futuras operaciones espaciales se pueden realizar de manera sostenible.

Para su Ph.D. Blake se centró en la obtención de imágenes y el seguimiento de los desechos espaciales en órbitas terrestres geosincrónicas (GEO) a unos 36 000 km (22 370 mi) sobre el ecuador. En esta región del espacio, los satélites siguen la rotación de la Tierra y tienen el mismo período orbital que la Tierra, lo que la hace muy buscada para las telecomunicaciones. Sin embargo, el espacio en esta región es muy limitado, lo que podría generar serios problemas de hacinamiento y escombros.

En particular, el trabajo principal de Blake fue un estudio de escombros geosincrónicos tenues realizado con el Telescopio Isaac Newton en el Observatorio Roque de los Muchachos en la isla de La Palma. Su trabajo se resumió en un estudio titulado «DebrisWatch I: un estudio de escombros geosincrónicos tenues», que apareció en enero de 2021 en la revista Advances in Space Research. Como indicó en este estudio, la población de desechos en GEO no está bien restringida, pero representa un problema creciente.

Un problema histórico

Según la Oficina de Desechos Espaciales (SDO) de la ESA, al 3 de marzo de 2022, se han lanzado alrededor de 12.720 satélites a la órbita terrestre desde el Sputnik-1. De estos, se estima que 7.810 permanecen en órbita, de los cuales unos 5.200 siguen operativos. En total, alrededor de 29.860 objetos de escombros en LEO son rastreados regularmente por redes de observación basadas en la Tierra y se mantienen en su catálogo.

Anteriormente, se pensaba que la población de escombros en GEO sería bastante insignificante debido a las estrictas normas de espacio que están destinadas a garantizar que los satélites no colisionen. Sin embargo, la aparente destrucción reciente de los satélites de comunicaciones (AMC-9, propiedad de SES S.A. de telecomunicaciones con sede en Luxemburgo, y Telkom-1 de Lockheed Martin) ha proporcionado una clara evidencia de que existe un campo de escombros en GEO. Esto presenta nuevas implicaciones para futuras constelaciones en GEO.

Como Blake le dijo a Universe Today por correo electrónico, trazar la evolución de los desechos espaciales es esencial para el futuro de la mitigación de desechos:

«Sputnik 1 fue el primero de miles de satélites que se lanzaron a la órbita terrestre en las últimas seis décadas, y ese número continúa creciendo rápidamente. Algunos han vuelto a ingresar a la atmósfera terrestre, mientras que otros están orbitando en un estado abandonado y descontrolado. representando una amenaza para los satélites activos de los que dependemos.

«Con el tiempo, la población de desechos orbitales ha crecido debido a explosiones y colisiones accidentales, junto con pruebas antisatélite intencionales. La gran mayoría de los desechos producidos por estos eventos siguen siendo invisibles para nosotros, demasiado pequeños para ser detectados por nuestra generación actual de redes de vigilancia. , pero aún tiene el potencial de dañar severamente la nave espacial».

Según Blake, hay una lección que aprender de la explotación del entorno cercano a la Tierra por parte de la humanidad. De acuerdo con la naturaleza interconectada de la exploración espacial y la vida en la Tierra, esta misma lección se aplica igualmente a las actividades de la humanidad sobre el terreno. En resumen, la humanidad necesita actuar de manera sostenible para que las generaciones futuras puedan disfrutar y beneficiarse de las libertades que hemos disfrutado desde los albores de la era espacial. Para hacer esto, dice Blake, es imprescindible evitar colisiones:

«La prevención efectiva de colisiones requiere información oportuna y precisa. A medida que los catálogos de satélites y desechos crecen cada vez más, las redes de vigilancia tienen la tarea de monitorear más y más objetos para brindar suficiente advertencia a los operadores, quienes luego pueden optar por maniobrar su nave fuera de peligro. «

Monitoreo y mitigación

La estrategia actual para prevenir un entorno de escombros incontrolable en órbita implica un enfoque doble: seguimiento y «pasivación». La tarea de rastrear satélites y desechos está a cargo de varias agencias espaciales y oficinas gubernamentales en todo el mundo. Por ejemplo, el Centro de Operaciones Espaciales Conjuntas en la Base de la Fuerza Aérea de Vanderburg en California (JSpOC) utiliza las Redes de Vigilancia Espacial (SSN), una combinación de sensores ópticos y de radar, para monitorear satélites y desechos en órbita.

La Oficina del Programa de Desechos Orbitales de la NASA (ODPO), ubicada en el Centro Espacial Johnson, mide el entorno de desechos orbitales mientras desarrolla medidas para controlar el crecimiento de desechos. La Oficina de Seguridad y Garantía de la Misión (OSMA), ubicada en la sede de la NASA en Washington D.C., es responsable de desarrollar, implementar y supervisar las políticas y procedimientos de toda la agencia para garantizar la seguridad, la confiabilidad y la sostenibilidad del entorno espacial.

También está la Oficina de Desechos Espaciales (SDO) de la ESA, ubicada en el Centro Europeo de Operaciones Espaciales (ESOC) en Darmstadt, Alemania, que es responsable de medir y modelar el entorno de desechos orbitales y desarrollar estrategias de protección y mitigación. También coordina actividades y esfuerzos de investigación con las agencias constituyentes de la ESA, que forman la Red Europea de Competencias sobre Basura Espacial (SD NoC).

A nivel internacional, existe el Comité de Coordinación Interagencial de Desechos Espaciales (IADC), un foro que incluye trece agencias espaciales nacionales (incluidas la NASA, Roscosmos, la ESA y las agencias espaciales india y china). Este organismo desarrolló directrices en 2001 que han sido revisadas varias veces (la más reciente en 2020) y desde entonces han sido adoptadas por la Comisión de las Naciones Unidas sobre la Utilización del Espacio Ultraterrestre con Fines Pacíficos (UNCOPUOS).

En el otro extremo de las cosas, existe la famosa «regla de los 25 años», en la que se alienta a los operadores a deshacerse de los satélites dentro de los 25 años posteriores a la finalización de la misión a través del reingreso atmosférico. Es posible que los satélites de baja altitud ya sean naturalmente capaces de hacer esto. Por el contrario, los satélites potencialmente no conformes pueden equiparse con propulsores, velas de arrastre y otros instrumentos para acelerar el proceso de salida de órbita. Como explicó Blake:

«Se alienta a los operadores a ‘pasivar’ las naves espaciales al final de su misión, agotando o guardando cualquier fuente remanente de energía interna a bordo del satélite o cuerpo del cohete, reduciendo así las posibilidades de explosión. Cumplimiento de la ‘regla de los 25 años’ para la desorbitación de naves espaciales en órbita terrestre baja sigue siendo preocupantemente baja, y un impulso a la cooperación a escala internacional será fundamental para abordar el problema de los desechos».

Un problema de política

Al final, Blake indica que uno de los mayores obstáculos para lograr la sostenibilidad en el espacio es la política. Durante las últimas décadas, las pautas de la IADC adoptadas por UNCOUPOUS han formado la base para las prácticas estándar de mitigación en el escenario internacional. Desafortunadamente, estas pautas son voluntarias (es decir, no vinculantes legalmente) y algunas naciones con actividades espaciales han optado por no incluirlas en sus marcos regulatorios nacionales.

Además, el cumplimiento de la «regla de los 25 años» sigue siendo muy bajo en LEO, y el proceso de reingreso no es una opción viable para los objetos en la región OSG de gran altitud. Como resultado, los operadores generalmente intentarán elevar los satélites fuera de servicio a las llamadas órbitas «cementerio» mucho más allá de la OSG, o lo que se conoce como órbita supersincrónica (SSO). Esto tiene el efecto de despejar la zona operativa en órbita para uso de futuros satélites, pero los desechos aún pueden representar una amenaza para las naves espaciales destinadas a la Luna o al espacio profundo.

Lo que se necesita, dice Blake, es una política de eliminación activa de escombros (ADR, por sus siglas en inglés) que funcione en conjunto con un cumplimiento más estricto de las regulaciones para la mitigación de escombros:

«En última instancia, querremos llevar a cabo misiones de remoción periódicas para eliminar activamente las naves espaciales muertas y los escombros, aunque aún quedan por superar una serie de obstáculos tecnológicos. Como lo demuestra la reciente prueba rusa ASAT en noviembre de 2021, también hay una necesidad de normas internacionalmente reconocidas y legalmente vinculantes, para sancionar el comportamiento imprudente».

Además, la NASA, la ESA, la Agencia Espacial Nacional de China (CNSA) y otras agencias espaciales están actualmente probando sistemas ADR. Los conceptos incluyen conjuntos de energía dirigida basados ​​en la Tierra (láseres), naves espaciales equipadas con haces de plasma, arpones y redes, y remolcadores espaciales magnéticos. En los últimos años, dice Blake, también se han realizado esfuerzos para formular una «calificación de sostenibilidad espacial» que incentivaría a los operadores a adherirse a prácticas seguras y mitigación de desechos. Sin embargo, varias preguntas quedan sin respuesta.

Monitoreo y mitigación

La estrategia actual para prevenir un entorno de escombros incontrolable en órbita implica un enfoque doble: seguimiento y «pasivación». La tarea de rastrear satélites y desechos está a cargo de varias agencias espaciales y oficinas gubernamentales en todo el mundo. Por ejemplo, el Centro de Operaciones Espaciales Conjuntas en la Base de la Fuerza Aérea de Vanderburg en California (JSpOC) utiliza las Redes de Vigilancia Espacial (SSN), una combinación de sensores ópticos y de radar, para monitorear satélites y desechos en órbita.

La Oficina del Programa de Desechos Orbitales de la NASA (ODPO), ubicada en el Centro Espacial Johnson, mide el entorno de desechos orbitales mientras desarrolla medidas para controlar el crecimiento de desechos. La Oficina de Seguridad y Garantía de la Misión (OSMA), ubicada en la sede de la NASA en Washington D.C., es responsable de desarrollar, implementar y supervisar las políticas y procedimientos de toda la agencia para garantizar la seguridad, la confiabilidad y la sostenibilidad del entorno espacial.

También está la Oficina de Desechos Espaciales (SDO) de la ESA, ubicada en el Centro Europeo de Operaciones Espaciales (ESOC) en Darmstadt, Alemania, que es responsable de medir y modelar el entorno de desechos orbitales y desarrollar estrategias de protección y mitigación. También coordina actividades y esfuerzos de investigación con las agencias constituyentes de la ESA, que forman la Red Europea de Competencias sobre Basura Espacial (SD NoC).

A nivel internacional, existe el Comité de Coordinación Interagencial de Desechos Espaciales (IADC), un foro que incluye trece agencias espaciales nacionales (incluidas la NASA, Roscosmos, la ESA y las agencias espaciales india y china). Este organismo desarrolló directrices en 2001 que han sido revisadas varias veces (la más reciente en 2020) y desde entonces han sido adoptadas por la Comisión de las Naciones Unidas sobre la Utilización del Espacio Ultraterrestre con Fines Pacíficos (UNCOPUOS).

En el otro extremo de las cosas, existe la famosa «regla de los 25 años», en la que se alienta a los operadores a deshacerse de los satélites dentro de los 25 años posteriores a la finalización de la misión a través del reingreso atmosférico. Es posible que los satélites de baja altitud ya sean naturalmente capaces de hacer esto. Por el contrario, los satélites potencialmente no conformes pueden equiparse con propulsores, velas de arrastre y otros instrumentos para acelerar el proceso de salida de órbita. Como explicó Blake:

«Se alienta a los operadores a ‘pasivar’ las naves espaciales al final de su misión, agotando o guardando cualquier fuente remanente de energía interna a bordo del satélite o cuerpo del cohete, reduciendo así las posibilidades de explosión. Cumplimiento de la ‘regla de los 25 años’ para la desorbitación de naves espaciales en órbita terrestre baja sigue siendo preocupantemente baja, y un impulso a la cooperación a escala internacional será fundamental para abordar el problema de los desechos».

Un problema de política

Al final, Blake indica que uno de los mayores obstáculos para lograr la sostenibilidad en el espacio es la política. Durante las últimas décadas, las pautas de la IADC adoptadas por UNCOUPOUS han formado la base para las prácticas estándar de mitigación en el escenario internacional. Desafortunadamente, estas pautas son voluntarias (es decir, no vinculantes legalmente) y algunas naciones con actividades espaciales han optado por no incluirlas en sus marcos regulatorios nacionales.

Además, el cumplimiento de la «regla de los 25 años» sigue siendo muy bajo en LEO, y el proceso de reingreso no es una opción viable para los objetos en la región OSG de gran altitud. Como resultado, los operadores generalmente intentarán elevar los satélites fuera de servicio a las llamadas órbitas «cementerio» mucho más allá de la OSG, o lo que se conoce como órbita supersincrónica (SSO). Esto tiene el efecto de despejar la zona operativa en órbita para uso de futuros satélites, pero los desechos aún pueden representar una amenaza para las naves espaciales destinadas a la Luna o al espacio profundo.

Lo que se necesita, dice Blake, es una política de eliminación activa de escombros (ADR, por sus siglas en inglés) que funcione en conjunto con un cumplimiento más estricto de las regulaciones para la mitigación de escombros:

«En última instancia, querremos llevar a cabo misiones de remoción periódicas para eliminar activamente las naves espaciales muertas y los escombros, aunque aún quedan por superar una serie de obstáculos tecnológicos. Como lo demuestra la reciente prueba rusa ASAT en noviembre de 2021, también hay una necesidad de normas internacionalmente reconocidas y legalmente vinculantes, para sancionar el comportamiento imprudente».

Además, la NASA, la ESA, la Agencia Espacial Nacional de China (CNSA) y otras agencias espaciales están actualmente probando sistemas ADR. Los conceptos incluyen conjuntos de energía dirigida basados ​​en la Tierra (láseres), naves espaciales equipadas con haces de plasma, arpones y redes, y remolcadores espaciales magnéticos. En los últimos años, dice Blake, también se han realizado esfuerzos para formular una «calificación de sostenibilidad espacial» que incentivaría a los operadores a adherirse a prácticas seguras y mitigación de desechos. Sin embargo, varias preguntas quedan sin respuesta.

Por ejemplo, con el acceso al espacio cada vez más generalizado, ¿cómo un marco regulatorio compara los experimentos CubeSat dirigidos por la Universidad con las constelaciones comerciales de satélites (a la Starlink)? Además, ¿cómo atribuirán los legisladores la responsabilidad en caso de una colisión que involucre una deuda descontrolada?

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