Simulan una tormenta solar tipo Carrington que pone a prueba la seguridad satelital

Sin comunicación ni navegación, electrónica defectuosa y riesgo de colisión. En el centro de control de la misión de la ESA en Darmstadt, los equipos se enfrentaron a un escenario sin precedentes: una tormenta solar de magnitud extrema. Afortunadamente, esta pesadilla no se desarrolló en la realidad, sino como parte de la campaña de simulación para Sentinel-1D, que pone a prueba los límites de las operaciones de naves espaciales y la preparación ante la meteorología espacial.

Antes de cada lanzamiento de la ESA, los equipos de la misión se someten a una rigurosa fase de simulación que ensaya los primeros momentos de un satélite en el espacio, a la vez que prepara al centro de control para cualquier anomalía. Desde mediados de septiembre, los equipos del Centro Europeo de Operaciones Espaciales (ESOC) de la ESA, en Darmstadt, Alemania, han estado inmersos en simulaciones para Sentinel-1D, cuyo lanzamiento está previsto para el 4 de noviembre de 2025.

Para modelar uno de los escenarios más extremos, los responsables de la simulación se inspiraron en el infame evento de Carrington de 1859, la tormenta geomagnética más fuerte jamás registrada. El ejercicio replicó los efectos de una tormenta solar catastrófica en las operaciones del satélite para poner a prueba la capacidad del equipo de responder sin navegación satelital y bajo una grave interrupción electrónica.

«Si ocurriera un evento así, no existen buenas soluciones. El objetivo sería mantener el satélite seguro y limitar los daños al máximo», afirma Thomas Ormston, subdirector de operaciones de la nave espacial Sentinel-1D.

Esta campaña incluyó una inusual activación por parte de la Oficina de Meteorología Espacial de la ESA de su Centro de Seguridad Espacial, inaugurado en 2022 como parte del creciente compromiso de la ESA con la seguridad espacial. La Oficina de Desechos Espaciales de la ESA y los directores de operaciones de naves espaciales de otras misiones de la ESA en órbita terrestre también participaron en el ejercicio para mejorar el realismo, simulando los impactos y la coordinación entre misiones.

Impacto de una ola gigante

Son las 22:20 y todo marcha según lo previsto. Tras un lanzamiento y una separación exitosos, el control de la misión espera la adquisición de la señal del satélite. Minutos después, una transmisión ruidosa llega al control de la misión. Algo no cuadra.

La nave espacial, junto con otras en órbita, fue impactada por una llamarada solar. Viajando a la velocidad de la luz, esta onda electromagnética llegó a nuestro planeta tan solo ocho minutos después de su erupción solar.

El equipo de simulación ha modelado una llamarada masiva de clase X45, con intensa radiación de rayos X y ultravioleta que interrumpe los sistemas de radar, las comunicaciones y los datos de seguimiento. Las funciones de navegación Galileo y GPS se encuentran actualmente fuera de servicio, mientras que las estaciones terrestres, especialmente en las regiones polares, han perdido la capacidad de seguimiento debido a los niveles máximos de radiación.

Momentos después, la Tierra es impactada por una segunda onda, esta vez compuesta por partículas de alta energía, como protones, electrones y partículas alfa. Estas partículas, aceleradas a velocidades cercanas a la de la luz, tardaron entre 10 y 20 minutos en llegar a nuestro planeta y están comenzando a perturbar los sistemas electrónicos de a bordo, con cambios de bits y posibles fallos permanentes.

La llamarada solar sorprendió a los miembros del equipo. Pero una vez que recuperaron la compostura, supieron que la cuenta regresiva había comenzado. En las próximas 10 a 18 horas, se produciría una eyección de masa coronal, y debían prepararse para ello, afirma Gustavo Baldo Carvalho, oficial principal de simulación de Sentinel-1D.

Viajando por la CME

Quince horas después de la erupción solar, comenzó la tercera y más destructiva fase: una masiva eyección de masa coronal (plasma caliente de partículas cargadas) que viajaba a velocidades de hasta 2000 km/s impactó la Tierra y desencadenó una catastrófica tormenta geomagnética.

En tierra, se pudieron observar hermosas auroras hasta Sicilia, mientras que la tormenta colapsó la red eléctrica y provocó dañinas sobretensiones en largas estructuras metálicas, como líneas eléctricas y tuberías.

En el espacio, los satélites también sufrieron dificultades. La tormenta provocó la expansión de la atmósfera terrestre, incrementando la resistencia de los satélites en la órbita baja y desviándolos de sus trayectorias habituales. Los controladores de la misión se enfrentaron a múltiples advertencias de colisión con desechos espaciales y otras naves espaciales.

«Si se produjera una tormenta de este tipo, la resistencia aerodinámica de los satélites podría aumentar en un 400%, con picos locales de densidad atmosférica. Esto no solo afecta al riesgo de colisión, sino que también acorta la vida útil de los satélites debido al mayor consumo de combustible para compensar la degradación orbital», afirma Jorge Amaya, Coordinador de Modelado Meteorológico Espacial de la ESA.

«Un evento de tal magnitud degradaría gravemente la calidad de los datos de conjunción, dificultando cada vez más la interpretación de las predicciones de colisión, ya que las probabilidades cambian rápidamente. En este contexto, la toma de decisiones se convierte en un delicado equilibrio bajo incertidumbres significativas, donde una maniobra de evasión para reducir el riesgo de una posible colisión podría aumentar ligeramente el riesgo de otra», explica Jan Siminski, de la Oficina de Desechos Espaciales de la ESA.

Los niveles de radiación también aumentaron, dañando los componentes electrónicos y los materiales. Las perturbaciones causadas por un solo evento se hicieron aún más frecuentes, dañando los sistemas y acortando su vida útil. Las señales GNSS se degradaron aún más, los rastreadores de estrellas se quedaron sin señal y los eventos de carga de baterías agravaron el caos.

El inmenso flujo de energía expulsado por el Sol podría causar daños a todos nuestros satélites en órbita. Los satélites en órbita baja terrestre suelen estar mejor protegidos por nuestra atmósfera y nuestro campo magnético de los peligros espaciales, pero una explosión de la magnitud del evento de Carrington no dejaría a ninguna nave espacial a salvo, afirma Jorge.

Entrenamiento para el ‘gran evento’

Este ejercicio ha brindado la oportunidad de ampliar una campaña de entrenamiento de simulación e involucrar a muchas otras partes interesadas de ESOC, abarcando todo tipo de misiones y equipos operativos. Realizarlo en un entorno controlado nos proporcionó información valiosa sobre cómo podemos planificar, abordar y reaccionar mejor cuando ocurre un evento de este tipo. La conclusión clave es que no se trata de si esto sucederá, sino de cuándo ocurrirá, afirma Gustavo.

El Centro de Seguridad Espacial de la ESA desempeñó un papel central en el ejercicio y es un activo clave en la preparación de Europa ante tormentas solares extremas. La simulación proporcionará información crucial para la constitución de servicios operativos de meteorología espacial a nivel europeo, lo que ayudará a perfeccionar los procedimientos y mejorar la resiliencia.

Simular el impacto de un evento de estas características es similar a predecir los efectos de una pandemia: solo sentiremos su verdadero impacto en nuestra sociedad después del evento, pero debemos estar preparados y contar con planes para reaccionar de inmediato. Este ejercicio fue la primera oportunidad para abordar un evento de tal magnitud e incorporar la reacción de la Oficina de Meteorología Espacial de la ESA en las operaciones establecidas de la ESA —afirma Jorge—.

La escala y la variedad de los impactos nos llevaron al límite, tanto a nosotros como a nuestros sistemas, pero el equipo superó el desafío y eso nos enseñó que si podemos gestionarlo, podemos gestionar cualquier contingencia real —concluye Thomas—.

Infraestructura para el futuro

Más allá de probar la resiliencia de la meteorología espacial en operaciones, simulaciones como esta resaltan la urgente necesidad de mejorar la capacidad europea para pronosticar eventos meteorológicos espaciales.

El programa de Seguridad Espacial de la ESA está desarrollando el Sistema Distribuido de Sensores Meteorológicos Espaciales (D3S). ​​Esta serie de satélites meteorológicos espaciales y cargas útiles alojadas monitorizarán diferentes parámetros meteorológicos espaciales alrededor de la Tierra y proporcionarán una fuente de datos inigualable, lista para proteger a los ciudadanos europeos y las infraestructuras críticas.

Más lejos de la Tierra, la misión Vigil de la ESA será pionera en un enfoque revolucionario al observar el Sol desde el Punto Lagrange 5, lo que permitirá obtener información continua sobre la actividad solar.

Con su lanzamiento en 2031, Vigil detectará eventos solares potencialmente peligrosos antes de que sean visibles desde la Tierra, lo que nos permitirá conocer con antelación sus particularidades y nos ofrecerá un tiempo invaluable para proteger las naves espaciales y la infraestructura terrestre.

Con información de ESA