La Oficina del Programa de Residuos Orbitales de la NASA está ubicada en el Centro Espacial Johnson y es el principal centro de la NASA para la investigación de desechos orbitales . Es reconocida mundialmente por su liderazgo en el tratamiento de los problemas relacionados con los desechos orbitales. La Oficina del Programa de Residuos Orbitales de la NASA ha asumido el liderazgo internacional en la realización de mediciones del entorno y en el desarrollo del consenso técnico para la adopción de medidas de mitigación para proteger a los usuarios del entorno orbital. El trabajo en el centro continúa con el desarrollo de una mejor comprensión del entorno de desechos orbitales y las medidas que se pueden tomar para controlar su crecimiento.
La investigación sobre desechos orbitales en la NASA se divide en varios esfuerzos de investigación amplios, que involucran modelado, mediciones, protección, mitigación y reingreso de desechos orbitales.
Los científicos de la NASA continúan desarrollando y mejorando los modelos de desechos orbitales para describir y caracterizar el entorno de desechos actual y futuro. Los modelos de ingeniería, como ORDEM2000 , se pueden utilizar para evaluar el riesgo de impacto de desechos en naves espaciales y satélites, incluida la Estación Espacial Internacional y el Transbordador Espacial . Los modelos evolutivos, como EVOLVE y LEGEND , están diseñados para predecir el futuro entorno de desechos. Son herramientas confiables para estudiar cómo reacciona el futuro entorno de desechos a diversas prácticas de mitigación.
ORDEM2000 fue reemplazado en 2010 por ORDEM2010 . Esta versión representa una mejora significativa en el programa de modelado de evaluación de desechos basado en datos empíricos de la ODPO de la NASA. Esta versión de la serie de larga duración incluye diez años de datos adicionales, nuevos modelos ambientales validados de alta fidelidad, nuevos procesos estadísticos para el análisis de datos y modelos, la extensión del modelado a través de GEO, la inclusión de la densidad del material de los desechos y un nuevo paquete de análisis de iglú que abarca la nave espacial, con una interfaz gráfica de usuario complementaria avanzada. [1]
Las mediciones de los desechos orbitales cercanos a la Tierra se logran mediante la realización de observaciones terrestres y espaciales del entorno de desechos orbitales. Los datos se adquieren utilizando radares terrestres y telescopios ópticos [1], telescopios espaciales y análisis de superficies de naves espaciales devueltas desde el espacio. Algunas fuentes de datos importantes han sido la Red de Vigilancia Espacial de EE. UU ., el Radar de Banda X Haystack y las superficies devueltas por Solar Max, Long Duration Exposure Facility (LDEF) y la nave espacial Space Shuttle. Los datos proporcionan la validación de los modelos ambientales e identifican la presencia de nuevas fuentes.
La protección contra los desechos orbitales implica la realización de mediciones de impacto a hipervelocidad para evaluar el riesgo que presentan los desechos orbitales para las naves espaciales en funcionamiento y el desarrollo de nuevos materiales y nuevos diseños para proporcionar una mejor protección contra el medio ambiente con una menor penalización de peso. Los datos de este trabajo proporcionan el vínculo entre el entorno definido por los modelos y el riesgo que presenta ese entorno para las naves espaciales en funcionamiento y brindan recomendaciones sobre los procedimientos de diseño y operaciones para reducir el riesgo según sea necesario. Estos datos también ayudan en el análisis e interpretación de las características del impacto en las superficies de las naves espaciales que regresan. La instalación principal para esta investigación es la Instalación de Tecnología de Impacto a Hipervelocidad (HIT-F) en el Centro de Operaciones Espaciales de la NASA en Houston, aunque existen otras instalaciones en el Centro de Operaciones Espaciales de Nuevo México y en varios laboratorios del Departamento de Defensa.
Controlar el crecimiento de la población de desechos orbitales es una alta prioridad para la NASA, los Estados Unidos y las principales naciones del mundo con programas espaciales, con el fin de preservar el espacio cercano a la Tierra para las generaciones futuras. Las medidas de mitigación pueden adoptar la forma de limitar o prevenir la creación de nuevos desechos, diseñar satélites que resistan impactos de desechos pequeños e implementar procedimientos operativos que van desde utilizar regímenes orbitales con menos desechos, adoptar actitudes específicas para las naves espaciales e incluso realizar maniobras para evitar colisiones con desechos.
En 1995, la NASA fue la primera agencia espacial del mundo en emitir un conjunto completo de directrices para la mitigación de desechos orbitales. Dos años después, el gobierno de los Estados Unidos desarrolló un conjunto de Prácticas estándar para la mitigación de desechos orbitales , basadas en las directrices de la NASA. Otros países y organizaciones, incluidos Japón , Francia , Rusia y la Agencia Espacial Europea (ESA), han seguido el ejemplo con sus propias directrices para la mitigación de desechos orbitales. En 2002, después de un esfuerzo de varios años, el Comité de Coordinación Interinstitucional de Desechos Espaciales (IADC), que comprende las agencias espaciales de 10 países, así como la ESA, adoptó un conjunto de directrices consensuadas diseñadas para mitigar el crecimiento de la población de desechos orbitales. Estas directrices se presentaron formalmente al Subcomité Científico y Técnico del Comité de las Naciones Unidas sobre la Utilización del Espacio Ultraterrestre con Fines Pacíficos en febrero de 2003.
Debido al creciente número de objetos en el espacio, la NASA ha adoptado directrices y procedimientos de evaluación para reducir el número de naves espaciales no operativas y etapas superiores de cohetes gastados que orbitan la Tierra. Un método de eliminación posterior a la misión es permitir el reingreso de estas naves espaciales, ya sea desde la desintegración orbital (entrada no controlada) o con una entrada controlada. La desintegración orbital se puede lograr encendiendo motores para reducir la altitud del perigeo de modo que la resistencia atmosférica haga que la nave espacial ingrese. Sin embargo, no se puede garantizar que la huella de impacto de los escombros supervivientes evite masas terrestres habitadas. La entrada controlada normalmente se produce utilizando una mayor cantidad de propulsor con un sistema de propulsión más grande para impulsar la nave espacial para que ingrese a la atmósfera en un ángulo de trayectoria de vuelo más pronunciado. Luego ingresará en una latitud, longitud y huella más precisas en una región de impacto casi deshabitada, generalmente ubicada en el océano.
Las naves espaciales que vuelven a entrar en órbita tras una desintegración orbital o una entrada controlada suelen romperse a altitudes de entre 84 y 72 km debido a fuerzas aerodinámicas que hacen que se excedan las cargas estructurales permitidas. Se considera que la altitud nominal de ruptura de las naves espaciales es de 78 km. Los satélites más grandes, resistentes y densos suelen romperse a altitudes inferiores. Los paneles solares suelen desprenderse del cuerpo principal de la nave espacial a unos 90-95 km debido a las fuerzas aerodinámicas que hacen que se exceda el momento de flexión permitido en el punto de unión entre el panel y la nave espacial.
Después de la ruptura de la nave espacial (o del cuerpo original), los componentes o fragmentos individuales seguirán perdiendo altitud y recibiendo aerocalentamiento hasta que se destruyan o sobrevivan al impacto contra la Tierra. Muchos componentes de naves espaciales están hechos de aluminio, que tiene un punto de fusión bajo. Como resultado, estos componentes generalmente se destruyan a una altitud mayor. Por otro lado, si un objeto está hecho de un material con un punto de fusión alto (por ejemplo, titanio, acero inoxidable, berilio, carbono-carbono), el objeto se desintegrará a una altitud menor y en muchos casos sobrevivirá. Además, si un objeto está contenido dentro de una carcasa, la carcasa debe desintegrarse antes de que el objeto interno reciba un aerocalentamiento significativo. Algunos objetos pueden tener una temperatura de punto de fusión muy alta, de modo que nunca pueden desintegrarse, pero son tan livianos (por ejemplo, las cuñas de tungsteno) que impactan con una velocidad muy baja. Como resultado, la energía cinética en el momento del impacto a veces es inferior a 15 J, un umbral por debajo del cual la probabilidad de muerte humana es muy baja. Por lo tanto, las áreas de víctimas de escombros calculadas para estos objetos no se incluyen en el área total de víctimas de escombros en un análisis de supervivencia de reingreso.
La capacidad de supervivencia de los componentes de la nave espacial para volver a entrar en el espacio se calcula mediante uno de los dos métodos de la NASA. Uno es el software de evaluación de desechos (DAS), una herramienta de software conservadora y de menor fidelidad que se encuentra en la sección "Mitigación" y el segundo es una herramienta de software más precisa y de mayor fidelidad llamada herramienta de análisis de supervivencia de reentrada de objetos (ORSAT).