Los desechos espaciales (también conocidos como basura espacial , contaminación espacial , [1] desechos espaciales , basura espacial , basura espacial o desechos cósmicos [2] ) son objetos inutilizados creados por el hombre en el espacio, principalmente en la órbita terrestre , que ya no cumplen una función útil. Entre ellos se incluyen naves espaciales abandonadas (naves espaciales no funcionales y etapas de vehículos de lanzamiento abandonadas), desechos relacionados con misiones y, particularmente numerosos en órbita terrestre, desechos de fragmentación procedentes de la desintegración de cuerpos de cohetes y naves espaciales abandonados. Además de los objetos abandonados creados por el hombre que quedan en órbita, los desechos espaciales incluyen fragmentos de desintegración, erosión o colisiones ; líquidos solidificados expulsados de naves espaciales; partículas no quemadas de motores de cohetes sólidos; e incluso motas de pintura. Los desechos espaciales representan un riesgo para las naves espaciales. [3]
Los desechos espaciales suelen ser una externalidad negativa . Crean un costo externo para otros a partir de la acción inicial de lanzar o usar una nave espacial en órbita cercana a la Tierra, un costo que normalmente no se tiene en cuenta ni se contabiliza en su totalidad [4] [5] por parte del lanzador o el propietario de la carga útil. [6] [1] [7]
Varias naves espaciales, tanto tripuladas como no tripuladas, han resultado dañadas o destruidas por desechos espaciales. Algunos participantes de la industria espacial se encargan de la medición, mitigación y posible eliminación de los desechos . [8]
En noviembre de 2022 [update], la Red de Vigilancia Espacial de Estados Unidos informó de 25.857 objetos artificiales en órbita sobre la Tierra, [9] incluidos 5.465 satélites operativos. [10] Sin embargo, estos son solo los objetos lo suficientemente grandes como para ser rastreados y en una órbita que lo haga posible. Los desechos satelitales que se encuentran en una órbita de Molniya , como la serie Kosmos Oko , podrían estar demasiado altos sobre el hemisferio norte para ser rastreados. [11] En enero de 2019 [update], se estimó que había más de 128 millones de piezas de desechos de menos de 1 cm (0,4 pulgadas), alrededor de 900.000 piezas de desechos 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. [8] Cuando los objetos más pequeños de desechos espaciales artificiales (manchas de pintura, partículas sólidas de escape de cohetes, etc.) se agrupan con micrometeoroides , las agencias espaciales a veces los denominan MMOD (Micrometeoroides y Desechos Orbitales).
Las colisiones con desechos se han convertido en un peligro para las naves espaciales. Los objetos más pequeños causan daños similares a los causados por el chorro de arena , especialmente en paneles solares y dispositivos ópticos como telescopios o rastreadores de estrellas que no pueden protegerse fácilmente con un escudo balístico . [12]
Por debajo de los 2000 km (1200 mi), los fragmentos de escombros son más densos que los meteoroides . La mayoría son polvo de motores de cohetes sólidos, escombros de erosión superficial como escamas de pintura y refrigerante congelado de satélites soviéticos de propulsión nuclear . [13] [14] [15] A modo de comparación, la Estación Espacial Internacional (ISS) orbita en el rango de 300 a 400 kilómetros (190 a 250 mi), mientras que los dos eventos de escombros grandes más recientes, la prueba de armas antisatélite china de 2007 y la colisión de satélites de 2009 , ocurrieron a una altitud de 800 a 900 kilómetros (500 a 560 mi). [16] La ISS tiene un blindaje Whipple para resistir el daño de los MMOD pequeños. Sin embargo, los escombros conocidos con una probabilidad de colisión de más de 1/10 000 se evitan maniobrando la estación.
Los desechos espaciales comenzaron a acumularse en la órbita de la Tierra con el lanzamiento del primer satélite artificial , el Sputnik 1 , en órbita en octubre de 1957. Pero incluso antes de este evento, los humanos podrían haber producido eyecciones que se convirtieron en desechos espaciales, como en la prueba Pascal B de agosto de 1957. [17] [18] Yendo más atrás, las eyecciones naturales de la Tierra han entrado en órbita.
Tras el lanzamiento del Sputnik, 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 alcanzaban la órbita, incluidos satélites, escudos protectores y etapas superiores de vehículos de lanzamiento . La NASA publicó posteriormente versiones modificadas de la base de datos en conjuntos de elementos de dos líneas , [19] y, a principios de la década de 1980, se volvieron a publicar en el sistema de tablón de anuncios CelesTrak . [20]
Los rastreadores del NORAD que alimentaban la base de datos estaban al tanto de otros objetos en órbita, muchos de los cuales eran el resultado de explosiones en órbita. [21] Algunas fueron causadas deliberadamente durante las pruebas de armas antisatélite (ASAT) en la década de 1960, y otras fueron el resultado de etapas de cohetes que explotaron en órbita cuando el combustible sobrante se expandió y rompió sus tanques. Gradualmente se desarrollaron bases de datos y sistemas de seguimiento más detallados, incluidos los diagramas de Gabbard, para mejorar el modelado de la evolución y decaimiento orbital. [22] [23]
Cuando la base de datos NORAD se hizo pública durante la década de 1970, [ aclaración necesaria ] las técnicas desarrolladas para el cinturón de asteroides se aplicaron al estudio [ ¿ por quién? ] de objetos satelitales artificiales conocidos. [ cita requerida ]
El tiempo y los efectos naturales gravitacionales y atmosféricos ayudan a limpiar los desechos espaciales. También se han propuesto diversos enfoques tecnológicos, aunque la mayoría no se han implementado. Varios académicos han observado que los factores sistémicos, políticos, legales, económicos y culturales, son el mayor impedimento para la limpieza del espacio cercano a la Tierra. Ha habido pocos incentivos comerciales para reducir los desechos espaciales, ya que el costo asociado no recae sobre la entidad que los produce, sino sobre todos los usuarios del entorno espacial que se benefician de la tecnología y el conocimiento espaciales. Se han hecho varias sugerencias para aumentar los incentivos para reducir los desechos espaciales, lo que alentaría a las empresas a ver el beneficio económico de reducir los desechos de manera más agresiva que lo que exigen los mandatos gubernamentales existentes. [24] En 1979, la NASA fundó el Programa de Desechos Orbitales para investigar medidas de mitigación de los desechos espaciales en la órbita terrestre. [25] [26]
Durante la década de 1980, la NASA y otros grupos estadounidenses intentaron limitar el crecimiento de desechos. Una solución de prueba fue implementada por McDonnell Douglas en 1981 para el vehículo de lanzamiento Delta, haciendo que el propulsor se alejara de su carga útil y ventilara cualquier combustible restante en sus tanques. [27] Esto eliminó una fuente de acumulación de presión en los tanques que anteriormente los había hecho explotar y crear desechos orbitales adicionales. [28] Otros países fueron más lentos en adoptar esta medida y, debido especialmente a una serie de lanzamientos de la Unión Soviética , el problema aumentó a lo largo de la década. [29]
A continuación se llevó a cabo una nueva serie de estudios, en los que la NASA, el NORAD y otros intentaron comprender mejor el entorno orbital, y cada uno de ellos ajustó al alza el número de fragmentos de escombros en la zona de masa crítica. Aunque en 1981 (cuando se publicó el artículo de Schefter) el número de objetos se estimó en 5.000, [21] nuevos detectores del sistema de vigilancia electroóptica del espacio profundo con base en tierra encontraron nuevos objetos. A finales de los años 90, se pensaba que la mayoría de los 28.000 objetos lanzados ya se habían desintegrado y que unos 8.500 permanecían en órbita. [30] En 2005, esta cifra se ajustó al alza a 13.000 objetos, [31] y un estudio de 2006 aumentó el número a 19.000 como resultado de un ASAT y una colisión de satélites. [32] En 2011, la NASA dijo que se estaban rastreando 22.000 objetos. [33]
Un modelo de la NASA de 2006 sugirió que si no se producían nuevos lanzamientos, el entorno mantendría la población conocida en ese momento hasta aproximadamente 2055, cuando aumentaría por sí sola. [34] [35] Richard Crowther, de la Agencia de Evaluación e Investigación de Defensa de Gran Bretaña , dijo en 2002 que creía que la cascada comenzaría alrededor de 2015. [36] La Academia Nacional de Ciencias, resumiendo la visión profesional, señaló un acuerdo generalizado de que dos bandas de espacio LEO -900 a 1.000 km (620 mi) y 1.500 km (930 mi)- ya habían pasado la densidad crítica. [37]
En la Conferencia Europea del Aire y el Espacio CEAS 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. En 2009 [update], se registraron más de 13.000 situaciones de riesgo semanalmente. [38]
Un informe de 2011 del Consejo Nacional de Investigación de Estados Unidos advirtió a la NASA de que la cantidad de desechos espaciales en órbita se encontraba en un nivel crítico. Según algunos modelos informáticos, la cantidad de desechos espaciales "ha llegado a un punto crítico, ya que hay suficientes en órbita como para colisionar continuamente y crear aún más desechos, lo que aumenta el riesgo de fallos en las naves espaciales". El informe exigía la adopción de normas internacionales que limitaran los desechos y la investigación de métodos de eliminación. [39]
En enero de 2019 [update]se estimaba que había más de 128 millones de piezas de escombros de menos de 1 cm (0,39 pulgadas) y aproximadamente 900.000 piezas de entre 1 y 10 cm. El recuento de escombros grandes (definidos como de 10 cm de diámetro o más [44] ) fue de 34.000 en 2019 [8] y al menos 37.000 en junio de 2023 [45] . El límite de medición técnica [ aclaración necesaria ] es de aproximadamente 3 mm (0,12 pulgadas). [46]
En 2020 [update], había 8.000 toneladas métricas de desechos en órbita, una cifra que se espera que aumente. [47]
En las órbitas más cercanas a la Tierra (menos de 2.000 km de altitud orbital , conocidas como órbita terrestre baja (LEO)), tradicionalmente ha habido pocas "órbitas universales" que mantengan un número de naves espaciales en anillos particulares (en contraste con GEO , una órbita única que es ampliamente utilizada por más de 500 satélites ). Actualmente hay un 85% de contaminación en LEO (Low Earth Orbit). Esto estaba empezando a cambiar en 2019, y varias empresas comenzaron a desplegar las primeras fases de 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 heliosincrónicos 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 constantes. Las órbitas heliosincrónicas son polares , lo que significa que cruzan las regiones polares. Los satélites LEO orbitan en muchos planos, normalmente hasta 15 veces al día, lo que provoca frecuentes acercamientos entre objetos. La densidad de satélites, tanto activos como abandonados, es mucho mayor en LEO. [48]
Las órbitas se ven afectadas por perturbaciones gravitacionales (que en LEO incluyen irregularidades en el campo gravitacional de la Tierra debido a variaciones en la densidad del planeta), y las colisiones pueden ocurrir desde cualquier dirección. La velocidad de impacto promedio de las colisiones en órbita terrestre baja es de 10 km/s con máximas que alcanzan más de 14 km/s debido a la excentricidad orbital . [49] La colisión de satélites de 2009 ocurrió a una velocidad de cierre de 11,7 km/s (26 000 mph), [50] creando más de 2000 fragmentos de escombros grandes. [51] Estos escombros cruzan muchas otras órbitas y aumentan el riesgo de colisión de escombros.
Se ha teorizado que una colisión suficientemente grande de naves espaciales podría potencialmente conducir a un efecto cascada, o incluso hacer que algunas órbitas terrestres bajas particulares sean efectivamente inutilizables para el uso a largo plazo por satélites en órbita, un fenómeno conocido como el síndrome de Kessler . [52] 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 desechos espaciales en la órbita terrestre baja, y se ha planteado la hipótesis de que se producirá más allá de cierta densidad crítica. [53]
Las misiones espaciales tripuladas se realizan principalmente a altitudes de 400 km (250 mi) o inferiores, donde la resistencia del aire ayuda a limpiar zonas de fragmentos. La atmósfera superior no tiene una densidad fija a ninguna altitud orbital particular; varía como resultado de las mareas atmosféricas y se expande o contrae durante períodos de tiempo más largos como resultado del clima espacial . [54] 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. [55] Otro factor fue la menor cantidad de lanzamientos por parte de Rusia; la Unión Soviética realizó la mayoría de sus lanzamientos en las décadas de 1970 y 1980. [56] : 7
A mayores altitudes, donde la resistencia del aire es menos significativa, la descomposición orbital lleva más tiempo. Una ligera resistencia atmosférica , las perturbaciones lunares , las perturbaciones de la gravedad de la Tierra, el viento solar y la presión de la radiación solar pueden hacer descender gradualmente los desechos a altitudes más bajas (donde se desintegran), pero a altitudes muy elevadas esto puede llevar siglos. [57] Aunque las órbitas de gran altitud se utilizan con menos frecuencia que las órbitas LEO y el inicio del problema es más lento, las cifras avanzan hacia el umbral crítico más rápidamente. [ contradictorio ] [ página necesaria ] [58]
Muchos satélites de comunicaciones se encuentran en órbitas geoestacionarias (GEO), agrupados sobre objetivos específicos y compartiendo la misma trayectoria orbital. Aunque las velocidades son bajas entre los objetos GEO, cuando un satélite queda abandonado (como Telstar 401 ) asume una órbita geoestacionaria; su inclinación orbital aumenta alrededor de 0,8° y su velocidad aumenta alrededor de 160 km/h (99 mph) por año. La velocidad de impacto alcanza un pico de alrededor de 1,5 km/s (0,93 mi/s). Las perturbaciones orbitales causan una deriva longitudinal de la nave espacial inoperativa y la precesión del plano orbital. Se estima que se producen aproximaciones cercanas (dentro de los 50 metros) por año. [59] Los restos de la colisión plantean un riesgo menor a corto plazo que el de una colisión LEO, pero el satélite probablemente se volvería inoperativo. Los objetos grandes, como los satélites de energía solar , son especialmente vulnerables a las colisiones. [60]
Aunque la UIT ahora exige pruebas de que un satélite puede ser movido fuera de su ranura orbital al final de su vida útil, los estudios sugieren que esto es insuficiente. [61] Dado que la órbita GEO es demasiado distante para medir con precisión objetos de menos de 1 m (3 pies 3 pulgadas), la naturaleza del problema no se conoce bien. [62] Los satélites podrían ser movidos a lugares vacíos en GEO, requiriendo menos maniobras y haciendo más fácil predecir el movimiento futuro. [63] 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 entre naves espaciales. El satélite de telecomunicaciones Olympus-1 de la Agencia Espacial Europea fue alcanzado por un meteorito el 11 de agosto de 1993 y finalmente pasó a una órbita cementerio . [64] El 29 de marzo de 2006, el satélite de comunicaciones ruso Express-AM11 fue alcanzado por un objeto desconocido y quedó inoperativo; [65] sus ingenieros tuvieron suficiente tiempo de contacto con el satélite para enviarlo a una órbita cementerio.
En 1958, los Estados Unidos de América lanzaron el Vanguard I a una órbita terrestre media (MEO). A fecha de octubre de 2009 [update], este, la etapa superior del cohete de lanzamiento del Vanguard 1 y el trozo de desecho asociado, son los objetos espaciales artificiales supervivientes más antiguos que aún siguen en órbita y se espera que lo estén hasta después del año 2250. [68] [69] A fecha de mayo de 2022 [update], la Unión de Científicos Preocupados enumeró 5.465 satélites operativos de una población conocida de 27.000 piezas de desechos orbitales rastreados por NORAD. [70] [71]
En ocasiones, los satélites se dejan en órbita cuando ya no son útiles. Muchos países exigen que los satélites pasen por un proceso de pasivación al final de su vida útil. Luego, se los impulsa a una órbita más alta, la de "cementerio", o a una órbita más baja, de corto plazo. No obstante, los satélites que se han trasladado correctamente a una órbita más alta tienen una probabilidad del ocho por ciento de sufrir una perforación y una liberación de refrigerante en un período de 50 años. El refrigerante se congela en gotitas de aleación sólida de sodio y potasio, lo que crea más desechos. [13] [72]
A pesar del uso de la pasivación, o antes de su estandarización, muchos satélites y cuerpos de cohetes han explotado o se han roto en órbita. En febrero de 2015, por ejemplo, el vuelo 13 del Programa de Satélites Meteorológicos de Defensa de la USAF (DMSP-F13) explotó en órbita, creando al menos 149 objetos de desecho, que se esperaba que permanecieran en órbita durante décadas. [73] Más tarde ese mismo año, el NOAA-16 que había sido desmantelado después de una anomalía en junio de 2014, se rompió en órbita en al menos 275 pedazos. [74] En el caso de programas más antiguos, como los satélites Meteor 2 y Kosmos de la era soviética , los fallos de diseño dieron lugar a numerosas roturas -al menos 68 en 1994- tras el desmantelamiento, lo que dio lugar a más escombros. [40]
Además de la creación accidental de escombros, algunos se han hecho intencionalmente a través de la destrucción deliberada de satélites. Esto se ha hecho como una prueba de tecnología antisatélite o de misiles antibalísticos, o para evitar que un satélite sensible sea examinado por una potencia extranjera. [40] Estados Unidos ha llevado a cabo más de 30 pruebas de armas antisatélite (ASAT), la Unión Soviética / Rusia ha realizado al menos 27, China ha realizado 10 y la India ha realizado al menos una. [75] [76] Los ASAT más recientes fueron la interceptación china del FY-1C , las pruebas rusas de su PL-19 Nudol , la interceptación estadounidense del USA-193 y la interceptación por parte de la India de un satélite activo no declarado . [76]
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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 arrojadas por cosmonautas soviéticos durante los 15 años de vida de Mir , [77] una llave inglesa y un cepillo de dientes. [78] Sunita Williams de STS-116 perdió una cámara durante una EVA. Durante una EVA STS-120 para reforzar un panel solar roto, se perdió un par de alicates, y en una EVA STS-126 , Heidemarie Stefanyshyn-Piper perdió una bolsa de herramientas del tamaño de un maletín. [79]
Una parte importante de los escombros se debe a la ruptura de las etapas superiores de los cohetes (por ejemplo, la etapa superior inercial ) debido a la descomposición del combustible no ventilado . [80] El primer caso de este tipo se produjo durante el lanzamiento del satélite Transit-4a en 1961. Dos horas después de la inserción, la etapa superior Ablestar explotó. Incluso los cohetes propulsores que no se rompen pueden ser un problema. Un importante impacto conocido involucró a un cohete propulsor Ariane (intacto) . [56] : 2
Aunque la NASA y la Fuerza Aérea de los Estados Unidos exigen ahora la pasivación de la etapa superior, otros lanzadores, como las agencias espaciales china y rusa, no lo hacen. Las etapas inferiores, como los cohetes propulsores sólidos del transbordador espacial o los vehículos de lanzamiento Saturno IB del programa Apolo , no alcanzan la órbita. [81]
Ejemplos:
Una antigua fuente de desechos fueron las pruebas de armas antisatélite (ASAT) realizadas por los Estados Unidos y la Unión Soviética durante los años 1960 y 1970. El Mando de Defensa Aeroespacial de América del Norte (NORAD) sólo recogió datos de las pruebas soviéticas, y los desechos de las pruebas estadounidenses se identificaron posteriormente. [94] Cuando se comprendió el problema de los desechos, las pruebas generalizadas de ASAT habían terminado. El Programa 437 de los Estados Unidos se cerró en 1975. [95]
Los Estados Unidos reiniciaron sus programas ASAT en la década de 1980 con el Vought ASM-135 ASAT . Una prueba de 1985 destruyó un satélite de una tonelada (2200 libras) que orbitaba a 525 km (326 mi), creando miles de desechos de más de 1 cm (0,39 pulgadas). A esta altitud, la resistencia atmosférica deterioró la órbita de la mayoría de los desechos en una década. Una moratoria de facto siguió a la prueba. [96]
El gobierno de China fue condenado por las implicaciones militares y la cantidad de escombros de la prueba de misiles antisatélite de 2007, [97] el mayor incidente de escombros espaciales en la historia (creando más de 2300 piezas del tamaño de una pelota de golf o más grandes, más de 35 000 de 1 cm (0,4 pulgadas) o más grandes, y un millón de piezas de 1 mm (0,04 pulgadas) o más grandes). El satélite objetivo orbitaba entre 850 km (530 mi) y 882 km (548 mi), la porción del espacio cercano a la Tierra más densamente poblada con satélites. [98] 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 ambiental Terra de la NASA maniobró para evitar el impacto de los escombros. [99] Brian Weeden, oficial de la Fuerza Aérea de Estados Unidos y miembro del personal de la Secure World Foundation, señaló que la explosión del satélite chino de 2007 creó desechos orbitales de más de 3.000 objetos separados que luego requirieron seguimiento. [100]
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 pensaba que transportaba 450 kg (1000 lb) de propulsor tóxico de hidracina . El incidente ocurrió a unos 250 km (155 mi) y los restos resultantes tienen un perigeo de 250 km (155 mi) o menos. [101] El misil tenía como objetivo minimizar la cantidad de restos, que (según el jefe del Comando Estratégico del Pentágono, Kevin Chilton) se habían desintegrado a principios de 2009. [102]
El 27 de marzo de 2019, el primer ministro indio, Narendra Modi, anunció que la India había derribado uno de sus propios satélites LEO con un misil terrestre. Afirmó que la operación, parte de la Misión Shakti , defendería los intereses del país en el espacio. Posteriormente, el Comando Espacial de la Fuerza Aérea de los Estados Unidos anunció que estaban rastreando 270 nuevos restos, pero esperaban que el número aumentara a medida que continúa la recopilación de datos. [103]
El 15 de noviembre de 2021, el Ministerio de Defensa ruso destruyó Kosmos 1408 [104], que orbitaba a unos 450 km, creando "más de 1.500 piezas de escombros rastreables y cientos de miles de piezas de escombros no rastreables", según el Departamento de Estado de Estados Unidos. [105]
La vulnerabilidad de los satélites a los desechos y la posibilidad de atacar satélites LEO para crear nubes de desechos ha desencadenado especulaciones sobre la posibilidad de que países incapaces de realizar un ataque de precisión. [ aclaración necesaria ] Un ataque a un satélite de 10 t (22.000 lb) o más dañaría gravemente el entorno LEO. [96]
La basura espacial puede ser un peligro para los satélites y naves espaciales en actividad. Se ha sugerido que la órbita terrestre podría incluso volverse intransitable si el riesgo de colisión se torna demasiado grande. [106] [ verificación fallida ]
Sin embargo, dado que el riesgo para las naves espaciales aumenta con la exposición a altas densidades de desechos, es más preciso decir que la órbita terrestre baja dejaría inutilizable la órbita baja. La amenaza para las naves que pasan por la órbita baja para alcanzar una órbita más alta sería mucho menor debido al breve lapso de tiempo que dura la travesía.
Aunque las naves espaciales suelen estar protegidas por escudos Whipple , los paneles solares, que están expuestos al sol, se desgastan con los impactos de baja masa. Incluso los impactos pequeños pueden producir una nube de plasma que supone un riesgo eléctrico para los paneles. [107]
Se cree que los satélites han sido destruidos por micrometeoritos y desechos orbitales (pequeños) (MMOD). La primera pérdida sospechosa fue la de Kosmos 1275 , que desapareció el 24 de julio de 1981 (un mes después del lanzamiento). Kosmos no contenía combustible volátil, por lo tanto, no parecía haber nada interno en el satélite que pudiera haber causado la explosión destructiva que tuvo lugar. Sin embargo, el caso no ha sido probado y otra hipótesis planteada es que la batería explotó. El seguimiento mostró que se rompió en 300 objetos. [108]
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 cohete de la etapa superior del Ariane 1 H-10 que explotó en noviembre de 1986. [56] : 2 El 29 de marzo de 2006, el satélite de comunicaciones ruso Ekspress-AM11 fue alcanzado por un objeto desconocido y quedó inoperativo. [65] El 13 de octubre de 2009, Terra sufrió una anomalía de fallo de una sola celda de la batería y una anomalía en el control del calentador de la batería que posteriormente se consideraron probablemente el resultado de un impacto de MMOD. [109] El 12 de marzo de 2010, Aura perdió energía de la mitad de uno de sus 11 paneles solares y esto también se atribuyó a un impacto de MMOD. [110] El 22 de mayo de 2013, GOES 13 fue alcanzado por un MMOD que le hizo perder la pista de las estrellas que utilizaba para mantener una actitud operativa. La nave tardó casi un mes en volver a funcionar. [111]
La primera colisión importante de satélites ocurrió el 10 de febrero de 2009. El satélite abandonado Kosmos 2251 de 950 kg (2090 lb) y el operativo Iridium 33 de 560 kg (1230 lb) chocaron a 500 mi (800 km) [112] 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). [113] Ambos satélites fueron destruidos, creando miles de piezas de nuevos escombros más pequeños, con problemas de responsabilidad legal y política sin resolver incluso años después. [114] [115] [116] El 22 de enero de 2013, BLITS (un satélite ruso de medición por láser) fue golpeado por escombros que se sospecha que eran de la prueba de misiles antisatélite china de 2007 , cambiando tanto su órbita como su velocidad de rotación. [117]
Los satélites a veces [ aclaración necesaria ] 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 alteró la órbita de una de sus tres [118] naves espaciales de la misión Swarm , basándose en datos del Centro de Operaciones Espaciales Conjuntas de los EE. UU ., para reducir el riesgo de colisión con Cosmos-375, un satélite ruso abandonado. [119]
Los vuelos tripulados son especialmente vulnerables a las conjunciones de desechos espaciales en la trayectoria orbital de la nave espacial. Las maniobras ocasionales de evasión o el desgaste prolongado de los desechos espaciales han afectado al transbordador espacial, la estación espacial MIR y la Estación Espacial Internacional.
Desde las primeras misiones del transbordador, la NASA utilizó las capacidades de monitoreo espacial del NORAD para evaluar la trayectoria orbital del transbordador en busca de desechos. En la década de 1980, esto consumió una gran proporción de la capacidad del NORAD. [28] La primera maniobra para evitar una colisión ocurrió durante la misión STS-48 , en septiembre de 1991, [120] un encendido de siete segundos del propulsor para evitar los desechos del satélite abandonado Kosmos 955. [ 121] Se ejecutaron maniobras similares en las misiones 53, 72 y 82. [120]
Uno de los primeros eventos que dieron 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 la STS-59 en 1994, la ventana frontal del Endeavour sufrió un hoyo de aproximadamente la mitad de su profundidad. Los impactos menores de escombros aumentaron a partir de 1998. [122]
Los daños menores en las ventanas y en los paneles del sistema de protección térmica (TPS) ya eran habituales en la década de 1990. Posteriormente, el transbordador voló con la cola por delante 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 ni durante el descenso y, por lo tanto, son menos críticos para la operación posterior al lanzamiento. Cuando volaba acoplado a la ISS , se daba la vuelta al transbordador para que la estación, mejor blindada, protegiera al orbitador. [123]
Un estudio de la NASA de 2005 concluyó que los escombros representaban aproximadamente la mitad del riesgo general para el transbordador. [123] [124] Se requería una decisión a nivel ejecutivo para proceder si el impacto catastrófico era más probable que 1 en 200. En una misión normal (en órbita baja) a la ISS, el riesgo era aproximadamente 1 en 300, pero la misión de reparación del telescopio Hubble se realizó a la altitud orbital más alta de 560 km (350 mi), 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. [125]
Los incidentes con escombros continuaron en posteriores misiones del transbordador. Durante la misión STS-115 en 2006, un fragmento de una placa de circuito perforó un pequeño agujero en los paneles del radiador de la bodega de carga del Atlantis . [126] En la misión STS-118 en 2007, los escombros abrieron un agujero similar al de una bala en el panel del radiador del Endeavour . [127]
El desgaste por impacto fue notable en la estación espacial soviética Mir , ya que permaneció en el espacio durante largos períodos con sus paneles solares originales. [128] [129]
La ISS también utiliza un blindaje Whipple para proteger su interior de escombros menores. [130] 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. [131] Por lo general, se realiza una maniobra de evitación para la ISS si "hay una probabilidad mayor de una en 10 000 de un impacto de escombros". [132] A enero de 2014 [update], se han realizado dieciséis maniobras en los quince años que la ISS ha estado en órbita. [132] Para 2019, se habían registrado más de 1400 impactos de meteoritos y desechos orbitales (MMOD) en la ISS. [133]
Como otro método para reducir el riesgo para los humanos a bordo, la dirección operativa de la ISS pidió a la tripulación que se refugiara en la Soyuz en tres ocasiones debido a advertencias tardías de proximidad a escombros. Además de los dieciséis encendidos de los propulsores y las tres órdenes de refugio de la cápsula Soyuz, una maniobra intentada no se completó debido a que no se tuvo el aviso de varios días necesario para cargar la cronología de la maniobra en la computadora de la estación. [132] [134] [135] Un evento de marzo de 2009 involucró escombros que se cree que eran un trozo de 10 cm (3,9 pulgadas) del satélite Kosmos 1275. [136] En 2013, la dirección de operaciones de la ISS no realizó una maniobra para evitar los escombros, después de realizar un récord de cuatro maniobras de escombros el año anterior. [132]
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El síndrome de Kessler, [138] [139] propuesto por el científico de la NASA Donald J. Kessler en 1978, es un escenario teórico en el que la densidad de objetos en la órbita baja terrestre (LEO) es lo suficientemente alta como para que las colisiones entre objetos puedan causar un efecto cascada donde cada colisión genera desechos espaciales que aumentan la probabilidad de colisiones futuras. [140] Además, teorizó 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 fueran económicamente imprácticos para muchas generaciones. [140]
El aumento del número de objetos como resultado de los estudios de finales de los años 1990 provocó un debate en la comunidad espacial sobre la naturaleza del problema y las advertencias previas. Según la derivación de Kessler de 1991 y las actualizaciones de 2001, [141] el entorno LEO en el rango de altitud de 1.000 km (620 mi) debería ser en cascada. Sin embargo, solo ocurrió un incidente de colisión de satélites importante: la colisión de satélites de 2009 entre Iridium 33 y Cosmos 2251. La falta de una cascada obvia a corto plazo ha llevado a la especulación de que las estimaciones originales exageraron el problema. [142] Sin embargo, según Kessler en 2010, una cascada puede no ser obvia hasta que esté muy avanzada, lo que podría llevar años. [143]
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 un trozo catalogado de escombros 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. [144] La combustión en la atmósfera contribuye a la contaminación del aire. [145] Se han encontrado numerosos tanques cilíndricos pequeños de objetos espaciales, diseñados para contener combustible o gases. [146]
Los detectores ópticos y de radar, 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 desechos de hasta 1 cm, [147] [148] sin embargo, determinar las órbitas para permitir la readquisición es difícil. La mayoría de los desechos permanecen sin observar. El Observatorio de Desechos Orbitales de la NASA rastreó los desechos espaciales con un telescopio de tránsito de espejo líquido de 3 m (10 pies) . [149] Las ondas de radio FM pueden detectar desechos, después de reflejarse en ellos hacia un receptor. [150] El seguimiento óptico puede ser un sistema de alerta temprana útil en las naves espaciales. [151]
El Comando Estratégico de los Estados Unidos mantiene un catálogo de objetos orbitales conocidos, utilizando radares y telescopios terrestres , y un telescopio espacial (originalmente para distinguirlos de los misiles hostiles). La edición de 2009 enumeraba unos 19.000 objetos. [152] Otros datos provienen del Telescopio de Desechos Espaciales de la ESA , TIRA , [153] los radares Goldstone , Haystack , [154] y EISCAT y el radar de matriz en fase Cobra Dane , [155] para ser utilizados en modelos de entorno de desechos como la Referencia del entorno terrestre de meteoritos y desechos espaciales de la ESA (MASTER).
El hardware espacial devuelto es una valiosa fuente de información sobre la distribución direccional y la composición del flujo de desechos (submilimétricos). El satélite LDEF desplegado por la misión STS-41-C Challenger y recuperado por la misión STS-32 Columbia pasó 68 meses en órbita para recopilar datos sobre desechos. El satélite EURECA , desplegado por la misión STS-46 Atlantis en 1992 y recuperado por la misión STS-57 Endeavour en 1993, también se utilizó para el estudio de los desechos. [156]
Los paneles solares del Hubble fueron devueltos por las misiones STS-61 Endeavour y STS-109 Columbia , y los cráteres de impacto fueron estudiados por la ESA para validar sus modelos. También se estudiaron los materiales devueltos por la Mir, en particular la carga útil de efectos ambientales de la Mir (que también probó materiales destinados a la ISS [157] ). [158] [159]
La nube de escombros resultante de un único evento se estudia con diagramas de dispersión conocidos como diagramas de Gabbard, en los que se representan el perigeo y el apogeo de los fragmentos con respecto a su período orbital . Si se dispone de datos, se reconstruyen los diagramas de Gabbard de la nube de escombros inicial anterior a los efectos de las perturbaciones. A menudo incluyen datos sobre fragmentos recién observados, aún no catalogados. Los diagramas de Gabbard pueden proporcionar información sobre las características de la fragmentación, la dirección y el punto de impacto. [23] [160]
En promedio, un objeto rastreado por día ha estado saliendo de órbita durante los últimos 50 años, [161] con un promedio de casi tres objetos por día en el máximo solar (debido al calentamiento y expansión de la atmósfera de la Tierra), pero uno cada tres días en el mínimo solar , generalmente cinco años y medio después. [161] Además de los efectos atmosféricos naturales, las corporaciones, académicos y agencias gubernamentales han propuesto planes y tecnología para lidiar con los desechos espaciales, pero a noviembre de 2014 [update], la mayoría de estos son teóricos y no existe un plan comercial para la reducción de desechos. [24]
Varios académicos 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. Hay pocos incentivos comerciales para actuar, ya que los costos no se asignan a los contaminadores , aunque se han sugerido varias soluciones tecnológicas. [24] Sin embargo, hasta la fecha los efectos son limitados. En los EE. UU., se ha acusado a los organismos gubernamentales de incumplir compromisos previos para limitar el crecimiento de los desechos, "y mucho menos abordar las cuestiones más complejas de la eliminación de los desechos orbitales". [162] Los diferentes métodos para la eliminación de los desechos espaciales han sido evaluados por el Consejo Asesor de la Generación Espacial , incluida la astrofísica francesa Fatoumata Kébé . [163]
En mayo de 2024, un informe de la NASA de la Oficina de Tecnología, Política y Estrategia (OTPS) presentó nuevos métodos para abordar los desechos orbitales. El informe, titulado Análisis de costos y beneficios de la mitigación, el seguimiento y la remediación de los desechos orbitales , [164] proporcionó un análisis exhaustivo que compara la relación costo-eficacia de más de diez acciones diferentes, incluido el blindaje de naves espaciales, el seguimiento de desechos más pequeños y la eliminación de desechos de gran tamaño. Al evaluar estas medidas en términos económicos, el estudio tiene como objetivo informar sobre estrategias rentables para la gestión de desechos, destacando que métodos como la rápida desorbitación de naves espaciales inactivas pueden reducir significativamente los riesgos en el espacio.
No existe ningún tratado internacional que minimice los desechos espaciales. Sin embargo, la Comisión de las Naciones Unidas sobre la Utilización del Espacio Ultraterrestre con Fines Pacíficos (COPUOS) publicó directrices voluntarias en 2007 [165], utilizando una variedad de intentos regulatorios nacionales anteriores para desarrollar estándares para la mitigación de desechos. En 2008, el comité estaba discutiendo "reglas de juego" internacionales para prevenir colisiones entre satélites. [166] En 2013, existían varios regímenes legales nacionales, [167] [168] [169] generalmente ejemplificados en las licencias de lanzamiento que se requieren para un lanzamiento en todas las naciones con capacidad espacial . [170]
En 2001, Estados Unidos emitió un conjunto de prácticas estándar para la mitigación de desechos orbitales civiles (NASA) y militares ( DoD y USAF). [171] [172] [168] El estándar preveía la eliminación para las órbitas de la misión final de una de tres maneras: 1) reentrada atmosférica donde incluso con "proyecciones conservadoras para 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": mover la nave espacial a uno de cuatro rangos muy amplios de órbitas de estacionamiento (2.000–19.700 km (1.200–12.200 mi), 20.700–35.300 km (12.900–21.900 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". [167] El estándar articulado en la opción 1, que es el estándar aplicable a la mayoría de los satélites y etapas superiores abandonadas, ha llegado a conocerse como la "regla de los 25 años". [173] Estados Unidos actualizó las Prácticas Estándar de Mitigación de Desechos Orbitales (ODMSP) en diciembre de 2019, pero no realizó cambios en la regla de los 25 años a pesar de que "[m]uchos en la comunidad espacial creen que el plazo debería ser inferior a 25 años". [174] Sin embargo, no hay consenso sobre cuál podría ser el nuevo plazo. [174]
En 2002, la Agencia Espacial Europea (ESA) colaboró con un grupo internacional para promulgar un conjunto similar de normas, también con una "regla de los 25 años" aplicable a la mayoría de los satélites en órbita terrestre y las etapas superiores. Las agencias espaciales de Europa comenzaron a desarrollar directrices técnicas a mediados de los años 1990, y ASI , UKSA , CNES , DLR y ESA firmaron un "Código de Conducta Europeo" en 2006, [169] que fue una norma predecesora del trabajo de normalización internacional de la ISO que comenzaría el año siguiente. En 2008, la ESA siguió desarrollando "sus propios "Requisitos sobre mitigación de desechos espaciales para proyectos de la Agencia" que "entraron en vigor el 1 de abril de 2008". [169]
Alemania y Francia han emitido bonos para salvaguardar la propiedad de los daños causados por los escombros. [ aclaración necesaria ] [175] La opción de "recuperación directa" (opción n.° 3 en las "prácticas estándar" de EE. UU. mencionadas anteriormente) rara vez ha sido realizada por cualquier nación espacial (excepción, USAF X-37 ) o actor comercial desde los primeros días de los vuelos espaciales debido al costo y la complejidad de lograr la recuperación directa, pero la ESA ha programado una misión de demostración para 2026 ( ClearSpace-1 ) para hacer esto con un solo satélite pequeño de 94 kg (207 lb) ( PROBA-1 ) [176] a un costo proyectado de 120 millones de euros sin incluir los costos de lanzamiento. [177]
En 2006, la Organización de Investigación Espacial de la India (ISRO) había desarrollado una serie de medios técnicos de mitigación de desechos (pasivación de la etapa superior, reservas de combustible para el movimiento a órbitas cementerio, etc.) para los vehículos de lanzamiento y satélites de la ISRO, y estaba contribuyendo activamente a la coordinación interinstitucional sobre desechos y a los esfuerzos del comité COPUOS de la ONU. [178]
En 2007, la ISO comenzó a preparar una norma internacional para la mitigación de los desechos espaciales. [179] Para 2010, la ISO había publicado "un conjunto completo de normas de ingeniería de sistemas espaciales destinadas a mitigar los desechos espaciales. [con requisitos primarios] definidos en la norma de nivel superior, ISO 24113 ". Para 2017, las normas estaban casi completas. Sin embargo, estas normas no son vinculantes para ninguna de las partes por parte de la ISO o cualquier jurisdicción internacional. Simplemente están disponibles para su uso de manera voluntaria. "Pueden ser adoptadas voluntariamente por un fabricante u operador de naves espaciales, o puestas en vigor a través de un contrato comercial entre un cliente y un proveedor, o utilizadas como base para establecer un conjunto de regulaciones nacionales sobre la mitigación de los desechos espaciales". [173]
La norma voluntaria ISO también adoptó la "regla de los 25 años" para la "región LEO protegida" por debajo de los 2000 km (1200 mi) de altitud que ha sido [update]utilizada anteriormente (y todavía lo es, a partir de 2019) por los estándares de mitigación de EE. UU., ESA y la ONU, y la 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 debería ser lo más corto posible (es decir, mucho más corto que 25 años)". [173]
Holger Krag, de la Agencia Espacial Europea, afirma que a partir de 2017 no existe un marco regulatorio internacional vinculante y que no se ha producido ningún progreso en el respectivo organismo de la ONU en Viena. [106]
A partir de la década de 2010, se suelen adoptar diversos enfoques técnicos para mitigar el crecimiento de los desechos espaciales, pero no existe ningún régimen jurídico integral ni ninguna estructura de asignación de costos para reducirlos de la misma manera que se ha reducido la contaminación terrestre desde mediados del siglo XX.
Para evitar la creación excesiva de desechos espaciales artificiales, muchos satélites (pero no todos) que se lanzan a órbitas superiores a la baja de la Tierra se lanzan inicialmente a órbitas elípticas con perigeos dentro de la atmósfera terrestre, de modo que la órbita se desintegra rápidamente y los satélites se destruyen al reingresar a la atmósfera. Para las naves espaciales en órbitas más altas se utilizan otros métodos, como la pasivación de 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 se mantienen en buen estado durante años, desorbitarse a sí mismos de las órbitas inferiores alrededor de la Tierra. Otros satélites (como muchos CubeSats) en órbitas bajas por debajo de aproximadamente 400 km (250 mi) de altitud orbital dependen de los efectos de absorción de energía de la atmósfera superior para desorbitar una nave espacial de manera confiable en semanas o meses.
Cada vez más, las etapas superiores gastadas en órbitas más altas (órbitas para las que no es posible o no está previsto desorbitarlas con un delta-v bajo) y las arquitecturas que admiten la pasivación de satélites se pasivan al final de su vida útil. Esto elimina cualquier energía interna contenida en el vehículo al final de su misión o vida útil. Si bien esto no elimina los desechos de la etapa del cohete o del satélite en sí, ahora abandonados, reduce sustancialmente la probabilidad de que la nave espacial se destruya y cree muchos fragmentos más pequeños de desechos espaciales, un fenómeno que era común en muchas de las primeras generaciones de naves espaciales estadounidenses y soviéticas [72] .
La pasivación de la etapa superior (por ejemplo, de los propulsores Delta [28] ) lograda 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. [181] SpaceX utilizó el término "pasivación propulsiva" 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 qué abarcaba todo ese término. [182]
Con una política de licencias de lanzamiento de tipo "uno arriba, uno abajo" para las órbitas terrestres, los lanzadores se encontrarían con un satélite abandonado, lo capturarían y lo sacarían de órbita aproximadamente desde el mismo plano orbital. [183] Otra posibilidad es el reabastecimiento robótico de los satélites. La NASA ha realizado experimentos [184] y SpaceX está desarrollando una tecnología de transferencia de combustible en órbita a gran escala. [185]
Otro enfoque para la mitigación de desechos consiste en diseñar explícitamente la arquitectura de la misión para dejar la segunda etapa del cohete en una órbita geocéntrica elíptica con un perigeo bajo, asegurando así una rápida descomposición orbital y evitando los desechos orbitales a largo plazo de los cuerpos gastados del cohete. En estas misiones, a menudo, se completa 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 impulso para circularizar la órbita. La propia etapa de impulso puede estar diseñada con la capacidad de exceso de propulsante para poder salir de la órbita por sí sola. [186]
Aunque la UIT exige que los satélites geoestacionarios se muevan a una órbita cementerio al final de sus vidas, las áreas orbitales seleccionadas no protegen suficientemente las rutas GEO de los desechos. [61] Las etapas de cohetes (o satélites) con suficiente combustible pueden realizar una desorbitación directa y controlada, o si esto requiere demasiado combustible, un satélite puede ser llevado a una órbita donde la resistencia atmosférica haría que finalmente se desorbitara. Esto se hizo con el satélite francés Spot-1 , reduciendo su tiempo de reentrada atmosférica de los 200 años proyectados a unos 15 al reducir su altitud de 830 km (516 mi) a unos 550 km (342 mi). [187] [188]
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 autodesintegración. El operador del satélite ( Iridium Communications ) siguió en funcionamiento durante las dos décadas de vida de los satélites (aunque con un cambio de nombre de la empresa debido a una quiebra corporativa durante el período) y, en diciembre de 2019, había "completado la eliminación del último de sus 65 satélites heredados en funcionamiento". [189] Sin embargo, este proceso dejó 30 satélites con una masa combinada de (20.400 kg (45.000 lb), o casi un tercio de la masa de esta constelación) en órbitas LEO a aproximadamente 700 km (430 mi) de altitud, donde la autodesintegración es bastante lenta. De estos satélites, 29 simplemente fallaron durante su tiempo en órbita y, por lo tanto, no pudieron salir de órbita por sí solos, mientras que uno, el Iridium 33, estuvo involucrado en la colisión de satélites de 2009 con el satélite militar ruso abandonado Kosmos-2251 . [189] No se estableció ningún plan de contingencia para la eliminación de satélites que no pudieron salir por sí solos. En 2019, el director ejecutivo de Iridium, Matt Desch, dijo que Iridium estaría dispuesta a pagar a una empresa de eliminación activa de escombros para que desorbitara sus satélites restantes de primera generación si fuera posible por un costo irrealmente bajo, digamos " US$10.000 por desorbitación", pero [él] reconoció que el precio probablemente estaría muy por debajo de lo que una empresa de eliminación 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 tiene sentido ' " . [189]
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 atadura electrodinámica a una nave espacial en el momento del lanzamiento; al final de su vida útil, la atadura se desplegaría para frenar la nave espacial. [190] Otras propuestas incluyen una etapa de refuerzo con un accesorio similar a una vela [191] y una envoltura de globo inflable grande y delgada. [192]
A finales de diciembre de 2022, la ESA llevó a cabo con éxito una demostración de un desorbitador de satélites basado en una vela de frenado, ADEO , que podría utilizarse en medidas de mitigación y forma parte de la Iniciativa Zero Debris de la ESA. Aproximadamente un año antes, China también probó una vela de frenado. [193] [194]
Se han propuesto y estudiado diversos enfoques o se han construido subsistemas terrestres para utilizar otras naves espaciales para eliminar los desechos espaciales existentes.
En una reunión celebrada en Bruselas en octubre de 2012, organizada por la Fundación Mundo Seguro (un centro de estudios estadounidense) y el Instituto Francés de Relaciones Internacionales [195] , se llegó a un consenso entre los oradores que informaron de que sería necesario retirar los restos de mayor tamaño para evitar que el riesgo para las naves espaciales se volviera inaceptable en un futuro previsible (sin que se aumentara el inventario de naves espaciales inutilizadas en la órbita terrestre baja). Hasta la fecha, en 2019, los costes de retirada y las cuestiones jurídicas sobre la propiedad y la autoridad para retirar los satélites inutilizados han obstaculizado la acción nacional o internacional. La legislación espacial actual conserva la propiedad de todos los satélites con sus operadores originales, incluso los restos o naves espaciales inutilizados o que amenacen misiones activas [196] .
A finales de la década de 2010, varias empresas hicieron planes para llevar a cabo la retirada externa de sus satélites en órbitas medias de órbita baja. Por ejemplo, OneWeb planeó utilizar la retirada automática a bordo como "plan A" para la desorbitación del satélite al final de su vida útil, pero si un satélite no pudiera retirarse por sí mismo en el plazo de un año desde el final de su vida útil, OneWeb implementaría el "plan B" y enviaría un remolcador espacial reutilizable (misión de transporte múltiple) para acoplarlo al satélite en un objetivo de captura ya incorporado mediante un dispositivo de agarre, para ser remolcado a una órbita más baja y liberado para el reingreso. [197] [198]
Una solución bien estudiada utiliza un vehículo controlado a distancia para encontrarse con los desechos, capturarlos y devolverlos a una estación central. [199] Uno de esos sistemas es Space Infrastructure Servicing, un depósito de reabastecimiento de combustible desarrollado comercialmente y una nave espacial de servicio para satélites de comunicaciones en órbita geoestacionaria originalmente programada para un lanzamiento en 2015. [200] El SIS podría "empujar satélites muertos a órbitas de cementerio". [201] La familia de etapas superiores Advanced Common Evolved Stage está siendo diseñada con un alto margen de combustible sobrante (para captura y desorbitación de objetos abandonados) y capacidad de reabastecimiento en el espacio para el alto delta-v requerido para desorbitar objetos pesados de la órbita geoestacionaria. [183] Se ha investigado un satélite tipo remolcador para arrastrar desechos a una altitud segura para que se quemen en la atmósfera. [202] Cuando se identifican desechos, el satélite crea una diferencia de potencial entre los desechos y él mismo, y luego utiliza sus propulsores para moverse a sí mismo y a los desechos a una órbita más segura.
Una variante de este enfoque es que el vehículo controlado a distancia se encuentre con los desechos, los capture temporalmente para colocar un satélite desorbitado más pequeño y arrastre los desechos con una correa hasta la ubicación deseada. La "nave nodriza" luego remolcaría la combinación de desechos y satélite pequeño para su entrada en la atmósfera o la movería a una órbita de cementerio. Uno de estos sistemas es el propuesto Busek ORbital DEbris Remover (ORDER) , que transportaría más de 40 satélites desorbitados SUL (satélites en línea umbilical) y combustible suficiente para su eliminación. [24]
El 7 de enero de 2010, Star, Incorporated informó que recibió un contrato del Comando de Sistemas de Guerra Naval y Espacial para un estudio de viabilidad de la nave espacial sin propulsante Eliminador Electrodinámico de Desechos (EDDE) para la remoción de desechos espaciales. [203] En febrero de 2012, el Centro Espacial Suizo de la Escuela Politécnica Federal de Lausana anunció el proyecto Clean Space One, un proyecto de demostración de nanosatélites para igualar la órbita de un nanosatélite suizo extinto, capturarlo y desorbitarlo juntos. [204] La misión ha visto varias evoluciones para alcanzar un modelo de captura inspirado en Pac-man. [205] En 2013, se estudió Space Sweeper con Sling-Sat (4S), un satélite de agarre que captura y expulsa desechos. [206] [ Necesita actualización ] En 2022, un satélite chino, SJ-21, tomó un satélite no utilizado y lo "arrojó" a una órbita con un menor riesgo de colisión. [207] [208]
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 (una derivación del proyecto EPFL), está programada para lanzarse en 2026. Su objetivo es retirar de la órbita el satélite PROBA-1, de 94 kg . [176] Un "perseguidor" atrapará la basura con cuatro brazos robóticos y la arrastrará hasta la atmósfera de la Tierra, donde ambos se quemarán. [177]
La escoba láser utiliza un láser terrestre para extirpar la parte delantera de los escombros, lo que produce un empuje similar al de un cohete que frena el objeto. Si se sigue utilizando, los escombros caerían lo suficiente como para verse afectados por la resistencia atmosférica. [209] [210] A finales de los años 90, el Proyecto Orión de la Fuerza Aérea de los EE. UU. era un diseño de escoba láser. [211] Aunque estaba previsto el lanzamiento de un dispositivo de prueba en un transbordador espacial en 2003, los acuerdos internacionales que prohibían las pruebas con láser potentes en órbita limitaron su uso a las mediciones. [212] El desastre del transbordador espacial Columbia en 2003 pospuso el proyecto y, según Nicholas Johnson, científico jefe y director del programa de la Oficina del Programa de Residuos Orbitales de la NASA, "hay muchos pequeños problemas en el informe final de Orión. Hay una razón por la que ha estado en el estante durante más de una década". [213]
El impulso de los fotones del rayo láser podría impartir directamente un empuje sobre los desechos lo suficiente como para mover pequeños desechos 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 trozo de basura espacial podría impartir un impulso de 1 mm (0,039 pulgadas) por segundo, y mantener el láser sobre los desechos durante unas pocas horas al día podría alterar su curso en 200 m (660 pies) por día. [214] Un inconveniente es el potencial de degradación del material; la energía puede romper los desechos, lo que se suma al problema. [215] Una propuesta similar coloca el láser en un satélite en órbita sincrónica al sol, utilizando un rayo pulsado para empujar los satélites a órbitas más bajas para acelerar su reentrada. [24] Se ha hecho una propuesta para reemplazar el láser con un pastor de rayos de iones , [216] y otras propuestas utilizan una bola espumosa de aerogel o un rocío de agua, [217] globos inflables, [218] ataduras electrodinámicas , [219] electroadhesión , [220] y armas antisatélite dedicadas. [221]
El 28 de febrero de 2014, la Agencia de Exploración Aeroespacial de Japón (JAXA) lanzó un satélite de prueba de "red espacial". El lanzamiento fue solo una prueba operativa. [222] 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 la JAXA experimentaron para sacar basura de la órbita utilizando una correa. [223] [224] El sistema no logró extender una correa de 700 metros desde un vehículo de reabastecimiento de la estación espacial que regresaba a la Tierra. [225] [226] El 6 de febrero, la misión fue declarada un fracaso y el investigador principal Koichi Inoue dijo a los periodistas que "creen que la correa no se soltó". [227]
Entre 2012 y 2018, la Agencia Espacial Europea estuvo trabajando en el diseño de una misión para retirar de la órbita desechos espaciales de gran tamaño utilizando tentáculos mecánicos o redes. La misión, e.Deorbit , tenía como objetivo retirar desechos de más de 4000 kilogramos (8800 lb) de la órbita terrestre baja. [228] Se estudiaron varias técnicas de captura, incluida una red, un arpón y una combinación de brazo robótico y mecanismo de sujeción. [229] La financiación de la misión se detuvo en 2018 a favor de la misión ClearSpace-1 , que actualmente está en desarrollo.
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 de distancia por láser, una vela de arrastre y dos CubeSats (satélites de investigación en miniatura). [230] La misión se lanzó el 2 de abril de 2018. [ cita requerida ]
CisLunar Industries desarrolla tecnologías de procesamiento de metales para fundir desechos espaciales y transformarlos en otros factores de forma útiles. Su sistema utiliza calor electromagnético para fundir el metal y darle forma de alambre, láminas y combustible metálico. [231]
En Adelaida (Australia del Sur) se ha desarrollado un sistema de propulsión denominado Neumann Drive , que se enviará por primera vez al espacio en junio de 2023. La chatarra espacial metálica se convierte en barras de combustible , que se pueden conectar al Neumann Drive, "básicamente convirtiendo el propulsor de metal sólido en plasma". El Drive será utilizado por empresas espaciales estadounidenses que ya llevan redes o brazos robóticos para capturar desechos orbitales. El propulsor permite a estos satélites regresar a la Tierra con los desechos que han recogido, lo que permite fundirlos para producir más combustible. [45]
Con el rápido desarrollo de las industrias informática y de digitalización, más países y empresas se han involucrado en actividades espaciales desde principios del siglo XX. La tragedia de los comunes es una teoría económica que se refiere a una situación en la que maximizar el interés propio mediante el uso de un recurso compartido puede conducir a la degradación del recurso compartido por todos. [232] Según la teoría, la acción racional de los individuos en el espacio conducirá a un resultado colectivo irracional: órbitas abarrotadas de desechos. Como recurso de uso común , las órbitas de la Tierra, especialmente las LEO y GEO que dan cabida a la mayoría de los satélites, no son excluibles y son rivales . [233]
Para abordar la tragedia y garantizar la sostenibilidad espacial , se han desarrollado muchos enfoques técnicos. En términos de mecanismos de gobernanza, un mecanismo centralizado de arriba hacia abajo es menos adecuado para abordar el complejo problema de los desechos debido al creciente número de actores espaciales. [234] En cambio, una forma policéntrica de gobernanza desarrollada por Elinor Ostrom puede funcionar en el espacio. [235] En el proceso de promoción de la red policéntrica, existen algunas barreras existentes que deben abordarse.
Como los desechos orbitales son un problema global que afecta tanto a las naciones espaciales como a las que no lo son, es necesario manejarlos en un contexto mundial. [232] Debido a la complejidad y dinámica de los movimientos de objetos como naves espaciales, desechos, meteoritos, etc., muchos países y regiones, incluidos Estados Unidos, Europa, Rusia y China, han desarrollado su conocimiento de la situación espacial (SSA) para evitar amenazas potenciales en el espacio o planificar acciones con anticipación. [236] Hasta cierto punto, SSA juega un papel en el seguimiento de los desechos espaciales. Para construir un sistema SSA poderoso, hay dos requisitos previos: cooperación internacional e intercambio de información y datos. [236] Sin embargo, existen limitaciones a pesar de la mejora de la calidad de los datos en las últimas décadas. Algunas potencias espaciales no están dispuestas a compartir la información que han recopilado, y aquellas, como Estados Unidos, que han compartido los datos mantienen partes de ellos en secreto. [237] En lugar de unirse de manera coordinada, una gran cantidad de programas de la SSA y bases de datos nacionales funcionan en paralelo entre sí con algunas superposiciones, lo que dificulta la formación de un sistema de monitoreo colaborativo. [237]
Algunos actores privados también están tratando de establecer sistemas de SSA. Por ejemplo, la Asociación de Datos Espaciales (SDA), formada en 2009, es una entidad no gubernamental. Actualmente consta de 21 operadores satelitales globales y 4 miembros ejecutivos: Eutelsat , Inmarsat , Intelsat y SES . La SDA es una plataforma sin fines de lucro, cuyo objetivo es evitar interferencias de radio y colisiones espaciales mediante la puesta en común de datos de operadores independientes. [236] Los investigadores sugieren que es esencial establecer un centro internacional para intercambiar información sobre desechos espaciales porque las redes SSA no son completamente iguales a los sistemas de seguimiento de desechos: los primeros se centran más en objetos activos y amenazantes en el espacio. [238] En términos de poblaciones de desechos y satélites inactivos, pocos operadores han proporcionado datos. [238]
En una red de gobernanza policéntrica, es menos probable que un recurso que no se pueda controlar de manera integral se gestione adecuadamente. [237] La falta de cooperación transnacional y de intercambio de información genera resistencia a la hora de abordar el problema de los desechos. Queda un largo camino por recorrer para construir una red mundial que abarque datos completos y tenga una sólida interconexión e interoperabilidad.
Con la comercialización de los satélites y del espacio, el sector privado se está interesando cada vez más en las actividades espaciales. Por ejemplo, SpaceX está planeando crear una red de alrededor de 12.000 satélites pequeños que puedan transmitir Internet de alta velocidad a cualquier lugar del mundo. [239] La proporción de naves espaciales comerciales ha aumentado del 4,6% en la década de 1980 al 55,6% en la década de 2010. [240] A pesar de la alta tasa de participación de las entidades comerciales, la COPUOS de la ONU una vez las excluyó deliberadamente de tener voz en las discusiones a menos que fueran invitadas formalmente por un estado miembro. [234] Ostrom dijo que la participación de todas las partes interesadas relevantes en el proceso de diseño e implementación de reglas es uno de los elementos críticos de una gobernanza exitosa. [241] La exclusión de actores privados reduce en gran medida la eficacia del papel del comité en la toma de acuerdos de elección colectiva que reflejen los intereses de todos los usuarios del espacio. [234]
La limitada participación de los actores privados ralentiza el proceso de abordar los desechos espaciales. [242] Los vínculos entre las diferentes partes interesadas en la red de gobernanza ofrecen acceso a diversos recursos. [243] Las diferentes competencias entre las partes interesadas pueden ayudar a asignar las tareas de manera más razonable. En ese caso, la experiencia y los conocimientos de los operadores privados son fundamentales para ayudar al mundo a lograr la sostenibilidad espacial. [242] Las fortalezas complementarias de las diferentes partes interesadas permiten que la red de gobernanza sea más adaptable a los cambios y alcance objetivos comunes de manera más efectiva. [243] En los últimos años, muchos actores privados han visto oportunidades comerciales en la eliminación de los desechos espaciales. Se estima que para 2022 el mercado mundial de monitoreo y eliminación de desechos generará unos ingresos de alrededor de 2.900 millones de dólares. [244] Por ejemplo, Astroscale ha contratado a agencias espaciales europeas y japonesas para desarrollar la capacidad de eliminar desechos orbitales. [245] A pesar de eso, todavía son una pequeña cantidad en comparación con el número de quienes han colocado satélites en el espacio. Privateer Space, una empresa emergente con sede en Hawái creada por el ingeniero estadounidense Alex Fielding , el ambientalista espacial Moriba Jah y el cofundador de Apple Steve Wozniak , anunció en septiembre de 2021 planes para lanzar cientos de satélites a órbita para estudiar los desechos espaciales. [246] Sin embargo, la compañía declaró que está en "modo sigiloso" y que no se han lanzado satélites de ese tipo. [246]
Afortunadamente, la exploración espacial actual no está completamente impulsada por la competencia, y aún existe una oportunidad para el diálogo y la cooperación entre todas las partes interesadas, tanto en los países desarrollados como en desarrollo, para llegar a un acuerdo sobre cómo abordar el problema de los desechos espaciales y asegurar una exploración equitativa y ordenada. [247] Además de los actores privados, la gobernanza de la red no necesariamente excluye a los estados de desempeñar un papel. En cambio, las diferentes funciones de los estados podrían promover el proceso de gobernanza. [248] Para mejorar la red de gobernanza policéntrica de los desechos espaciales, los investigadores sugieren: alentar el intercambio de datos entre diferentes bases de datos nacionales y organizacionales a nivel político; desarrollar estándares compartidos para los sistemas de recopilación de datos para mejorar la interoperabilidad; y mejorar la participación de los actores privados involucrándolos en los debates nacionales e internacionales. [237]
La cuestión de los desechos espaciales se ha planteado como un desafío de mitigación para las misiones alrededor de la Luna, con el peligro de que aumenten los desechos espaciales a su alrededor. [249] [250]
Se cree que el 4 de marzo de 2022, por primera vez, desechos espaciales humanos (muy probablemente un cuerpo de cohete gastado , la tercera etapa Long March 3C de la misión Chang'e 5 T1 de 2014) impactaron involuntariamente la superficie lunar , creando un doble cráter inesperado. [251] [252]
En 2022, se encontraron varios elementos de desechos espaciales en Marte: la carcasa trasera de Perseverance se encontró en la superficie del cráter Jezero, [253] y un trozo de una manta térmica que puede haber provenido de la etapa de descenso del rover. [254] [255]
A partir de febrero de 2024 [update], Marte está cubierto por unas siete toneladas de desechos de origen humano. La mayor parte consiste en naves espaciales estrelladas e inactivas, así como en componentes desechados. [256] [257]
Hasta el fin del mundo (1991) es un drama de ciencia ficción francés ambientado en el contexto de un satélite nuclear indio fuera de control, que se prevé que vuelva a entrar en la atmósfera, amenazando vastas áreas pobladas de la Tierra. [258]
Gravity , una película de supervivencia de 2013 dirigida por Alfonso Cuarón , trata sobre un desastre en una misión espacial causado por el síndrome de Kessler. [259]
En la temporada 1 de Love, Death & Robots (2019), el episodio 11, "Mano amiga", gira en torno a una astronauta que es golpeada por un tornillo de escombros espaciales que la arroja de un satélite en órbita. [260]
El manga y anime Planetes cuenta la historia de una tripulación de una estación de desechos espaciales que recoge y elimina desechos espaciales. [261]
Además de los desechos espaciales como tema de las historias de ciencia ficción, otras historias los presentan como un reservorio para la historia, como en las historias sobre recolectores de basura espacial como Space Sweepers (2021), o como resultado o entorno de la historia.
Delta upper stage: There were several events for Delta second stages due to residual propellants until depletion burns were introduced in 1981.
{{cite journal}}: CS1 maint: numeric names: authors list (link)Russia: 20 co-orbital tests, 7 ground/air launched tests.
Despite growing concern about the threat posed by orbital debris, and language in U.S. national space policy directing government agencies to study debris cleanup technologies, many in the space community worry that the government is not doing enough to implement that policy.
the first update of the guidelines since their publication in 2001, and reflect a better understanding of satellite operations and other technical issues that contribute to the growing population of orbital debris. ...[The new 2019 guidelines] did not address one of the biggest issues regarding debris mitigation: whether to reduce the 25-year timeframe for deorbiting satellites after the end of their mission. Many in the space community believe that timeframe should be less than 25 years.
