Los desechos espaciales (también conocidos como basura espacial , contaminación espacial , [1] desechos espaciales , basura espacial , basura espacial o desechos cósmicos [2] ) son objetos extintos fabricados por el hombre en el espacio, principalmente en la órbita terrestre , que ya no sirven como función útil. Estos incluyen naves espaciales abandonadas (naves espaciales no funcionales y etapas de vehículos de lanzamiento abandonadas), desechos relacionados con la misión y particularmente numerosos desechos de fragmentación en la órbita terrestre provenientes de la desintegración de cuerpos de cohetes y naves espaciales abandonados. Además de los objetos abandonados fabricados 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 manchas de pintura. Los desechos espaciales representan un riesgo para las naves espaciales. [3]
Los desechos espaciales suelen ser una externalidad negativa . Crea un costo externo para otros a partir de la acción inicial de lanzar o utilizar una nave espacial en órbita cercana a la Tierra, un costo que normalmente el lanzador o el propietario de la carga útil no tienen en cuenta ni lo justifican en su totalidad [ 4] [5] . [6] [1] [7]
Varias naves espaciales, tanto con tripulación como sin tripulación, han resultado dañadas o destruidas por los desechos espaciales. Algunos participantes de la industria espacial llevan a cabo la medición, mitigación y posible eliminación de desechos . [8]
En noviembre de 2022 [update], la Red de Vigilancia Espacial de EE. UU. informó sobre 25.857 objetos artificiales en órbita sobre la Tierra, [9] incluidos 5.465 satélites operativos. [10] Sin embargo, estos son sólo los objetos lo suficientemente grandes como para ser rastreados y en una órbita que hace posible el seguimiento. Los restos de satélites que se encuentran en una órbita Molniya , como la serie Kosmos Oko , podrían estar demasiado por encima del hemisferio norte para ser rastreados. [11] En enero de 2019 [update], se estimaba que había más de 128 millones de piezas de escombros de menos de 1 cm (0,4 pulgadas), alrededor de 900.000 piezas de escombros de 1 a 10 cm y alrededor de 34.000 piezas de más de 10 cm (3,9 pulgadas). estar en órbita alrededor de la Tierra. [8] Cuando los objetos más pequeños de desechos espaciales artificiales (motas de pintura, partículas sólidas de escape de cohetes, etc.) se agrupan con micrometeoroides , las agencias espaciales a veces se refieren a ellos como MMOD (Micrometeoroid and Orbital Debris).
Las colisiones con escombros se han convertido en un peligro para las naves espaciales. Los objetos más pequeños causan daños similares al chorro de arena , especialmente en paneles solares y elementos ópticos como telescopios o rastreadores de estrellas que no pueden protegerse fácilmente con un escudo balístico . [12]
Por debajo de los 2.000 km (1.200 millas), los trozos de escombros son más densos que los meteoroides . La mayoría son polvo de motores de cohetes sólidos, restos de erosión de superficies como escamas de pintura y refrigerante congelado de satélites soviéticos de propulsión nuclear . [13] [14] [15] A modo de comparación, la Estación Espacial Internacional orbita en un rango de 300 a 400 kilómetros (190 a 250 millas), mientras que los dos grandes eventos de escombros más recientes, la prueba de arma antisatélite china de 2007 y el satélite de 2009 La colisión se produjo a una altitud de 800 a 900 kilómetros (500 a 560 millas). [16] La ISS tiene blindaje Whipple para resistir el daño de pequeños MMOD. Sin embargo, maniobrando la estación se evitan restos conocidos con una probabilidad de colisión superior a 1/10.000 .
Los desechos espaciales comenzaron a acumularse en la órbita terrestre con el lanzamiento del primer satélite artificial , el Sputnik 1 , a la 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 el Pascal B de agosto de 1957. prueba . [17] [18] Si nos remontamos más atrás, las eyecciones naturales de la Tierra han entrado en órbita.
Después del 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 objetos que alcanzan la órbita, incluidos satélites, escudos protectores y etapas superiores de los vehículos de lanzamiento . Posteriormente, la NASA publicó 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 de NORAD que alimentaron la base de datos conocían otros objetos en órbita, muchos de los cuales eran el resultado de explosiones en órbita. [21] Algunos fueron causados deliberadamente durante las pruebas de armas antisatélite (ASAT) en la década de 1960, y otros fueron el resultado de etapas de cohetes que explotaron en órbita cuando el propulsor sobrante se expandió y rompió sus tanques. Poco a poco se desarrollaron bases de datos y sistemas de seguimiento más detallados, incluidos diagramas de Gabbard, para mejorar la modelización de la evolución y la desintegración orbitales. [22] [23]
Cuando la base de datos NORAD estuvo disponible públicamente durante la década de 1970, [ se necesita aclaración ] se aplicaron al estudio técnicas desarrolladas para el cinturón de asteroides [¿ por quién? ] de objetos satelitales artificiales conocidos. [ cita necesaria ]
El tiempo y los efectos gravitacionales/atmosféricos naturales ayudan a eliminar los desechos espaciales. También se han propuesto una variedad de 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 en la entidad que los produce. Más bien, el costo recae sobre todos los usuarios del entorno espacial que se benefician de la tecnología y los conocimientos espaciales. Se han hecho varias sugerencias para aumentar los incentivos para reducir los desechos espaciales. Esto alienta a las empresas a ver el beneficio económico de reducir los desechos de manera más agresiva de lo que requieren 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 escombros. McDonnell Douglas implementó una solución de prueba en 1981 para el vehículo de lanzamiento Delta al alejar el propulsor de su carga útil y ventilar cualquier propulsor restante en sus tanques. [27] Esto eliminó una fuente de acumulación de presión en los tanques que previamente había causado que explotaran y crearan desechos orbitales adicionales. [28] Otros países tardaron más en adoptar esta medida y, debido especialmente a una serie de lanzamientos por parte de la Unión Soviética , el problema creció a lo largo de la década. [29]
Siguió una nueva batería de estudios mientras la NASA, NORAD y otros intentaban comprender mejor el entorno orbital, y cada uno de ellos ajustaba hacia arriba 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 estimaba en 5.000, [21] nuevos detectores en el sistema terrestre electroóptico de vigilancia del espacio profundo encontraron nuevos objetos. A finales de la década de 1990, se pensaba que la mayoría de los 28.000 objetos lanzados ya se habían desintegrado y alrededor de 8.500 permanecían en órbita. [30] En 2005, esto se ajustó hacia arriba a 13.000 objetos, [31] y un estudio de 2006 aumentó el número a 19.000 como resultado de una colisión de un ASAT y un satélite. [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 realizaban nuevos lanzamientos, el medio ambiente retendría la población entonces conocida hasta aproximadamente 2055, cuando aumentaría por sí sola. [34] [35] Richard Crowther, de la Agencia de Investigación y Evaluación de la Defensa de Gran Bretaña , dijo en 2002 que creía que la cascada comenzaría alrededor de 2015. [36] La Academia Nacional de Ciencias, resumiendo la opinión profesional, señaló un acuerdo generalizado de que dos bandas de LEO El espacio (de 900 a 1000 km (620 mi) y 1500 km (930 mi)) ya había superado 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 cuadriplicaría en los próximos 50 años. En 2009 [update], se rastrearon semanalmente más de 13.000 situaciones cercanas a la situación. [38]
Un informe de 2011 del Consejo Nacional de Investigación de Estados Unidos advirtió a la NASA que la cantidad de desechos espaciales en órbita se encontraba en un nivel crítico. Según algunos modelos informáticos, la cantidad de desechos espaciales "ha alcanzado un punto de inflexión, con suficientes actualmente en órbita para colisionar continuamente y crear aún más desechos, aumentando el riesgo de fallas de las naves espaciales". El informe pide regulaciones internacionales que limiten 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 10 cm de ancho 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 [ se necesita aclaración ] es c. 3 mm (0,12 pulgadas). [46]
En 2020 [update], había 8.000 toneladas métricas de escombros en órbita, cifra que se espera que aumente. [47]
En las órbitas más cercanas a la Tierra (menos de 2.000 km (1.200 millas) de altitud orbital , conocidas como órbita terrestre baja (LEO), tradicionalmente ha habido pocas "órbitas universales" que mantengan una serie de naves espaciales en anillos particulares (en contraste a GEO , una órbita única ampliamente utilizada por más de 500 satélites ). Esto está empezando a cambiar en 2019, y varias empresas han comenzado a desplegar las primeras fases de constelaciones de Internet por satélite , que tendrán muchas órbitas universales en LEO con entre 30 y 50 satélites por plano orbital y altitud. Tradicionalmente, las órbitas LEO más pobladas han sido una serie de satélites sincrónicos con el Sol que mantienen un ángulo constante entre el Sol y el plano orbital , lo que facilita la observación de la Tierra con un ángulo e iluminación constantes del Sol. 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 del campo gravitacional de la Tierra debido a variaciones en la densidad del planeta) y las colisiones pueden ocurrir desde cualquier dirección. La velocidad media de impacto de las colisiones en la órbita terrestre baja es de 10 km/s y los máximos superan los 14 km/s debido a la excentricidad orbital . [49] La colisión del satélite de 2009 se produjo a una velocidad de aproximación de 11,7 km/s (26.000 mph), [50] creando más de 2.000 fragmentos de escombros grandes. [51] Estos desechos cruzan muchas otras órbitas y aumentan el riesgo de colisión de desechos.
Se teoriza que una colisión suficientemente grande de naves espaciales podría conducir potencialmente a un efecto en cascada, o incluso hacer que algunas órbitas terrestres bajas particulares sean efectivamente inutilizables para el uso a largo plazo por parte de satélites en órbita, un fenómeno conocido como síndrome de Kessler . [52] Se prevé que el efecto teórico será una reacción teórica en cadena descontrolada de colisiones que podrían ocurrir, aumentando exponencialmente el número y la densidad de los desechos espaciales en la órbita terrestre baja, y se ha planteado la hipótesis de que se producirá más allá de cierta densidad crítica. [53]
Las misiones espaciales tripuladas se realizan principalmente a 400 km (250 millas) de altitud o menos, donde la resistencia del aire ayuda a limpiar zonas de fragmentos. La atmósfera superior no tiene una densidad fija en 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 en 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 el menor número 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 desintegración orbital tarda más. 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 llevar gradualmente los escombros a altitudes más bajas (donde se desintegran), pero en altitudes muy elevadas esto puede llevar siglos. [57] Aunque las órbitas de gran altitud se utilizan con menos frecuencia que LEO y la aparición del problema es más lenta, 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 geosincrónica; su inclinación orbital aumenta aproximadamente 0,8° y su velocidad aumenta aproximadamente 160 km/h (99 mph) por año. La velocidad del impacto alcanza su punto máximo a aproximadamente 1,5 km/s (0,93 mi/s). Las perturbaciones orbitales provocan una deriva longitudinal de la nave espacial inoperable y una precesión del plano orbital. Se estima que las aproximaciones cercanas (dentro de los 50 metros) son una por año. [59] Los escombros de la colisión plantean menos riesgo a corto plazo que los de una colisión LEO, pero el satélite probablemente quedaría inoperable. Los objetos grandes, como los satélites que funcionan con energía solar , son especialmente vulnerables a las colisiones. [60]
Aunque la UIT ahora exige pruebas de que un satélite puede sacarse de su posición orbital al final de su vida útil, los estudios sugieren que esto es insuficiente. [61] Dado que la órbita GEO está 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 trasladarse a lugares vacíos en GEO, lo que requeriría menos maniobras y facilitaría la predicción de movimientos futuros. [63] Los satélites o propulsores en otras órbitas, especialmente varados en la órbita de transferencia geoestacionaria , son una preocupación adicional debido a su velocidad de cruce típicamente alta.
A pesar de los esfuerzos por reducir el riesgo, se han producido colisiones de naves espaciales. El satélite de telecomunicaciones Olympus-1 de la Agencia Espacial Europea fue alcanzado por un meteoroide el 11 de agosto de 1993 y finalmente pasó a una órbita de cementerio . [64] El 29 de marzo de 2006, el satélite de comunicaciones ruso Express-AM11 fue alcanzado por un objeto desconocido y quedó inoperable; [65] sus ingenieros tuvieron suficiente tiempo de contacto con el satélite para enviarlo a una órbita de cementerio.
En 1958, los Estados Unidos de América lanzaron el Vanguard I a una órbita terrestre media (MEO). En octubre de 2009 [update], la etapa superior del cohete de lanzamiento Vanguard 1 y los restos asociados son los objetos espaciales artificiales supervivientes más antiguos que aún están en órbita y se espera que lo estén hasta después del año 2250. [ 68] [69] En 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]
Ocasionalmente, los satélites se dejan en órbita cuando ya no son útiles; muchos países exigen que los satélites pasen por una pasivación al final de su vida. Luego, los satélites son impulsados a una órbita más alta, "cementerio", o a una órbita más baja y de corto plazo. No obstante, los satélites que han sido movidos adecuadamente a una órbita más alta tienen una probabilidad del ocho por ciento de sufrir pinchazos y liberación de refrigerante en un período de 50 años. El refrigerante se congela en gotas de aleación sólida de sodio y potasio, lo que genera más desechos. [13] [72]
A pesar del uso de la pasivación, o antes de su estandarización, muchos satélites y cuerpos de cohetes explotaron o se rompieron 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 escombros, que se esperaba que permanecieran en órbita durante décadas. [73] Más tarde, ese mismo año, 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 provocaron numerosas desintegraciones (al menos 68 en 1994) tras su desmantelamiento, lo que dio lugar a más escombros. [40]
Además de la creación accidental de escombros, algunos se han producido intencionalmente mediante la destrucción deliberada de satélites. Esto se ha hecho como prueba de tecnología antisatélite o de misiles antibalísticos, o para evitar que una potencia extranjera examine un satélite sensible. [40] Estados Unidos ha realizado 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 vivo 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 la misión STS-88, bolsas de basura desechadas por los cosmonautas soviéticos durante la misión Mir . 15 años de vida, [77] una llave inglesa y un cepillo de dientes. [78] Sunita Williams de STS-116 perdió una cámara durante un EVA. Durante un EVA STS-120 para reforzar un panel solar roto, se perdieron un par de alicates, y en un EVA STS-126 , Heidemarie Stefanyshyn-Piper perdió una bolsa de herramientas del tamaño de un maletín. [79]
Una parte importante de los desechos se debe a la rotura de las etapas superiores del cohete (por ejemplo, la etapa superior inercial ) debido a la descomposición del combustible no ventilado . [80] El primer caso de este tipo involucró el lanzamiento del satélite Transit-4a en 1961. Dos horas después de la inserción, la etapa superior Ablestar explotó. Pero incluso los propulsores que no se desintegran pueden ser un problema. Un evento de impacto importante conocido involucró a un propulsor Ariane (intacto) . [56] : 2
Aunque la NASA y la Fuerza Aérea de los Estados Unidos ahora exigen la pasivación de la etapa superior, otros lanzadores –como las agencias espaciales china y rusa– no lo hacen. Las etapas inferiores, como los propulsores de cohetes sólidos del transbordador espacial o los vehículos de lanzamiento Saturn IB del programa Apollo , no llegan a la órbita. [81]
Ejemplos:
Una antigua fuente de desechos fueron las pruebas de armas antisatélite (ASAT) realizadas por Estados Unidos y la Unión Soviética durante las décadas de 1960 y 1970. El Comando de Defensa Aeroespacial de América del Norte (NORAD) solo recopiló datos de las pruebas soviéticas, y posteriormente se identificaron restos de las pruebas estadounidenses. [94] Cuando se entendió el problema de los escombros, las pruebas ASAT generalizadas habían terminado. El Programa 437 de Estados Unidos se cerró en 1975. [95]
Estados Unidos reinició sus programas ASAT en la década de 1980 con el Vought ASM-135 ASAT . Una prueba de 1985 destruyó un satélite de 1 tonelada (2200 libras) que orbitaba a 525 km (326 millas), creando miles de escombros de más de 1 cm (0,39 pulgadas). A esta altitud, la resistencia atmosférica descompuso la órbita de la mayoría de los escombros en una década. A la prueba le siguió una moratoria de facto . [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 desechos espaciales de la historia (creando más de 2.300 piezas del tamaño de una pelota de golf o más, más de 35.000 de 1 cm ( 0,4 pulgadas) o más, y un millón de piezas de 1 mm (0,04 pulgadas) o más). 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 de 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 EE. UU. y miembro del personal de la Fundación Mundo Seguro, 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 cree que transporta 450 kg (1000 lb) de propulsor tóxico de hidracina . El evento ocurrió a unos 250 km (155 millas) y los escombros resultantes tienen un perigeo de 250 km (155 millas) o menos. [101] El misil tenía como objetivo minimizar la cantidad de escombros que (según el jefe del Comando Estratégico del Pentágono, Kevin Chilton) se habían descompuesto a principios de 2009. [102]
El 27 de marzo de 2019, el primer ministro indio, Narendra Modi, anunció que India derribó uno de sus propios satélites LEO con un misil terrestre. Afirmó que la operación, que forma parte de la Misión Shakti , defendería los intereses del país en el espacio. Posteriormente, el Comando Espacial de la Fuerza Aérea de EE. UU . anunció que estaban rastreando 270 nuevos restos, pero esperaba que el número aumentara a medida que continuara la recopilación de datos. [103]
El 15 de noviembre de 2021, el Ministerio de Defensa ruso destruyó el Kosmos 1408 [104] que orbitaba a unos 450 km, creando "más de 1.500 restos rastreables y cientos de miles de restos no rastreables", según el Departamento de Estado de Estados Unidos. [105]
La vulnerabilidad de los satélites a los escombros y la posibilidad de atacar satélites LEO para crear nubes de escombros ha provocado especulaciones de que es posible que los países no puedan realizar un ataque de precisión. [ se necesita aclaración ] 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 activos. Se ha sugerido que la órbita de la Tierra podría incluso volverse intransitable si el riesgo de colisión fuera 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 exacto decir que LEO quedaría inutilizable por las naves en órbita. La amenaza para las naves que pasen por LEO para alcanzar una órbita más alta sería mucho menor debido al muy corto período de tiempo del cruce.
Aunque las naves espaciales suelen estar protegidas por escudos Whipple , los paneles solares, que están expuestos al Sol, se desgastan por impactos de baja masa. Incluso pequeños impactos 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 (pequeños) desechos orbitales (MMOD). La primera pérdida sospechada fue la del 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 destructiva explosión 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 dividió en 300 nuevos 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 propulsor de etapa superior Ariane-1 H-10 que explotó en noviembre de 1986. [56] : 2 El 29 de marzo de 2006, el sistema de comunicaciones ruso Ekspress-AM11 El satélite fue golpeado por un objeto desconocido y quedó inoperable. [65] El 13 de octubre de 2009, Terra sufrió una anomalía de falla de una sola celda de batería y una anomalía de control del calentador de la batería que posteriormente se consideraron probablemente como resultado de un ataque MMOD. [109] El 12 de marzo de 2010, Aura se quedó sin energía en la mitad de uno de sus 11 paneles solares y esto también se atribuyó a una huelga 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 espacial tardó casi un mes en volver a funcionar. [111]
La primera colisión importante de satélites se produjo el 10 de febrero de 2009. El satélite abandonado Kosmos 2251 de 950 kg (2090 lb) y el Iridium 33 operativo de 560 kg (1230 lb) colisionaron a 800 km (500 millas) [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 pedazos 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 alcance láser) fue alcanzado por escombros que se sospecha que provienen de la prueba de misiles antisatélite chinos de 2007 , cambiando tanto su órbita como su velocidad de rotación. [117]
A veces los satélites [ se necesita aclaración ] realizan maniobras para evitar colisiones y los operadores de satélites pueden monitorear los desechos espaciales como parte de la planificación de maniobras. Por ejemplo, en enero de 2017, la Agencia Espacial Europea tomó la decisión de alterar la órbita de una de sus tres [118] naves espaciales de la misión Swarm , basándose en datos del Centro Conjunto de Operaciones Espaciales de EE. UU ., para reducir el riesgo de colisión del Cosmos-375. , un satélite ruso abandonado. [119]
Los vuelos tripulados son particularmente vulnerables a las conjunciones de desechos espaciales en la trayectoria orbital de la nave espacial. Las maniobras ocasionales de evasión o el desgaste a largo plazo 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 de 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 de NORAD. [28] La primera maniobra para evitar colisiones se produjo durante la STS-48 , en septiembre de 1991, [120] un propulsor encendido durante siete segundos para evitar los escombros del satélite abandonado Kosmos 955 . [121] Se ejecutaron maniobras similares en las misiones 53, 72 y 82. [120]
Uno de los primeros acontecimientos en los que se dio a conocer el problema de los desechos ocurrió en el segundo vuelo del transbordador espacial Challenger , STS-7. Una mota de pintura golpeó la ventana delantera, creando un hoyo de más de 1 mm (0,04 pulgadas) de ancho. En la misión STS-59 de 1994, la ventana delantera del Endeavor tenía picaduras aproximadamente a la mitad de su profundidad. Los impactos menores de escombros aumentaron desde 1998. [122]
En los años 90 ya eran habituales los desconchones de las ventanas y los pequeños daños en las losas del sistema de protección térmica (TPS). Posteriormente, el Shuttle voló con la cola primero para soportar 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 , un transbordador se giraba 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 total 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 (órbita baja) a la ISS, el riesgo era aproximadamente 1 en 300, pero el telescopio Hubble La misión de reparación se realizó a la altitud orbital más alta de 560 km (350 millas), donde el riesgo se calculó inicialmente en 1 en 185 (debido en parte a la colisión del satélite de 2009). Un nuevo análisis con mejores cifras de escombros redujo el riesgo estimado a 1 entre 221 y la misión siguió adelante. [125]
Los incidentes con escombros continuaron en misiones posteriores del Transbordador. Durante la misión STS-115 en 2006, un fragmento de placa de circuito perforó un pequeño agujero a través de los paneles del radiador en el compartimento de carga del Atlantis . [126] En STS-118 en 2007, los escombros abrieron un agujero similar a una bala a través del 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 de módulos solares originales. [128] [129]
La ISS también utiliza 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 evasión para la ISS si "hay una probabilidad mayor de una entre 10.000 de que choquen escombros". [132] Hasta enero de 2014 [update], se han realizado dieciséis maniobras en los quince años que la ISS estuvo en órbita. [132] Para 2019, se habían registrado en la ISS más de 1.400 impactos de meteoroides y desechos orbitales (MMOD). [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 de escombros. Además de los dieciséis disparos de propulsores y tres órdenes de refugio de cápsulas Soyuz, un intento de maniobra no se completó debido a que no se tuvo la advertencia de varios días necesaria para cargar el cronograma de maniobra en la computadora de la estación. [132] [134] [135] Un evento de marzo de 2009 involucró escombros que se cree que son una pieza de 10 cm (3,9 pulgadas) del satélite Kosmos 1275. [136] En 2013, la dirección de operaciones de la ISS no realizó ninguna maniobra para evitar los escombros, después de realizar un récord de cuatro maniobras con 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 terrestre baja (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 futuras colisiones. [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 sean económicamente imprácticos durante muchas generaciones. [140]
El crecimiento en el número de objetos como resultado de los estudios de finales de la década de 1990 provocó un debate en la comunidad espacial sobre la naturaleza del problema y las terribles advertencias anteriores. 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 millas) debería estar en cascada. Sin embargo, sólo se produjo un incidente importante de colisión de satélites: la colisión de satélites de 2009 entre Iridium 33 y Cosmos 2251. La falta de una cascada obvia a corto plazo ha llevado a especular 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 desechos se queman en la atmósfera, los objetos más grandes pueden llegar intactos al suelo. Según la NASA, durante los últimos 50 años, un promedio de un trozo de escombros catalogado ha caído a la Tierra cada día. A pesar de su tamaño, los escombros no han causado daños materiales significativos. [144] La quema en la atmósfera contribuye a la contaminación del aire. [145] Se han encontrado numerosos pequeños tanques cilíndricos 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 desechos espaciales. Aunque los objetos de menos de 10 cm (4 pulgadas) tienen una estabilidad orbital reducida, se pueden rastrear desechos tan pequeños como 1 cm, [147] [148] sin embargo, determinar las órbitas para permitir la readquisición es difícil. La mayoría de los escombros pasan desapercibidos. 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 un receptor. [150] El seguimiento óptico puede ser un sistema útil de alerta temprana en naves espaciales. [151]
El Comando Estratégico de 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 enumeró alrededor de 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 entornos de desechos como el Referencia del entorno terrestre de meteoroides 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 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 Endeavor en 1993, también se utilizó para el estudio de desechos. [156]
Los paneles solares del Hubble fueron devueltos por las misiones STS-61 Endeavor y STS-109 Columbia , y los cráteres de impacto 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]
Una nube de escombros resultante de un único evento se estudia con diagramas de dispersión conocidos como diagramas de Gabbard, donde se traza el perigeo y el apogeo de los fragmentos con respecto a su período orbital . Se reconstruyen los diagramas de Gabbard de las primeras nubes de escombros antes de los efectos de las perturbaciones, si los datos estuvieran disponibles. A menudo incluyen datos sobre fragmentos recientemente observados y aún no catalogados. Los diagramas de Gabbard pueden proporcionar información importante sobre las características de la fragmentación, la dirección y el punto de impacto. [23] [160]
Un promedio de aproximadamente un objeto rastreado por día ha estado saliendo de órbita durante los últimos 50 años, [161] 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 aproximadamente cada tres días de mínimo solar , normalmente cinco años y medio después. [161] Además de los efectos atmosféricos naturales, corporaciones, académicos y agencias gubernamentales han propuesto planes y tecnología para lidiar con los desechos espaciales, pero a noviembre de 2014 [update], la mayoría de ellos son teóricos y no existe ningún plan de negocios para la reducción de desechos. [24]
Varios estudiosos también han observado que los factores institucionales –las "reglas del juego" políticas, jurídicas, 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 quienes contaminan , aunque se han sugerido varias soluciones tecnológicas. [24] Sin embargo, los efectos hasta la fecha son limitados. En Estados Unidos, los organismos gubernamentales han sido acusados de retroceder en compromisos anteriores para limitar el crecimiento de desechos, "y mucho menos abordar las cuestiones más complejas de la eliminación de desechos orbitales". [162] Los diferentes métodos para la eliminación de desechos espaciales han sido evaluados por el Consejo Asesor de Generación Espacial , incluida la astrofísica francesa Fatoumata Kébé . [163]
No existe ningún tratado internacional que minimice los desechos espaciales. Sin embargo, el Comité de las Naciones Unidas sobre los Usos del Espacio Ultraterrestre con Fines Pacíficos (COPUOS) publicó directrices voluntarias en 2007, [164] utilizando una variedad de intentos regulatorios nacionales anteriores para desarrollar estándares para la mitigación de desechos. En 2008, el comité estaba discutiendo "reglas de tránsito" internacionales para evitar colisiones entre satélites. [165] En 2013, existían varios regímenes legales nacionales, [166] [167] [168] típicamente ejemplificados en las licencias de lanzamiento que se requieren para un lanzamiento en todas las naciones con capacidad espacial . [169]
Estados Unidos emitió un conjunto de prácticas estándar para la mitigación de desechos orbitales civiles (NASA) y militares ( DoD y USAF) en 2001. [170] [171] [167] El estándar preveía la eliminación de 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) maniobrar a una "órbita de almacenamiento": mover la nave espacial a uno de los cuatro rangos de órbita de estacionamiento muy amplios (2000 a 19 700 km (1200 a 12 200 millas), 20 700 a 35 300 km (12 900 a 21 900 millas), por encima de 36 100 km (22 400 millas). mi), o fuera de la órbita terrestre completamente y dentro de cualquier órbita heliocéntrica ; 3) "Recuperación directa: recuperar la estructura y retirarla de la órbita tan pronto como sea posible después de completar la misión". [166] La norma articulada en la opción 1, que es la norma aplicable a la mayoría de los satélites y etapas superiores abandonadas lanzadas, ha llegado a conocerse como la "regla de los 25 años". [172] 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]ualquiera en la comunidad espacial cree que el plazo debería ser inferior a 25 años". ". [173] Sin embargo, no hay consenso sobre cuál podría ser el nuevo calendario. [173]
En 2002, la Agencia Espacial Europea (ESA) trabajó con un grupo internacional para promulgar un conjunto similar de estándares, también con una "regla de 25 años" que se aplica a la mayoría de los satélites y etapas superiores de la órbita terrestre. Las agencias espaciales en Europa comenzaron a desarrollar directrices técnicas a mediados de la década de 1990, y ASI , UKSA , CNES , DLR y ESA firmaron un "Código de conducta europeo" en 2006, [168] que fue un estándar predecesor del trabajo estándar internacional ISO. que comenzaría el año siguiente. En 2008, la ESA desarrolló aún más "sus propios "Requisitos sobre mitigación de desechos espaciales para proyectos de la Agencia" que "entraron en vigor el 1 de abril de 2008". [168]
Alemania y Francia han depositado bonos para salvaguardar la propiedad de los daños causados por los escombros. [ se necesita aclaración ] [174] La opción de "recuperación directa" (opción n.° 3 en las "prácticas estándar" de EE. UU. mencionadas anteriormente) rara vez ha sido utilizada por ninguna 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 2025 (Clearspace-1) para hacerlo con una única etapa superior pequeña abandonada de 100 kg (220 lb) a un costo proyectado de 120 €. millones sin incluir los costes de lanzamiento. [175]
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 propulsor para el movimiento a órbitas cementerio, etc.) para los vehículos de lanzamiento y satélites de la ISRO, y estaba contribuyendo activamente a -Coordinación de escombros de la agencia y los esfuerzos del comité COPUOS de la ONU. [176]
En 2007, la ISO comenzó a preparar una norma internacional para la mitigación de desechos espaciales. [177] Para 2010, ISO había publicado "un conjunto integral de estándares de ingeniería de sistemas espaciales destinados a mitigar los desechos espaciales. [con requisitos primarios] definidos en el estándar de alto nivel, ISO 24113 ". Para 2017, los estándares estaban casi completos. Sin embargo, estos estándares no son vinculantes para ninguna parte por parte de ISO ni de ninguna jurisdicción internacional. Simplemente están disponibles para su uso en cualquiera de una variedad de formas voluntarias. "Pueden ser adoptadas voluntariamente por un fabricante u operador de una nave espacial, o puestas en vigor mediante un contrato comercial entre un cliente y un proveedor, o utilizadas como base para establecer un conjunto de regulaciones nacionales sobre mitigación de desechos espaciales". [172]
La norma ISO voluntaria también adoptó la "regla de los 25 años" para la "región protegida LEO" por debajo de los 2000 km (1200 millas) de altitud que ha sido utilizada anteriormente (y sigue siendo, a partir de 2019 [update]) por los EE. UU., la ESA y la ONU. estándares de mitigación, y lo identifica como "un límite superior para la cantidad de tiempo que un sistema espacial debe permanecer en órbita después de completar su misión". Idealmente, el tiempo para salir de órbita debería ser lo más corto posible (es decir, mucho menor que 25 años). )". [172]
Holger Krag, de la Agencia Espacial Europea, afirma que hasta 2017 no existe un marco regulatorio internacional vinculante y no se han producido avances en el respectivo organismo de la ONU en Viena. [106]
A partir de la década de 2010, se suelen adoptar varios enfoques técnicos para mitigar el crecimiento de los desechos espaciales, pero no existe ningún régimen jurídico integral o estructura de asignación de costos para reducir los desechos espaciales de la misma manera que lo ha hecho la contaminación terrestre desde mediados del siglo XX. siglo.
Para evitar la creación excesiva de desechos espaciales artificiales, muchos (pero no todos) los satélites lanzados a órbitas terrestres superiores a las bajas se lanzan inicialmente a órbitas elípticas con perigeos dentro de la atmósfera terrestre, de modo que la órbita decaiga rápidamente y los satélites luego se destruyan a sí mismos. reingreso a la atmósfera. Se utilizan otros métodos para naves espaciales en órbitas más altas. Entre ellos se incluyen 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, si se mantienen en buen estado durante años, pueden salir de órbita de las órbitas inferiores alrededor de la Tierra. Otros satélites (como muchos CubeSats) en órbitas bajas por debajo de aproximadamente 400 km (250 millas) de altitud orbital dependen de los efectos de absorción de energía de la atmósfera superior para desorbitar de manera confiable una nave espacial en semanas o meses.
Cada vez más, las etapas superiores gastadas en órbitas más altas (órbitas para las cuales la desorbitación con delta-v bajo no es posible o no está planificada) 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 restos de la ahora abandonada etapa del cohete o del propio satélite, sí reduce sustancialmente la probabilidad de que la nave espacial destruya y cree muchos trozos más pequeños de desechos espaciales, un fenómeno que era común en muchas de las primeras generaciones de Estados Unidos y Nave espacial soviética [72] .
La pasivación de la etapa superior (por ejemplo, de los propulsores Delta [28] ) se logra mediante la liberación de propulsores residuales y reduce los desechos de las explosiones orbitales; sin embargo, incluso en 2011, no todas las etapas superiores implementan esta práctica. [179] 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 EE. UU. en 2019, pero no definió qué abarcaba todo ese término. . [180]
Con una política de licencia de lanzamiento de "uno arriba, uno abajo" para las órbitas terrestres, los lanzadores se encontrarían, capturarían y sacarían de órbita un satélite abandonado desde aproximadamente el mismo plano orbital. [181] Otra posibilidad es el repostaje robótico de satélites. La NASA ha realizado experimentos [182] y SpaceX está desarrollando tecnología de transferencia de propulsor en órbita a gran escala. [183]
Otro enfoque para la mitigación de desechos es diseñar explícitamente la arquitectura de la misión para dejar siempre la segunda etapa del cohete en una órbita geocéntrica elíptica con un perigeo bajo, asegurando así una rápida desintegración orbital y evitando a largo plazo los desechos orbitales de los cuerpos de cohetes gastados. Estas misiones a menudo completarán la colocación de la carga útil en una órbita final mediante el uso de propulsión eléctrica de bajo empuje o con el uso de una pequeña etapa de patada para circular la órbita. La propia etapa de patada puede diseñarse con la capacidad de exceso de propulsor para poder salir de órbita por sí misma. [184]
Aunque la UIT exige que los satélites geoestacionarios pasen a una órbita cementerio al final de su vida, las áreas orbitales seleccionadas no protegen suficientemente las rutas GEO de los desechos. [61] Las etapas de cohetes (o satélites) con suficiente propulsor pueden realizar una desorbitación directa y controlada, o si esto requeriría demasiado propulsor, un satélite puede ser llevado a una órbita donde la resistencia atmosférica haría que eventualmente se desorbite. . Esto se hizo con el satélite francés Spot-1 , reduciendo su tiempo de reingreso a la atmósfera de los 200 años proyectados a aproximadamente 15 al reducir su altitud de 830 km (516 millas) a aproximadamente 550 km (342 millas). [185] [186]
La constelación Iridium (95 satélites de comunicaciones lanzados durante el período de cinco años comprendido entre 1997 y 2002) proporciona un conjunto de datos sobre los límites de la autoeliminación. El operador de satélites, Iridium Communications , permaneció operativo 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 en funcionamiento". satélites heredados". [187] 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 los auto- la decadencia es bastante lenta. De estos satélites, 29 simplemente fallaron durante su estancia en órbita y, por lo tanto, no pudieron salir de su órbita, mientras que uno (Iridium 33) estuvo involucrado en la colisión de 2009 con el satélite militar ruso abandonado Kosmos-2251 . [187] No se estableció ningún plan de contingencia para la retirada de satélites que no pudieran eliminarse por sí solos. En 2019, el director ejecutivo de Iridium, Matt Desch, dijo que Iridium estaría dispuesto a pagar a una empresa de eliminación activa de desechos para que desorbite sus satélites restantes de primera generación si fuera posible por un costo irrealmente bajo, digamos " 10.000 dólares por desorbitación". , pero [él] reconoció que el precio probablemente estaría muy por debajo de lo que una empresa de remoción de escombros podría ofrecer de manera realista. "Ya sabes hasta 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. " [ 187]
Se han propuesto métodos pasivos para aumentar la tasa de desintegración orbital de los desechos de naves espaciales. En lugar de cohetes, se podría conectar una correa electrodinámica a una nave espacial en el momento del lanzamiento; al final de su vida útil, la correa se desplegaría para frenar la nave espacial. [188] Otras propuestas incluyen una etapa de refuerzo con un accesorio similar a una vela [189] y una envoltura de globo inflable grande y delgada. [190]
A finales de diciembre de 2022, la ESA llevó a cabo con éxito una demostración de un satélite desorbitador con vela de ruptura, ADEO , que podría utilizarse para medidas de mitigación y forma parte de la Iniciativa Cero Desechos de la ESA. Aproximadamente un año antes, China también probó una vela de arrastre. [191] [192]
Se han propuesto, estudiado o construido subsistemas terrestres una variedad de enfoques para utilizar otras naves espaciales para eliminar los desechos espaciales existentes.
Un consenso de oradores en una reunión celebrada en Bruselas en octubre de 2012, organizada por la Fundación Mundo Seguro (un grupo de expertos estadounidense) y el Instituto Francés de Relaciones Internacionales, [193] informó que sería necesaria la retirada de los escombros más grandes para evitar el riesgo para la salud. naves espaciales se volverán inaceptables en un futuro previsible (sin ninguna adición al inventario de naves espaciales muertas en LEO). Hasta la fecha, en 2019, los costos de eliminación y las cuestiones legales sobre la propiedad y la autoridad para eliminar satélites desaparecidos han obstaculizado la acción nacional o internacional. La ley espacial actual conserva la propiedad de todos los satélites con sus operadores originales, incluso los desechos o las naves espaciales que ya no existen o amenazan misiones activas.
Varias empresas hicieron planes a finales de la década de 2010 para realizar una eliminación externa de sus satélites en órbitas medias LEO. Por ejemplo, OneWeb planeaba utilizar la autorremoción a bordo como "plan A" para la desorbitación de satélites al final de su vida útil, pero si un satélite no podía retirarse dentro del año posterior al final de su vida útil, OneWeb implementaría el "plan B" y enviar 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 su reingreso. [194] [195]
Una solución bien estudiada utiliza un vehículo controlado remotamente para reunirse, capturar y devolver los escombros a una estación central. [196] Uno de esos sistemas es el Servicio de Infraestructura Espacial, un depósito de reabastecimiento de combustible desarrollado comercialmente y una nave espacial de servicio para satélites de comunicaciones en órbita geosincrónica cuyo lanzamiento estaba previsto originalmente para 2015. [197] El SIS podría "empujar satélites muertos a órbitas de cementerio". [198] La familia de etapas superiores Advanced Common Evolved Stage se está diseñando con un alto margen de propulsor sobrante (para captura abandonada y salida de órbita) y capacidad de reabastecimiento de combustible en el espacio para el alto delta-v necesario para sacar de órbita objetos pesados. desde la órbita geosincrónica. [181] Se ha investigado un satélite similar a un remolcador para arrastrar escombros a una altitud segura para que se quemen en la atmósfera. [199] Cuando se identifican los escombros, el satélite crea una diferencia de potencial entre los escombros y él mismo, y luego usa sus propulsores para moverse él mismo y los escombros a una órbita más segura.
Una variación de este enfoque es que el vehículo controlado remotamente se encuentre con los escombros, los capture temporalmente para conectar un satélite de desorbitación más pequeño y arrastre los escombros con una correa hasta la ubicación deseada. La "nave nodriza" luego remolcaría la combinación de desechos y satélites pequeños para ingresar a la atmósfera o la trasladaría a una órbita de cementerio. Uno de esos sistemas es el propuesto removedor de desechos orbitales Busek (ORDER) , que transportaría más de 40 satélites de desorbitación SUL (satélite en línea umbilical) y suficiente propulsor para su eliminación. [24]
El 7 de enero de 2010, Star, Inc. informó que había recibido un contrato del Comando de Sistemas de Guerra Naval y Espacial para un estudio de viabilidad de la nave espacial sin propulsor ElectroDynamic Debris Eliminator (EDDE) para la eliminación de desechos espaciales. [200] En febrero de 2012, el Centro Espacial Suizo de la École Polytechnique Fédérale de Lausanne anunció el proyecto Clean Space One, un proyecto de demostración de nanosatélites para hacer coincidir la órbita con un nanosatélite suizo desaparecido, capturarlo y sacarlo de órbita juntos. [201] La misión ha visto varias evoluciones para llegar a un modelo de captura inspirado en Pac-Man. [202] En 2013, se estudió el Space Sweeper with Sling-Sat (4S), un satélite de agarre que captura y expulsa escombros. [203] [ necesita actualización ] En 2022, un satélite chino, SJ-21, agarró un satélite no utilizado y lo "arrojó" a una órbita con menor riesgo de colisión. [204] [205]
En diciembre de 2019, la Agencia Espacial Europea adjudicó el primer contrato para limpiar desechos espaciales. La misión de 120 millones de euros denominada ClearSpace-1 (un derivado del proyecto EPFL) está programada para lanzarse en 2025. Su objetivo es retirar un adaptador de carga útil secundaria VEga (Vespa) de 100 kg [206] abandonado por el vuelo VV02 de Vega en un recorrido de 800 km. (500 millas) en órbita en 2013. Un "cazador" agarrará la basura con cuatro brazos robóticos y la arrastrará hacia la atmósfera de la Tierra, donde ambos se quemarán. [175]
La escoba láser utiliza un láser terrestre para extirpar la parte frontal de los escombros, produciendo un empuje similar al de un cohete que ralentiza el objeto. Con una aplicación continua, los escombros caerían lo suficiente como para verse influenciados por la resistencia atmosférica. [207] [208] A finales de la década de 1990, el Proyecto Orión de la Fuerza Aérea de EE. UU. era un diseño de escoba láser. [209] Aunque estaba previsto el lanzamiento de un dispositivo de banco de pruebas en un transbordador espacial en 2003, los acuerdos internacionales que prohibían las pruebas de láser potentes en órbita limitaban su uso a mediciones. [210] El desastre del transbordador espacial Columbia en 2003 pospuso el proyecto y, según Nicholas Johnson, científico jefe y director de programas de la Oficina del Programa de Desechos Orbitales de la NASA, "hay muchos pequeños errores en el informe final de Orion. Hay una razón por la que ha estado en espera en el estante durante más de una década." [211]
El impulso de los fotones del rayo láser podría impartir directamente un empuje sobre los escombros suficiente para mover pequeños escombros a nuevas órbitas fuera del camino de los satélites en funcionamiento. Una investigación de la NASA realizada 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 escombros durante algunas horas al día podría alterar su curso en 200 m. (660 pies) por día. [212] Un inconveniente es la posibilidad de degradación del material; la energía puede romper los escombros, agravando el problema. [213] Una propuesta similar coloca el láser en un satélite en órbita sincrónica con el Sol, utilizando un haz 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 Ion Beam Shepherd , [214] y otras propuestas utilizan una bola espumosa de aerogel o un rocío de agua, [215] globos inflables, [216] ataduras electrodinámicas , [217 ] electroadhesión , [218] y armas antisatélite dedicadas. [219]
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 sólo una prueba operativa. [220] En diciembre de 2016, el país envió un recolector de basura espacial a través de Kounotori 6 a la ISS mediante el cual los científicos de JAXA experimentan para sacar basura de la órbita utilizando una correa. [221] [222] El sistema no logró extender una correa de 700 metros desde un vehículo de reabastecimiento de la estación espacial que regresaba a la Tierra. [223] [224] El 6 de febrero, la misión fue declarada fallida y el investigador principal Koichi Inoue dijo a los periodistas que "creen que la correa no fue liberada". [225]
Entre 2012 y 2018, la Agencia Espacial Europea estuvo trabajando en el diseño de una misión para retirar de la órbita grandes desechos espaciales mediante tentáculos mecánicos o redes. La misión, e.Deorbit , tenía como objetivo eliminar escombros de más de 4.000 kilogramos (8.800 libras) de LEO. [226] Se estudiaron varias técnicas de captura, incluida una red, un arpón y una combinación de brazo robótico y mecanismo de sujeción. [227] La financiación de la misión se detuvo en 2018 a favor de la misión ClearSpace-1 , que ahora 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 previstos, la plataforma está equipada con una red, un arpón, un instrumento de medición láser, una vela de arrastre y dos CubeSats (satélites de investigación en miniatura). [228] La misión se lanzó el 2 de abril de 2018. [ cita necesaria ]
CisLunar Industries desarrolla tecnologías de procesamiento de metales para fundir desechos espaciales y transformarlos en otros factores de forma útiles. Su sistema utiliza calentamiento electromagnético para fundir metal y darle forma de alambre metálico, láminas de metal y combustible metálico. [229]
En Adelaida , Australia, se desarrolló un sistema de propulsión denominado Neumann Drive , que se envió por primera vez al espacio en junio de 2023. La basura espacial metálica se convierte en barras de combustible , que se pueden enchufar al Neumann Drive, "básicamente, convirtiendo el propulsor de metal sólido en plasma". El Drive será utilizado por empresas espaciales estadounidenses que ya cuentan con redes o brazos robóticos para capturar desechos orbitales. El propulsor permite a estos satélites regresar a la Tierra con los desechos que han recolectado, lo que les permite fundirlos para producir más combustible. [45]
Con el rápido desarrollo de las industrias de la informática y la digitalización, más países y empresas se han involucrado en actividades espaciales desde principios del siglo XX. La tragedia de los bienes 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 finalmente conducir a la degradación del recurso compartido por todos. [230] Según la teoría, la acción racional de los individuos en el espacio conducirá finalmente a un resultado colectivo irracional: las órbitas están repletas de escombros. Como recurso de uso común , las órbitas de la Tierra, especialmente LEO y GEO que dan cabida a la mayoría de los satélites, no son excluibles y rivalizan . [231] Para abordar la tragedia y garantizar la sostenibilidad espacial , se han desarrollado muchos enfoques técnicos. Y en términos de mecanismos de gobernanza, el mecanismo centralizado de arriba hacia abajo es menos adecuado para abordar el complejo problema de los desechos debido al creciente número de actores espaciales. [232] En cambio, mucha evidencia ha demostrado que la forma policéntrica de gobierno desarrollada por Elinor Ostrom puede funcionar en el espacio. [233]
En el proceso de promoción de la red policéntrica, existen algunas barreras que es necesario superar.
Dado que los desechos orbitales son un problema global que afecta tanto a las naciones con capacidad espacial como a las que no la tienen, es necesario abordarlos en un contexto mundial. [230] Debido a la complejidad y la dinámica de los movimientos de objetos como naves espaciales, escombros, meteoritos, etc., muchos países y regiones, incluidos Estados Unidos, Europa, Rusia y China, han desarrollado su conciencia situacional espacial (SSA) para evitar amenazas potenciales. en el espacio o planificar acciones con antelación. [234] Hasta cierto punto, la SSA desempeña un papel en el seguimiento de desechos espaciales. Para construir un sistema SSA potente, existen dos requisitos previos: cooperación internacional e intercambio de información y datos. [234] Sin embargo, todavía existen limitaciones a pesar de la mejora sustancial 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 que, como Estados Unidos, han compartido los datos mantienen parte de ellos en secreto. [235] 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. [235]
Algunos actores privados también están intentando establecer sistemas de SSA. Por ejemplo, la Asociación de Datos Espaciales (SDA), formada en 2009, es una entidad no gubernamental. Actualmente está formado por 21 operadores globales de satélites y 4 miembros ejecutivos: Eutelsat , Inmarsat , Intelsat y SES . SDA es una plataforma sin fines de lucro que tiene como objetivo evitar interferencias de radio y colisiones espaciales mediante la recopilación de datos de operadores de forma independiente. [234] Los investigadores sugieren que es esencial establecer un centro internacional para el intercambio de información sobre desechos espaciales porque las redes SSA no son completamente iguales a los sistemas de seguimiento de desechos: las primeras se centran más en objetos activos y amenazantes en el espacio. [236] Y en términos de poblaciones de desechos y satélites desaparecidos, no muchos operadores han proporcionado datos. [236]
En una red de gobernanza policéntrica, es menos posible gestionar bien un recurso que no se puede supervisar de forma integral. [235] Tanto la cooperación transnacional insuficiente como el intercambio de información generan resistencia a abordar el problema de los escombros. Todavía queda un largo camino por recorrer antes de construir una red global que cubra datos completos y tenga una fuerte interconexión e interoperabilidad.
Con la comercialización de los satélites y el espacio, el sector privado se está interesando cada vez más en las actividades espaciales. Por ejemplo, SpaceX planea crear una red de alrededor de 12.000 pequeños satélites que puedan transmitir Internet de alta velocidad a cualquier lugar del mundo. [237] La proporción de naves espaciales comerciales ha aumentado del 4,6% en la década de 1980 al 55,6% en la década de 2010. [238] A pesar de la alta tasa de participación de las entidades comerciales, la COPUOS de la ONU alguna vez las excluyó deliberadamente de tener voz en las discusiones a menos que fueran invitadas formalmente por un estado miembro. [232] 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. [239] La exclusión de actores privados reduce en gran medida la eficacia del papel del comité a la hora de realizar acuerdos de elección colectiva que reflejen los intereses de todos los usuarios del espacio. [232]
La participación limitada de los actores privados ralentiza hasta cierto punto el proceso de abordar los desechos espaciales. [240] Los vínculos existentes entre partes interesadas diferentes en la red de gobernanza ofrecen acceso a diversos recursos. [241] La diferente competencia entre las partes interesadas puede ayudar a asignar las tareas de manera más razonable. En ese caso, los conocimientos y la experiencia de los operadores privados son fundamentales para ayudar al mundo a lograr la sostenibilidad espacial. [240] 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. [241] En los últimos años, muchos actores privados han visto oportunidades comerciales para eliminar los desechos espaciales. Se estima que para 2022 el mercado mundial de vigilancia y retirada de escombros generará unos ingresos de alrededor de 2.900 millones de dólares. [242] Por ejemplo, Astroscale ha contratado agencias espaciales europeas y japonesas para desarrollar la capacidad de eliminar desechos orbitales. [243] A pesar de ello, todavía son pequeñas cantidades en comparación con el número de quienes han colocado satélites en el espacio. Privateer Space, una nueva empresa con sede en Hawai fundada por el ingeniero estadounidense Alex Fielding , el ambientalista espacial Moriba Jah y el cofundador de Apple Steve Wozniak , anunció planes en septiembre de 2021 para poner en órbita cientos de satélites para estudiar los desechos espaciales. [244] Sin embargo, la empresa declaró que está en "modo sigiloso" y que no se han lanzado tales satélites. [244]
Afortunadamente, la exploración espacial actual no está completamente impulsada por la competencia, y todavía existe una posibilidad de diálogo y cooperación entre todas las partes interesadas, tanto en los países desarrollados como en los países en desarrollo, para llegar a un acuerdo sobre la lucha contra los desechos espaciales y garantizar una exploración equitativa y ordenada. [245] Además de los actores privados, la gobernanza de la red no excluye necesariamente a los estados de desempeñar un papel. En cambio, las diferentes funciones de los estados podrían promover el proceso de gobernanza. [246] Para mejorar la red de gobernanza policéntrica de los desechos espaciales, los investigadores sugieren: fomentar el intercambio de datos entre diferentes bases de datos nacionales y organizativas a nivel político; desarrollar estándares compartidos para los sistemas de recopilación de datos para mejorar la interoperabilidad; mejorar la participación de los actores privados involucrándolos en debates nacionales e internacionales. [235]
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. [247] [248]
En 2022, se encontraron varios elementos de basura espacial en Marte: la carcasa trasera del Perseverance se encontró en la superficie del cráter Jezero [249] y un trozo de manta térmica que pudo provenir de la etapa de descenso del rover. [250] [251]
Se cree que el 4 de marzo de 2022, por primera vez, desechos espaciales humanos (muy probablemente el cuerpo gastado de un cohete Gran Marcha 3C , tercera etapa de la misión Chang'e 5 T1 de 2014) impactaron involuntariamente la superficie lunar , creando un doble inesperado. cráter. [252] [253]
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 reingresará a la atmósfera, amenazando vastas áreas pobladas de la Tierra. [254]
Gravity , una película de supervivencia de 2013 dirigida por Alfonso Cuarón , trata sobre un desastre en una misión espacial provocado por el síndrome de Kessler. [255]
En la temporada 1 de Love, Death & Robots (2019), el episodio 11, "Helping Hand", gira en torno a una astronauta que es golpeada por un tornillo de desechos espaciales que la derriba de un satélite en órbita. [256]
El manga y anime Planetes cuenta la historia de una tripulación de la estación de desechos espaciales que recolecta y elimina desechos espaciales. [257]
Etapa superior del Delta: Hubo varios eventos para las segundas etapas del Delta debido a propulsores residuales hasta que se introdujeron las quemas por agotamiento en 1981.
{{cite journal}}: CS1 maint: numeric names: authors list (link)Rusia: 20 pruebas coorbitales, 7 pruebas lanzadas desde tierra/aire
A pesar de la creciente preocupación por la amenaza que representan los desechos orbitales y el lenguaje de la política espacial nacional de Estados Unidos que ordena a las agencias gubernamentales estudiar tecnologías de limpieza de desechos, muchos en la comunidad espacial temen que el gobierno no esté haciendo lo suficiente para implementar esa política.
la primera actualización de las directrices desde su publicación en 2001, y reflejan una mejor comprensión de las operaciones satelitales y otras cuestiones técnicas que contribuyen a la creciente población de desechos orbitales.
...[Las nuevas directrices de 2019] no abordaron uno de los mayores problemas relacionados con la mitigación de desechos: si se debe reducir el plazo de 25 años para desorbitar satélites después del final de su misión.
Muchos en la comunidad espacial creen que el plazo debería ser inferior a 25 años.
