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Basureros del espacio

Episodio espacial dedicado a la basura espacial, un problema que tiende a agravarse cada día
Episodio espacial dedicado a la basura espacial, un problema que tiende a agravarse cada día

ACTUALIDAD

Un tema de especial relevancia

  • Nuevas megaconstelaciones de satélites

    • De 4500 satélites activos en órbita, 1800 son de SpaceX

      • Y pidieron permiso para lanzar 42.000

      • El operador de satélites más grande en la órbita baja terrestre

        • Starlink ahora mismo implicados en 50% de las alertas de colisión (‘encuentros cercanos’), cuando estén desplegados los primeros 12k, subirá al 90%

  • Las megaconstelaciones cambian un poco el juego.

      • Muchísimos satélites en órbita. Son un riesgo en sí mismos

      • Tienen 1700 avisos a la semana

      • Tienen un sistema autónomo para CAMs

      • Cada maniobra invalida los TLEs de Celestrak. Dificulta el control para otros operadores

  • La NASA expresa su preocupación por el plan de despliegue de satélites de SpaceX por primera vez

    • A la NASA le preocupa el potencial de un aumento significativo en la frecuencia de los eventos de conjunción y los posibles impactos en las misiones científicas y de vuelos espaciales tripulados de la NASA

  • China denuncia ante la ONU que su estación espacial ha tenido que esquivar dos satélites de SpaceX

    • China alega que los satélites Starlink se están volviendo demasiado abundantes e impredecibles en órbita, y quiere asegurarse de que Estados Unidos sepa que es responsable de cualquier daño que causen

    • Pidió al secretario general que recordara a sus socios el Tratado del Espacio Ultraterrestre

  • No está claro si el segundo de Starlink maniobró

    • La delegación china afirma que un satélite Starlink se movía constantemente de manera impredecible

  • ¿Un nuevo escenario de conflicto sinoestadounidense?

  • China ha realizado una prueba que parece ser de retirada de residuos:

    • El satélite Shijian 21, lanzado el 24 de octubre de 2021 desde Xichang en un Larga Marcha CZ-3B/G2

    • Experimental para validar tecnologías de retirada de basura espacial

    • Se fue a GEO

    • El 01/11 el Pentágono dijo que soltó un subsatélite. ¿Motor de apogeo? Realizaron varias maniobras de acercarse y alejarse

    • Hace poco ExoAnalytic Solutions lo estuvo siguiendo con telescopios desde tierra. Se alejó del subsatélite, se acercó al Beidou-2 G2 (de posicionamiento [China tiene satélites de este sistema en GEO inclinadas])

    • Se fue acercando, y lo capturó. Luego, se lo llevó casi 3000 km por encima de GEO, a una órbita cementerio (y hacia el oeste de donde estaba).

    • ¿Brazo robot? ¿En la tobera como el MEV-1? ¿Una red? No se sabe. China no dice nada.

    • Este secretismo no les ayuda. Pero, de momento, está clara que su misión declarada es lo que era. Han retirado un satélite no funcional de una zona protegida. Es un logro notable.

HISTORIA

  • Un poco de Historia

    • La humanidad ha generado basura espacial desde el principio

    • El satélite más antiguo todavía en órbita es el Vanguard I, lanzado el 17 Marzo 1958, y se espera que dure 240 años (se usó y se usa para estudios de densidad atmosférica)

      • Las últimas etapas de los cohetes se quedaban en órbita. Hay muchísimas todavía

  • Eventos más famosos generadores de basura espacial:

    • El proyecto West Ford (https://en.wikipedia.org/wiki/Project_West_Ford?wprov=sfti1)

      • Esto es "genial". Una prueba de las locuras de la guerra fría

      • En esa época las comunicaciones iban por cables submarinos o rebotando en la ionosfera. ¿Y si los soviéticos cortaban los cables? ¿Era la ionosfera suficientemente confiable?

      • El plan era, atención, lanzar 480 millones de agujas de cobre, muy finas, de 1’78 cm (la mitad de la longitud de onda de la señal de 8GHz)

      • Se lanzaron en tres ocasiones a alturas de más de 3000 km y a 96º y 87º de inclinación (casi polares)

      • En la primera prueba, las antenas no se dispersaban, quedando todas juntas

      • Se abandonó cuando aparecieron mejores soluciones, como los satélites de comunicaciones

      • El embajador USA ante la ONU justificó que perturbaciones como la presión de radiación solar las harían reentrar en pocos años

      • Pero no, algunos de los montones que no se desplegaron siguen arriba

    • 11 de enero de 2007. Prueba antisatélite china (https://en.wikipedia.org/wiki/2007_Chinese_anti-satellite_missile_test?wprov=sfti1).

      • 865 km de altura. Satélite FY-1C, de la serie Fengyun

      • Destruido en un choque frontal con un impactador cinético.

      • El último test anti satélite había sido en 1985 (un misil lanzado desde un F-15 estadounidense)

      • Se detectaron casi 3500 trozos

      • Se calcula que alrededor del 30% seguirán en órbita para el 2035

    • 20 de febrero de 2008. Prueba antisatélite estadounidense (https://en.wikipedia.org/wiki/Operation_Burnt_Frost?wprov=sfti1)

      • Un satélite de la NRO, el USA-193

      • Se justificó diciendo que llevaba hidracina muy tóxica y que se había perdido el control

      • Se lanzó desde un barco

      • Había un vuelo de la lanzadera espacial programado, así que esperaron a que aterrizara

      • También lo querían muy bajo para minimizar el debris, pero no mucho, al no ser un cuerpo aerodinámico, lo que complicaría las cosas

      • Ventana de ocho días

      • Una altura de unos 250 km

      • Se detectaron 174 piezas, que re-entraron en pocos meses. Dos duraron algo más. La última re-entró 20 meses después

      • Siempre negaron que fuera respuesta a la prueba china.

    • Febrero de 2009: El choque entre un satélite Iridium (operacional) y uno ruso Kosmos 2251 (https://en.wikipedia.org/wiki/2009_satellite_collision?wprov=sfti1).

      • Primer choque entre dos satélites (aunque antes ya habían chocado satélites con debris).

      • Altura de 789 km.

      • Chocaron a 11,700 m/s de forma casi perpendicular

      • Los cálculos realizados por CelesTrak esperaban que estos dos satélites fallaran en 584 metros.

      • 10 días después se estimaron unos 1000 piezas de más de 10 cm (muchas más de tamaño menor). Un año después eran alrededor de 2000. 5 años después, 1500 seguían en órbita (otras habían reentrado)

      • Restos de esta colisión pasaron cerca de la ISS (un trozo pasó a 120 m. La tripulación estaba en las Soyuz)

    • Misión Shakti. 27 marzo de 2019. La India hace su prueba anti satélite (https://en.wikipedia.org/wiki/Mission_Shakti?wprov=sfti1).

      • El objetivo era un satélite de prueba a 283 km

      • Otro impactador cinético

      • Supuestamente, empezaron activamente tras la prueba China

      • Eligieron una órbita baja para minimizar los debris que se generaban

      • Más o menos, en unos meses la mayoría habían reentrado. Los que llegaron más altos tardaron uno o dos años

    • La prueba rusa del 2021. Hablamos de ella en el primer episodio y a ese episodio nos remitimos

EL PROBLEMA YA NO ES QUE SE LANCE, SINO QUE NO SE RETIRE

Algunas de las altitudes más congestionadas en la órbita terrestre baja son las que van de 750 a 850 kilómetros, un cementerio de satélites rusos, chinos y estadounidenses que han ido abandonándose a lo largo de las décadas.

Algunos cuerpos de cohetes que orbitan la Tierra son enormes y pesan alrededor de 9 toneladas, como autobuses

Otra altitud problemática es entre 1400 y 1500 kilómetros, donde no hay suficiente resistencia atmosférica para hacerlos frenar. A 500 o 600 kilómetros, el arrastre de la atmósfera derriba los escombros en máx. 10 a 20 años.  “A 1400 kilómetros, estará allí durante siglos”

El Comando Espacial de EE.UU. actualmente rastrea alrededor de 35000 objetos de escombros, el 70% de los cuales están en órbita terrestre baja. LeoLabs rastrea objetos del tamaño de una pelota de béisbol y más grandes. McKnight dijo que hay entre 500000 y 900000 artículos más pequeños que actualmente no se rastrean y "cruzamos los dedos y esperamos que no nos golpeen".

ALERTAS DE COLISIÓN

El NORAD empezó a crear bases de datos recopilando lo que hay en el espacio desde el Sputnik

  • ¿En qué consisten estas bases de datos? La información se almacena en lo que se conoce como Two line elements – el sistema clásico de parámetros orbitales

    • Da información de la órbita y su evolución futura

    • Son relativamente precisas para un cierto espacio de tiempo (días / semanas)…

    • …dejan de valer si un satélite maniobra.

  • Celestrak. Probablemente la principal base de datos a día de hoy

  • Hay varias instituciones a día de hoy trabajando en generar alertas de colisiones

    • CSpOC (Combined Space Operations Center en la Vandenberg Space Force Base). Desde 2005, antes se llamaba JSpOC (Joint Space Operations Center), se cambió el nombre en 2018).

    • Hay empresas privadas, como LeoLabs. Muy críticos últimamente con todo el tema de la basura espacial.

      • Después de analizar la probabilidad de colisiones en la órbita terrestre baja y las consecuencias en términos de desechos producidos, la startup de mapeo espacial LeoLabs advierte a los operadores de naves espaciales que se mantengan alejados de ciertas altitudes.

        • "No compre condominios en el rango de 780 a 850 kilómetros", dijo Darren McKnight, miembro técnico senior de LeoLabs, el 6 de enero durante un webcast del Centro de Investigación y Política Espacial de la Universidad de Washington.

        • Esa altitud alberga escombros de un evento ASAT chino, cuerpos de cohetes rusos abandonados y cargas útiles y escombros estadounidenses descartados.

        • PD McKnight también advirtió sobre problemas a 1.400 kilómetros, donde los escombros se acumulan durante siglos.

        • Aparte de decir de forma clara y casi brusca que opina que los USA van muy por detrás del resto en misión de contención de basura espacial.

El radar S3TSR (Spanish Space Surveillance and Tracking Space Radar) está situado en la Base Aérea de Morón (Sevilla) y su operación y sostenimiento es responsabilidad del COVE (Centro de Operaciones de Vigilancia Espacial del Ejército del Aire), centro a través del cual España participa en el consorcio EU-SST.

  • El primero de Europa en detectar los restos del satélite ruso Tselina-D tras su destrucción

  • Maniobras para evitar la colisión:

    • Primero se estudia el aviso (suele llegar del CSpOC). Se analiza (determina) mejor la órbita de los dos objetos. Se analiza la probabilidad. Se decide si se maniobra

    • Cambio de órbita

    • Cambio de periodo

    • Consideraciones operacionales (impacto en el combustible y en la misión del satélite)

MITIGACIÓN

  • Qué se puede hacer antes, para evitar ser un debris

    • Planificar el final de la vida:

      • Motores, tethers, elementos de añadir resistencia

      • Hay varias estrategias, en función de la órbita

        • Reentrada

        • Órbitas cementerio

  • Para ayudar en Active Debris Removal (ADR):

    • Marcadores, luces, pegatinas, enganches, sistemas de reducción del giro (los satélites muertos giran sin control, en general)

  • Técnicas de retirada activa de basura espacial:

    • Contacto

      • Hay técnicas de tirar (son técnicas que no necesitan una sincronización muy compleja, es decir, el «detumbling» puede hacerse con el propio agarre), y técnicas de empujar (técnicas con una sincronización rígida).

        • Tirar (laxos)

          • Las redes con cable

          • Los arpones con cable

          • Un sistema de agarre con cable

        • Empujar (sincronizados)

          • Brazos robot (con o sin sistemas de amortiguamiento)

          • Tentáculos. Sirven para casos en los que haya cierta incertidumbre en el cuerpo a capturar

    • Sin contacto

      • «Pastoreo» con impulsión iónica (los motores se ponen contra el debris — necesita motores al otro lado para compensar)

      • Tractores electrostáticos

      • Láser (mediante transferencia de impulso, o mediante ablación en el debris)

    • Kits de desorbitación. Por ejemplo, con cohetes de combustible sólido, o con kits desplegables, como con cables, o superficies que incrementen la resistencia.

  • Normalmente antes de capturarlos hay que cancelar su giro. Suelen estar girando sin control. Hay varias técnicas también, muchas relacionadas con los métodos anteriores.

NORMATIVA

  • Normativa. Vimos hace poco que Kamala Harris creó un marco de prioridades espaciales para Estados Unidos que incluye eliminación de desechos orbitales, pero no es más que una primera piedra

    • Estados Unidos líder en lanzamientos espaciales, muy retrasada en la retirada de basura

  • ¿Cómo se regula este tema?

  • La normativa es muy escasa. No hay realmente nada a nivel internacional que obligue a tratar con el tema. Algunos países lanzadores pueden tener normativa, de forma que sólo lancen objetos que cumplan ciertas características (porque según los tratados en vigor, el estado lanzador es responsable de los daños que provoquen los objetos que lancen).

    • Aparte de los tratados como el Tratado del Espacio Ultraterrestre, hay recomendaciones, que no obligaciones, como las Guías para la Mitigación de la Basura Espacial, del COPUOS, Comité para el Uso Pacífico del Espacio Ultraterrestre, u otra del mismo nombre del INTER-AGENCY SPACE DEBRIS COORDINATION COMMITTEE

    • La Space systems — Space debris mitigation requirements - ISO 24113:2019, que es voluntaria)

    • Locales. Las ECSS, por ejemplo

    • Dos zonas de especial protección: LEO y GEO.

      • Técnicas: reentradas u órbitas cementerio

      • 25 años máximo en órbita

      • Reentrada controlada si la probabilidad de bajas es mayor a 10e-4

EMPRESAS

  • ¿Qué se está haciendo en este campo?

    • Interés privado: DeorbitKit, RemoveDebris, AstroScale... Detección: LeoLabs, Privateer

      • AstroScale tiene una misión ahora mismo haciendo pruebas, aunque han tenido que detenerlo recientemente por tener un problema

      • Surrey también ha realizado pruebas en órbita
    • Interés público: eDeorbit, Andorid, Clean Space (proyecto ESA, empresa privada suiza), prueba de retirar un adaptador de cohete.

    • GEO: prolongación de la vida (dos misiones ya, las MEV de Northrop-Grumman)

  • El problema es intentar controlar el número de objetos en órbita y, sobre todo, su riesgo. El objetivo hace unos años era retirar cosas grandes (ENVISAT y etapas de lanzadores. Básicamente, que no aumente el problema). Para mantener la situación bajo control se estima que el 90-99% debería desorbitar, lo cual excede las cifras actuales.

  • La Space Force quiere colaborar con empresas privadas. Ha mostrado interés, pero de momento habla poco de financiación.

    • El brazo tecnológico de la Fuerza Espacial conocido como SpaceWERX lanzó un programa llamado Orbital Prime que solicita propuestas de empresas privadas e instituciones académicas sobre tecnologías para eliminar desechos espaciales

      • Los equipos pueden ganar premios en la Fase 1 de $250,000 y premios en la Fase 2 de $1.5 millones. Si se selecciona alguno para una demostración en el espacio, el gobierno financiará una parte del coste.

INCLUSO EN LA LUNA

  • Por terminar el tema, comentar que aunque el problema es básicamente terrestre, tenemos que tener cuidado en no «exportarlo» a otros cuerpos. Por ejemplo, recientemente (finales del año 2021), dos sondas lunares tuvieron una alerta.

    • Chandrayaan-2 de la India realizó una maniobra el 18 de octubre para evitar un acercamiento con Lunar Reconnaissance Orbiter de la NASA

      • Chandrayaan-2 realizó una maniobra dos días antes de la conjunción prevista para el 20 de octubre después de que los datos orbitales mostraran que las dos naves espaciales se acercarían a tres kilómetros entre sí.

      • el anuncio pasó desapercibido porque se emitió el mismo día que ocurrió la prueba de misil antisatélite ruso

    • Tanto la NASA como la agencia espacial india ISRO dijeron que se coordinaron entre sí en la maniobra, pero no revelaron cómo decidieron que Chandrayaan-2, en lugar de LRO, debería ser el que maniobre.

    • Chandrayaan-2 entró en órbita lunar en agosto de 2019 y, en ese momento, los funcionarios de ISRO dijeron que la nave espacial tendría suficiente propulsor para operar durante siete años y medio. LRO, por el contrario, ha estado en órbita lunar desde 2009, la NASA dijo el año pasado que tenía suficiente combustible a bordo para al menos seis años más de operaciones.

A finales de enero saltó la noticia de que un viejo cohete de SpaceX iba camino de estrellarse contra la Luna. Resulta que los astrónomos estaban equivocados. Sí, un cohete va a impactar de manera descontrolada en la superficie del satélite el 4 de marzo, pero no es la segunda etapa de un Falcon 9, sino el propulsor de un cohete Larga Marcha 3C que se usó en la misión china Chang’e 5-T1 en 2014.

¿PRÓXIMAMENTE MARTE?

En marzo, la NASA confirmó que estaba intercambiando datos con la agencia espacial china sobre las órbitas de sus naves que orbitan Marte después de algunas frustraciones iniciales por la falta de datos sobre la órbita de Tianwen-1.

PARSEC es un podcast semanal sobre exploración espacial presentado por Javier Atapuerca y Matías S. Zavia. Haznos llegar tus preguntas por Twitter:

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