¿Qué pasa con la basura espacial?
(Por
Isabel Caballero de Frutos)
Capítulo 26 de CIENCIA, y además lo entiendo!!!
Desde
el lanzamiento por la Unión Soviética del primer satélite artificial Sputnik 1,
el 4 de octubre de 1957, la órbita terrestre ha sido colonizada incesantemente
por satélites y objetos artificiales a medida que la tecnología espacial
progresaba a marchas forzadas. A partir de ese momento, considerado como un
hito en la historia de la Humanidad, la percepción del espacio y de nuestro
planeta ha cambiado de manera notable. A lo largo de estas seis décadas, las
aplicaciones de la teledetección han evolucionado desde el inicial carácter
militar durante la Guerra Fría para desembocar en la actualidad en diversas
actividades que abarcan las telecomunicaciones, el comercio, la seguridad, la
navegación, la observación de la Tierra, la meteorología y oceanografía, y un
largo etcétera de disciplinas que se nutren de este tipo de herramientas. Pese
al extraordinario progreso científico sin precedentes que la exploración
espacial ha generado en nuestras vidas cotidianas, con inmensos e
incuestionables beneficios, nos encontramos con un inconveniente común. Todos
los objetos artificiales que se encuentran orbitando alrededor de la Tierra
tienen fecha de caducidad, a partir de la cual ya no darán servicio y por lo
tanto, finalizará su “vida útil”.
Esta realidad ha provocado que exista
un número elevadísimo de objetos sin utilidad, fruto de la actividad del ser
humano, lo que se conoce como “basura espacial” o también denominada “chatarra
espacial” (Vídeo 1). La diversidad de desechos es enorme, englobando desde
naves que se han quedado obsoletas, grandes restos de cohetes o artefactos
desprendidos durante las misiones espaciales, hasta pequeñas partículas de
pintura o polvo. Estos fragmentos espaciales se pueden clasificar según nuestra
capacidad de detectarlos mediante radares y telescopios, siendo solo las
fracciones mayores de 10cm las que se localizan de forma precisa. Según los
expertos de las Agencias Espaciales Europea (ESA) y Americana (NASA), se estima
que hoy en día solo un 7%, aproximadamente, de los objetos en órbita son naves
operativas, que corresponden a alrededor de 1.000 satélites activos. Las cifras
continúan, pues existen más de 150 millones de restos de tamaño inferior a un
centímetro orbitando a nuestro alrededor. A primera vista, podríamos no dar
importancia a este conjunto específico, pero teniendo en cuenta las elevadas
velocidades a las que circulan estos fragmentos debido al campo gravitatorio
(entre 6-10km/s), incluso los más diminutos suponen un potencial peligro,
pudiendo actuar como proyectiles y dañar los satélites operativos. Asimismo,
encontramos alrededor de medio millón de fragmentos entre 1-10cm y poco más de
20.000 piezas de más de 10cm. Cuando el tamaño es considerable, la amenaza es
superior y el impacto puede ser desastroso, ocasionando deterioros
irreparables. Recordemos la famosa colisión accidental en el espacio en el año
2009 del satélite estadounidense de comunicaciones Iridium-33 con el satélite
militar ruso Kosmos-2251, la cual provocó la destrucción de ambos y generó más
de 2.000 fragmentos de basura visibles. Incluso los astronautas, sin
pretenderlo, han ensuciado el espacio inmediato a nuestro planeta al perder
durante sus paseos espaciales diversos objetos tan variopintos como guantes,
bolígrafos, cámaras o herramientas.
Se ha publicado recientemente un
vídeo-infografía en la que se muestra una reproducción de toda la basura
espacial registrada en Space Track que rodea a nuestro planeta, repasando la
historia entre 1957 y 2016 (Vídeo 2). Es simplemente una imagen general sin
ajustarse a escala, pero ilustra perfectamente el colapso actual que existe en
el espacio y nos plantea el inmenso desafío que esto provoca para la Humanidad.
Cabe mencionar que los deshechos
orbitales no se encuentran distribuidos uniformemente, sino que hay algunas franjas
especialmente transitadas o “sucias”, donde se acumula la mayor densidad de
basura. La órbita geoestacionaria GEO (Geostationary Earth Orbit), situada
alrededor de los 36.000km de altura sobre la superficie terrestre, es una de
las más utilizadas en el posicionamiento de satélites, debido principalmente a
la estabilidad que presenta para este tipo de operaciones, siendo a la vez la
más problemática. Esto es debido a que los objetos no escapan a la gravedad de
la Tierra, pero tampoco son atraídos con suficiente fuerza como para
desintegrarse, por lo que podrían residir ahí durante miles de años sin ningún
control.
Figura 1: Imágenes generadas por
ordenador de los objetos en órbita terrestre que están siendo rastreados
actualmente en la GEO (arriba) y LEO (abajo).
Fuente: NASA Orbital Debris
Program.
Adicionalmente, las órbitas de baja
altitud LEO (Low Earth Orbit) comprenden la zona situada entre 160 y 2.000km, y
debido a la gravedad, los objetos localizados en ellas van descendiendo muy
lentamente con el tiempo. Al encontrarse más próximas a la atmósfera terrestre,
la cual es un protector efectivo, provoca que tras la entrada del deshecho, el
rozamiento por fricción con los gases que la componen y la celeridad de caída
fragmenten los objetos, con la desintegración y su destrucción en mayor o menor
grado. Esta gran afluencia de residuos obsoletos ocasiona otro problema
añadido: la generación de más basura debido a la colisión entre sí o el impacto
con satélites en uso. Este es el efecto cascada o dominó que se conoce como
Síndrome de Kessler. Donald J. Kessler, científico de la NASA en la segunda
mitad del siglo XX, ya predijo el incremento exponencial de objetos espaciales
alertando del peligroso volumen de basura, lo cual dificultaría la puesta en
órbita de nuevos instrumentos.
La basura espacial apenas supone un
peligro real para los seres humanos. El número de incidentes registrados como
consecuencia de la caída de fragmentos en la superficie de la Tierra es
relativamente reducido. Sin embargo, el mayor inconveniente reside en la
colisión en las capas de la atmósfera. Mientras que los impactos con escombros
de muy pequeño tamaño se producen con frecuencia sin ocasionar daños, son las
colisiones de objetos con dimensiones superiores a los 10cm las que pueden
originar consecuencias desastrosas, aunque las probabilidades sean mínimas. En
la actualidad, las naves espaciales están capacitadas mediante blindajes
robustos para resistir a impactos de piezas de hasta 1cm de tamaño. No
obstante, como pronosticó Kessler, la chatarra espacial supone una amenaza
directa para las misiones actuales y futuras o en las operaciones tripuladas,
por lo que es necesario conocer y supervisar constantemente las zonas de mayor
acumulación de deshechos a fin de evitar riesgos de colisión.
Las agencias espaciales y los
diferentes gobiernos e instituciones ya trabajan de forma prioritaria desde
hace años para remediar la acumulación de residuos, un reto para la tecnología
aeroespacial debido a la complejidad y el coste económico que implica. En
primer lugar, debemos mencionar las medidas que se encuentran dirigidas a
mitigar o, preferiblemente, prevenir la producción de basura espacial. La
Organización de Naciones Unidas cuenta con una normativa por la que los países
deben comprometerse y presentar un plan de mitigación con la puesta en órbita
de instrumentos espaciales. Sin embargo, no existe un marco legal internacional
que obligue a los Estados a limitar o limpiar la producción de deshechos en el
espacio, por lo que parece necesario reforzar la legislación. Varias agencias,
como la NASA y la ESA, ya han establecido algunas normativas internas, con
directrices y líneas de actuación recomendadas para su cumplimiento. Se pueden
citar varios ejemplos, como son evitar la destrucción intencionada de objetos,
prevenir las explosiones accidentales de las fases operativas o reducir los
residuos derivados de las mismas con los sistemas de desecho. Igualmente, otra
de las medidas consiste en limitar la presencia de satélites y propulsores a un
número de años en las zonas más saturadas, como lo son la banda de los 800km en
la LEO y toda la GEO, para que entren en la atmósfera o sean almacenados en
órbitas más alejadas denominadas “órbita cementerio”, donde no supongan peligro
para los equipos activos.
Pero el sólido consenso entre los
expertos en la materia es que, con el escenario expuesto, la futura protección
y preservación del espacio requerirá de otro tipo de actuaciones. Será
necesario combinar las medidas preventivas con las estrategias de retirada
activa y limpieza de la basura espacial existente, lo que entraña un desafío de
enorme envergadura. La investigación y desarrollo de estas misiones debe ser
abordada como un esfuerzo conjunto de cooperación entre industria, gobiernos y
agencias espaciales internacionales. Las soluciones que están sugiriendo los
científicos y expertos de todo el mundo son muy diversas, trabajando para
combatir el problema de la manera más eficaz y económica.
En este sentido, la ESA dispone de un
programa pionero, la Iniciativa Espacio Limpio “Clean Space”, dividido en
varias categorías metodológicas encargadas de reducir el impacto ambiental de
la industria espacial tanto en la órbita como en tierra. Por un lado, el
proyecto se centra en el diseño para fomentar las tecnologías ecológicas
(EcoDesign) y reducir la producción de desechos espaciales (CleanSat), como
también en la investigación de productos no contaminantes en la fabricación de
satélites, desde el combustible hasta las materias primas. Por otro lado, con
la iniciativa “e.Deorbit”, se estudia la recuperación activa de artefactos en
la órbita LEO. El objetivo de la misión es utilizar una nave espacial para
capturar los objetos en desuso propiedad de la ESA, acercándolos hacia la
Tierra de forma controlada y desintegrándose de manera segura a lo largo del
proceso. En la actualidad hay dos conceptos bajo consideración: uno con una red
y el otro con un brazo robótico.
Otro experimento propuesto por la
Agencia Espacial Japonesa (JAXA) es el uso de una gigantesca red de un material
muy resistente para capturar los restos de sondas y satélites que van flotando
por el espacio. Lo que pretenden crear es una red hecha de hilo
especial, capaz de resistir cambios extremos de temperatura y grandes
fuerzas, que tras ser lanzada junto con un satélite y desplegada, cubra varios
kilómetros. A continuación, comenzará a orbitar la atmósfera terrestre
recolectando los deshechos.
La NASA se encuentra experimentando
sobre un posible gel aéreo, un material sintético y ligero que se solidifica y
provocaría que la basura se pegue a él. Esta agencia ya hizo uso de este gel
para recolectar polvo espacial en la nave Stardust, pero aún no se ha probado
con basura espacial. Otra idea explorada desde hace tiempo por los EEUU y China
es el uso de un sistema de rayos láser poco potentes con el que se vaporizaría
la basura en pequeños fragmentos para reducir la altura de su órbita y, de este
modo, arrastrarlo lentamente hacia la Tierra.
En España, investigadores de la
Universidad Politécnica de Madrid han liderado un proyecto internacional BETs
(The Bare Electrodynamic Tethers Project) donde plantean el desorbitado de la
basura espacial en la órbita LEO mediante amarras electrodinámicas. Esta
tecnología consiste en incluir una amarra enrollada como un carrete en el
satélite, y cuando este deje de estar operativo, la amarra se desplegaría de
forma pasiva, utilizando el frenado del campo geomagnético en lugar del débil
frenado atmosférico. Entre sus prometedores resultados está el desarrollo de un
simulador de utilidad para agencias espaciales y empresas.
La misión RemoveDebris, dirigida por
el Centro Espacial de Surrey, es un primer intento de la UE [1] destinado a
recoger basura espacial, la cual tiene previsto comenzar en 2017. Se trata de
una misión experimental que probará tres sistemas para capturar o desviar los
deshechos espaciales con tecnología a bajo coste, empleando instrumentos como
un arpón, una red y un sistema de navegación para arrastrar de forma remota a
los satélites viejos a lugares donde se desintegren.
Existen otros proyectos de mayor
complejidad que proponen diferentes soluciones a este problema, como la puesta
en órbita de un vehículo espacial que, mediante brazos articulados, permita
recoger los desechos espaciales de gran tamaño. Éstas y otras ideas ya
planteadas son imprescindibles para abordar la búsqueda de un método eficaz,
económico y ecológico, el objetivo principal de investigadores y científicos
especializados en el sector espacial. Pero, por el momento, un gran porcentaje
de estos diseños supera nuestra capacidad técnica y nuestros recursos
económicos.
Mientras se resuelven estos aspectos
asociados a los incentivos del problema, es fundamental que la comunidad
internacional sea consciente de la importancia de la proliferación de objetos
en órbita y siga avanzando en su exploración, tomando algunas decisiones
importantes.
La vulnerabilidad tanto de la Tierra,
como del espacio que la rodea, saturada de desechos generados por los humanos,
es una llamada de atención imperiosa para la búsqueda de futuras soluciones
que, además, ha pasado de pertenecer exclusivamente al ámbito de la gestión
aeroespacial para irrumpir con auge en la opinión pública internacional.
Por un Universo limpio como herencia
para las generaciones venideras.
Vídeo:
Notas:
Bibliografía:
Heiner Klinkrad, Space Debris - Models and Risk Analysis.
Springer Verlag, 2006, 430, ISBN 3-540-25448-X
Isabel
Caballero de Frutos
Doctora en Ciencias
Investigadora
postdoctoral
Instituto de Ciencias Marinas
de Andalucía (ICMAN-CSIC)
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