lunes, 3 de diciembre de 2018

Basura Espacial - Isabel Caballero de Frutos

¿Qué pasa con la basura espacial?
(Por Isabel Caballero de Frutos)



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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