Basura espacial

La basura espacial (también conocidos como contaminación espacial) son objetos artificiales desaparecidos en el espacio, principalmente en la órbita terrestre, que ya no cumplen una 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 en la órbita terrestre, desechos de fragmentación de la ruptura de cuerpos de cohetes y naves espaciales abandonadas. Además de los objetos artificiales abandonados que quedan en órbita, otros ejemplos de desechos espaciales incluyen fragmentos de su desintegración, erosión y colisiones o incluso manchas de pintura, líquidos solidificados expulsados ​​​​de naves espaciales y partículas no quemadas de motores de cohetes sólidos. Los desechos espaciales representan un riesgo para las naves espaciales.

Los desechos espaciales suelen ser una externalidad negativa: crea un costo externo para otros desde la acción inicial de lanzar o usar una nave espacial en una órbita cercana a la Tierra, un costo que generalmente no se tiene en cuenta ni se tiene en cuenta por completo en el costo del lanzador. o propietario de la carga útil. Algunos participantes de la industria espacial llevan a cabo la medición, la mitigación y la eliminación potencial de desechos.

En enero de 2021, la Red de Vigilancia Espacial de EE. UU. informó de 21 901 objetos artificiales en órbita sobre la Tierra, incluidos 4450 satélites operativos. Sin embargo, estos son solo los objetos lo suficientemente grandes como para ser rastreados. En enero de 2019, se estimó que se encontraban en órbita 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) alrededor de la Tierra. Cuando los objetos más pequeños de desechos espaciales artificiales (manchas de pintura, partículas sólidas de escape de cohetes, etc.) se agrupan con micrometeoroides, las agencias espaciales a veces se refieren a ellos como MMOD.(Micrometeoroides y Escombros Orbitales). Las colisiones con escombros se han convertido en un peligro para las naves espaciales; los objetos más pequeños causan daños similares a los de un 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.

Por debajo de los 2000 km (1200 millas) de altitud terrestre, los fragmentos de escombros son más densos que los meteoroides; la mayoría son polvo de motores de cohetes sólidos, desechos de erosión superficial como escamas de pintura y refrigerante congelado de RORSAT (satélites de propulsión nuclear). A modo de comparación, la Estación Espacial Internacional orbita en el rango de 300 a 400 kilómetros (190 a 250 millas), mientras que los dos eventos de escombros grandes más recientes, la prueba de armas antisatélite china de 2007 y la colisión del satélite de 2009, ocurrieron a 800 a 900 kilómetros (500 a 560 millas) de altitud. La ISS tiene blindaje Whipple para resistir el daño de pequeños MMOD; sin embargo, los escombros conocidos con una posibilidad de colisión superior a 1/10.000 se evitan maniobrando la estación.

Historia

Los desechos espaciales comenzaron a acumularse en la órbita terrestre inmediatamente con el primer lanzamiento de un satélite artificial Sputnik 1 en órbita en octubre de 1957. Pero incluso antes de eso, además de la eyección natural de la Tierra, los humanos podrían haber producido eyección que se convirtió en basura espacial, como en agosto. 1957 Prueba Pascal B. 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: satélites, escudos protectores y etapas superiores de vehículos de lanzamiento. Más tarde, la NASA publicó versiones modificadas de la base de datos en un conjunto de elementos de dos líneas y, a principios de la década de 1980, el sistema de tablón de anuncios CelesTrak las volvió a publicar.

Los rastreadores (NORAD) que alimentaron la base de datos estaban al tanto de otros objetos en órbita, muchos de los cuales eran el resultado de explosiones en órbita. Algunos fueron causados ​​deliberadamente durante las pruebas de armas antisatélite (ASAT) de 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. Para mejorar el seguimiento, el empleado de NORAD, John Gabbard, mantuvo una base de datos separada. Al estudiar las explosiones, Gabbard desarrolló una técnica para predecir las trayectorias orbitales de sus productos, y los diagramas (o gráficos) de Gabbard ahora se usan ampliamente. Estos estudios se utilizaron para mejorar el modelado de la evolución y el decaimiento orbital.

Cuando la base de datos NORAD estuvo disponible públicamente durante la década de 1970, las técnicas desarrolladas para el cinturón de asteroides se aplicaron al estudio de la base de datos de objetos terrestres satelitales artificiales conocidos.

Además de los enfoques para la reducción de desechos en los que el tiempo y los efectos naturales gravitatorios/atmosféricos ayudan a eliminar los desechos espaciales, o una variedad de enfoques tecnológicos que se han propuesto (y la mayoría no se han implementado) para reducir los desechos espaciales, varios académicos han observado que las instituciones Los factores —las "reglas del juego" políticas, legales, económicas y culturales— son el mayor impedimento para la limpieza del espacio cercano a la Tierra. Para 2014, había pocos incentivos comerciales para reducir los desechos espaciales, ya que el costo de manejarlos no se asigna a la entidad que los produce, sino que recae en todos los usuarios del entorno espacial y depende de la sociedad humana en su conjunto que se beneficia. de las tecnologías y el conocimiento espaciales. Se han hecho varias sugerencias para mejorar las instituciones a fin de aumentar los incentivos para reducir los desechos espaciales. Estos incluyen mandatos gubernamentales para crear incentivos, así como empresas que ven un beneficio económico al reducir los escombros de manera más agresiva que las prácticas estándar gubernamentales existentes. En 1979, la NASA fundó el Programa Orbital Debris para investigar medidas de mitigación de los desechos espaciales en la órbita terrestre.

Crecimiento de escombros

Durante la década de 1980, la NASA y otros grupos estadounidenses intentaron limitar el crecimiento de desechos. McDonnell Douglas implementó una solución de prueba para el vehículo de lanzamiento Delta, haciendo que el propulsor se alejara de su carga útil y ventilara cualquier propulsor que quedara en sus tanques. Esto eliminó una fuente de acumulación de presión en los tanques que anteriormente los había hecho explotar y crear desechos orbitales adicionales. Otros países tardaron más en adoptar esta medida y, debido sobre todo a varios lanzamientos de la Unión Soviética, el problema fue creciendo a lo largo de la década.

Siguió una nueva batería de estudios cuando la NASA, NORAD y otros intentaron comprender mejor el entorno orbital, y cada uno de ellos ajustó hacia arriba la cantidad de piezas de escombros en la zona de masa crítica. Aunque en 1981 (cuando se publicó el artículo de Schefter) el número de objetos se estimó en 5.000, los nuevos detectores del sistema de vigilancia del espacio profundo electroóptico basado en tierra encontraron nuevos objetos. A fines de la década de 1990, se pensaba que la mayoría de los 28 000 objetos lanzados ya se habían descompuesto y unos 8500 permanecían en órbita. En 2005, se ajustó hacia arriba a 13 000 objetos, y un estudio de 2006 aumentó el número a 19 000 como resultado de una prueba ASAT y una colisión de satélites. En 2011, la NASA dijo que se estaban rastreando 22.000 objetos.

Un modelo de la NASA de 2006 sugirió que si no se realizaban nuevos lanzamientos, el medio ambiente mantendría la población entonces conocida hasta alrededor de 2055, cuando aumentaría por sí sola. 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. La Academia Nacional de Ciencias, resumiendo la opinión profesional, señaló un acuerdo generalizado de que dos bandas del espacio LEO: 900 a 1000 km (620 millas).) y 1.500 km (930 mi), ya habían superado la densidad crítica.

En la Conferencia Europea del Aire y el Espacio de 2009, el investigador de la Universidad de Southampton, Hugh Lewis, predijo que la amenaza de los desechos espaciales aumentaría un 50 por ciento en la próxima década y se cuadruplicaría en los próximos 50 años. A partir de 2009, se rastrearon semanalmente más de 13,000 llamadas cercanas.

Un informe de 2011 del Consejo Nacional de Investigación de EE. UU. 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 suficiente actualmente en órbita para colisionar continuamente y crear aún más desechos, lo que aumenta el riesgo de fallas en las naves espaciales". El informe pidió regulaciones internacionales que limiten los desechos y la investigación de métodos de eliminación.

Historial de escombros en años particulares

• A partir de 2009, la Red de Vigilancia Espacial de los Estados Unidos rastreó 19.000 escombros de más de 5 cm (2 pulgadas).
• A partir de julio de 2013, se estima que más de 170 millones de escombros de menos de 1 cm (0,4 pulgadas), alrededor de 670 000 escombros de 1 a 10 cm y aproximadamente 29 000 escombros más grandes están en órbita.
• Desde julio de 2016, casi 18 000 objetos artificiales orbitan sobre la Tierra, incluidos 1419 satélites operativos.
• A partir de octubre de 2019, casi 20 000 objetos artificiales en órbita sobre la Tierra, incluidos 2218 satélites operativos.

Caracterización

Tamaño

Se estima que hay más de 128 millones de piezas de escombros de menos de 1 cm (0,39 pulgadas) a partir de enero de 2019. Hay aproximadamente 900.000 piezas de 1 a 10 cm. El recuento actual de escombros grandes (definidos como de 10 cm de ancho o más grandes) es de 34.000. El límite de medición técnica es c. 3 mm (0,12 pulgadas). A partir de 2020, hay 8000 toneladas métricas de escombros en órbita sin signos de desaceleración.

Orbita terrestre baja

En las órbitas más cercanas a la Tierra —menos de 2000 km (1200 millas) de altitud orbital, denominada órbita terrestre baja (LEO, por sus siglas en inglés)— tradicionalmente ha habido pocas "órbitas universales" que mantienen varias naves espaciales en anillos particulares (en contraste a GEO, una sola órbita que es ampliamente utilizada por más de 500 satélites). Esto está comenzando a cambiar en 2019, y varias empresas han comenzado a implementar las primeras fases de las constelaciones de Internet por satélite, que tendrán muchas órbitas universales en LEO con 30 a 50 satélites por plano orbital y altitud. Tradicionalmente, las órbitas LEO más pobladas han sido una serie de satélites heliosincrónicos que mantienen un ángulo constante entre el Sol y el plano orbital, lo que facilita la observación de la Tierra con un ángulo solar e iluminación constantes. Las órbitas heliosincrónicas son polares, lo que significa que cruzan las regiones polares. Los satélites LEO orbitan en muchos planos, normalmente hasta 15 veces al día, lo que provoca acercamientos frecuentes entre objetos. La densidad de satélites, tanto activos como abandonados, es mucho mayor en LEO.

Las órbitas se ven afectadas por perturbaciones gravitacionales (que en LEO incluyen la desigualdad del campo gravitatorio de la Tierra debido a variaciones en la densidad del planeta), y las colisiones pueden ocurrir desde cualquier dirección. La velocidad de impacto promedio de las colisiones en la órbita terrestre baja es de 10 km/s con máximos que superan los 14 km/s debido a la excentricidad orbital. La colisión del satélite de 2009 se produjo a una velocidad de cierre de 11,7 km/s (26 000 mph), creando más de 2000 grandes fragmentos de escombros. 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 cascada, o incluso hacer que algunas órbitas terrestres bajas en particular sean efectivamente inutilizables para el uso a largo plazo de los satélites en órbita, un fenómeno conocido como síndrome de Kessler. Se proyecta que el efecto teórico sea una reacción teórica en cadena desbocada 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 una densidad crítica.

Las misiones espaciales tripuladas se realizan principalmente a 400 km (250 millas) de altitud y por debajo, donde la resistencia del aire ayuda a despejar zonas de fragmentos. La atmósfera superior no es 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. Estos efectos a más largo plazo pueden aumentar la resistencia a altitudes más bajas; la expansión de la década de 1990 fue un factor en la reducción de la densidad de escombros. Otro factor fue la menor cantidad de lanzamientos por parte de Rusia; la Unión Soviética realizó la mayoría de sus lanzamientos en las décadas de 1970 y 1980.

Altitudes más altas

En altitudes más altas, donde la resistencia del aire es menos significativa, el decaimiento orbital lleva más tiempo. Un ligero arrastre atmosférico, 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 descomponen), pero a altitudes muy altas esto puede llevar milenios. Aunque las órbitas de gran altitud se usan con menos frecuencia que LEO y el inicio del problema es más lento, los números avanzan hacia el umbral crítico más rápidamente.

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 geosíncrona; su inclinación orbital aumenta alrededor de 0,8° y su velocidad aumenta alrededor de 160 km/h (99 mph) por año. La velocidad de impacto alcanza su punto máximo a aproximadamente 1,5 km / s (0,93 mi / s). Las perturbaciones orbitales provocan la desviación de la longitud de la nave espacial inoperable y la precesión del plano orbital. Los acercamientos cercanos (dentro de los 50 metros) se estiman en uno por año. Los escombros de la colisión representan un riesgo a corto plazo menor que el de una colisión LEO, pero es probable que el satélite deje de funcionar. Los objetos grandes, como los satélites de energía solar, son especialmente vulnerables a las colisiones.

Aunque la UIT ahora requiere pruebas de que un satélite puede salir de su posición orbital al final de su vida útil, los estudios sugieren que esto es insuficiente. Dado que la órbita GEO es demasiado distante para medir con precisión objetos de menos de 1 m (3 pies 3 pulgadas), la naturaleza del problema no se conoce bien. Los satélites podrían moverse a lugares vacíos en GEO, lo que requiere menos maniobras y facilita la predicción del movimiento futuro. Los satélites o impulsores en otras órbitas, especialmente varados en la órbita de transferencia geoestacionaria, son una preocupación adicional debido a su velocidad de cruce típicamente alta.

A pesar de los esfuerzos para reducir el riesgo, se han producido colisiones de naves espaciales. El satélite de telecomunicaciones de la Agencia Espacial Europea Olympus-1 fue golpeado por un meteorito el 11 de agosto de 1993 y finalmente se movió a una órbita de cementerio. El 29 de marzo de 2006, el satélite de comunicaciones Russian Express-AM11 fue golpeado por un objeto desconocido y quedó inoperable; sus ingenieros tuvieron suficiente tiempo de contacto con el satélite para enviarlo a una órbita de cementerio.

Fuentes

Nave espacial muerta

En 1958, Estados Unidos lanzó Vanguard I a una órbita terrestre media (MEO). En octubre de 2009, él y la etapa superior de su cohete de lanzamiento eran los objetos espaciales artificiales supervivientes más antiguos que aún estaban en órbita. En un catálogo de lanzamientos conocidos hasta julio de 2009, la Unión de Científicos Preocupados enumeró 902 satélites operativos de una población conocida de 19 000 objetos grandes y alrededor de 30 000 objetos lanzados.

Un ejemplo de desechos satelitales abandonados adicionales son los restos del programa satelital de vigilancia naval soviético RORSAT de las décadas de 1970 y 1980. Los reactores nucleares BES-5 de los satélites se enfriaron con un circuito refrigerante de aleación de sodio y potasio, lo que generó un problema potencial cuando el satélite llegó al final de su vida útil. Si bien muchos satélites fueron impulsados ​​​​nominalmente a órbitas de cementerio de altitud media, no todos lo fueron. Incluso los satélites que se habían movido correctamente a una órbita más alta tenían una probabilidad del ocho por ciento de pincharse y liberar refrigerante durante un período de 50 años. El refrigerante se congela en gotitas de aleación sólida de sodio y potasio, formando desechos adicionales.

En febrero de 2015, 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.

Los satélites en órbita han sido destruidos deliberadamente. Estados Unidos y la URSS/Rusia han realizado más de 30 y 27 pruebas ASAT, respectivamente, seguidas de 10 de China y una de India. Los ASAT más recientes fueron la intercepción china de FY-1C, las pruebas del PL-19 Nudol ruso, la intercepción estadounidense de USA-193 y la intercepción india de un satélite en vivo no declarado.

Equipo perdido

Los desechos espaciales incluyen un guante perdido por el astronauta Ed White en la primera caminata espacial estadounidense (EVA), una cámara perdida por Michael Collins cerca de Gemini 10, una manta térmica perdida durante STS-88, bolsas de basura desechadas por cosmonautas soviéticos durante el 15- año de vida, una llave inglesa y un cepillo de dientes. Sunita Williams de STS-116 perdió una cámara durante un EVA. Durante un STS-120 EVA para reforzar un panel solar roto, se perdieron un par de alicates, y en un STS-126 EVA, Heidemarie Stefanyshyn-Piper perdió una bolsa de herramientas del tamaño de un maletín.

Potenciadores

Al caracterizar el problema de los desechos espaciales, se supo que gran parte de los desechos se debían a las etapas superiores del cohete (por ejemplo, la etapa superior inercial) que terminan en órbita y se rompen debido a la descomposición del combustible no quemado no ventilado. Sin embargo, un importante evento de impacto conocido involucró un refuerzo (intacto) de Ariane. Aunque la NASA y la Fuerza Aérea de los Estados Unidos ahora requieren la pasivación de la etapa superior, otros lanzadores no la requieren. Las etapas inferiores, como los propulsores de cohetes sólidos del transbordador espacial o los vehículos de lanzamiento Saturn IB del programa Apolo, no alcanzan la órbita.

El 11 de marzo de 2000, una etapa superior del 4 CBERS-1 chino Gran Marcha explotó en órbita, creando una nube de escombros. Una etapa de refuerzo rusa Briz-M explotó en órbita sobre Australia Meridional el 19 de febrero de 2007. Lanzada el 28 de febrero de 2006 con un satélite de comunicaciones Arabsat-4A, falló antes de que pudiera agotar su propulsor. Aunque los astrónomos capturaron la explosión en una película, debido a la trayectoria de la órbita, la nube de escombros ha sido difícil de medir con radar. El 21 de febrero de 2007, se identificaron más de 1000 fragmentos. Celestrak registró una ruptura el 14 de febrero de 2007. Ocho rupturas ocurrieron en 2006, la mayor cantidad desde 1993. Otro Briz-M se rompió el 16 de octubre de 2012 después de un lanzamiento fallido de Proton-M el 6 de agosto. Se desconocía la cantidad y el tamaño de los escombros.Un propulsor de cohetes Long March 7 creó una bola de fuego visible desde partes de Utah, Nevada, Colorado, Idaho y California en la noche del 27 de julio de 2016; su desintegración fue ampliamente reportada en las redes sociales. En 2018-2019, se rompieron tres segundas etapas Atlas V Centaur diferentes.

En diciembre de 2020, los científicos confirmaron que un objeto cercano a la Tierra detectado previamente, 2020 SO, era basura espacial propulsora de cohetes lanzada en 1966 en órbita alrededor de la Tierra y el Sol.

Armas

Una fuente de escombros en el pasado fue la prueba de armas antisatélite (ASAT) por parte de los EE. UU. y la Unión Soviética durante las décadas de 1960 y 1970. Los archivos del Comando de Defensa Aeroespacial de América del Norte (NORAD) solo contenían datos de las pruebas soviéticas, y los restos de las pruebas estadounidenses solo se identificaron más tarde. Cuando se entendió el problema de los desechos, las pruebas ASAT generalizadas habían terminado; el Programa 437 de EE. UU. se cerró en 1975.

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 lb) que orbitaba a 525 km (326 mi), creando miles de escombros de más de 1 cm (0,39 pulgadas). Debido a la altitud, la resistencia atmosférica decayó en la órbita de la mayoría de los desechos en una década. Una moratoria de facto siguió a la prueba.

El gobierno de China fue condenado por las implicaciones militares y la cantidad de escombros de la prueba de misiles antisatélite de 2007, el incidente de desechos espaciales más grande de la historia (creando más de 2300 piezas del tamaño de una pelota de golf o más grandes, más de 35 000 de 1 cm (0,4 pulgadas) o mayor, y un millón de piezas de 1 mm (0,04 in) o mayor). El satélite objetivo orbitaba entre 850 km (530 millas) y 882 km (548 millas), la parte del espacio cercano a la Tierra más densamente poblada de satélites. 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.El Dr. 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 en 2007 creó desechos orbitales de más de 3000 objetos separados que luego requirieron seguimiento. El 20 de febrero de 2008, EE. UU. lanzó un misil SM-3 desde el USS Lake Erie para destruir un satélite espía estadounidense defectuoso que se creía que transportaba 450 kg (1000 lb) de propulsor de hidracina tóxica. El evento ocurrió a unos 250 km (155 millas) y los escombros resultantes tienen un perigeo de 250 km (155 millas) o menos. 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.

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, 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 escombros, pero esperaba que el número aumentara a medida que continúa la recopilación de datos.

El 15 de noviembre de 2021, el Ministerio de Defensa ruso destruyó Kosmos 1408 que orbitaba a unos 450 km, creando "más de 1500 piezas de escombros rastreables y cientos de miles de piezas de escombros no rastreables", según el Departamento de Estado de EE. UU.

La vulnerabilidad de los satélites a los escombros y la posibilidad de atacar satélites LEO para crear nubes de escombros ha desencadenado la especulación de que es posible que los países no puedan realizar un ataque de precisión. Un ataque a un satélite de 10 t (22 000 lb) o más dañaría gravemente el entorno LEO.

Peligros

A la nave espacial

La basura espacial puede ser un peligro para los satélites activos y las naves espaciales. Se ha teorizado que la órbita terrestre podría incluso volverse intransitable si el riesgo de colisión aumenta demasiado.

Sin embargo, dado que el riesgo para las naves espaciales aumenta con el tiempo de exposición a altas densidades de desechos, es más exacto decir que LEO quedaría inutilizable para las naves en órbita. La amenaza para las naves que pasan a través de LEO para alcanzar una órbita más alta sería mucho menor debido al período de tiempo muy corto del cruce.

Nave espacial sin tripulación

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 es un riesgo eléctrico para los paneles.

Se cree que los satélites han sido destruidos por micrometeoritos y (pequeños) desechos orbitales (MMOD). La primera pérdida sospechosa fue la de Kosmos 1275, que desapareció el 24 de julio de 1981 (un mes después del lanzamiento). Kosmos no contenía propulsor volátil, por lo tanto, no parecía haber nada interno en el satélite que pudiera haber causado la explosión destructiva que tuvo lugar. Sin embargo, el caso no ha sido probado y otra hipótesis adelantada es que la batería explotó. El seguimiento mostró que se dividió en 300 objetos nuevos.

Muchos impactos han sido confirmados desde entonces. Por ejemplo, el 24 de julio de 1996, el microsatélite francés Cerise fue alcanzado por fragmentos de un impulsor de etapa superior Ariane-1 H-10 que explotó en noviembre de 1986. El 29 de marzo de 2006, el satélite de comunicaciones ruso Ekspress AM11 fue alcanzado por un objeto y queda inoperable. El 13 de octubre de 2009, Terra sufrió una anomalía de falla de una sola celda de la batería y una anomalía de control del calentador de la batería que posteriormente se consideró probable como resultado de un ataque MMOD. El 12 de marzo de 2010, Aura perdió la energía de la mitad de uno de sus 11 paneles solares y esto también se atribuyó a una huelga de MMOD.El 22 de mayo de 2013, el GOES 13 fue alcanzado por un MMOD que le hizo perder el rastro de las estrellas que utilizaba para mantener una actitud operativa. La nave espacial tardó casi un mes en volver a funcionar.

La primera gran colisión de satélites ocurrió 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, 500 millas (800 km) sobre el norte de Siberia. La velocidad relativa del impacto fue de unos 11,7 km/s (7,3 mi/s), o unos 42.120 km/h (26.170 mph). Ambos satélites fueron destruidos, creando miles de nuevos escombros más pequeños, con problemas de responsabilidad legal y política sin resolver incluso años después. El 22 de enero de 2013, BLITS (un satélite ruso de alcance láser) fue golpeado 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.

Los satélites a veces realizan maniobras para evitar colisiones y los operadores de satélites pueden monitorear los desechos espaciales como parte de la planificación de la maniobra. Por ejemplo, en enero de 2017, la Agencia Espacial Europea tomó la decisión de alterar la órbita de una de sus tres naves espaciales de la misión Swarm, basándose en datos del Centro de Operaciones Espaciales Conjuntas de EE. UU., para reducir el riesgo de colisión del Cosmos-375, un avión abandonado. satélite ruso.

Nave espacial tripulada

Los vuelos tripulados son naturalmente particularmente sensibles a los peligros que podrían presentar las conjunciones de desechos espaciales en la trayectoria orbital de la nave espacial. Se han producido ejemplos de maniobras de evasión ocasionales o desgaste de desechos espaciales a largo plazo en las misiones del transbordador espacial, la estación espacial MIR y la Estación Espacial Internacional.

Misiones del transbordador espacial

Desde las primeras misiones del transbordador espacial, la NASA usó las capacidades de monitoreo espacial de NORAD para evaluar la ruta orbital del transbordador en busca de desechos. En la década de 1980, esto utilizó una gran proporción de la capacidad de NORAD. La primera maniobra para evitar colisiones ocurrió durante STS-48 en septiembre de 1991, un propulsor encendido de siete segundos para evitar escombros del satélite abandonado Kosmos 955. Se iniciaron maniobras similares en las misiones 53, 72 y 82.

Uno de los primeros eventos en dar a conocer el problema de los desechos ocurrió en el segundo vuelo del transbordador espacial Challenger, STS-7. Una gota de pintura golpeó su ventana delantera, creando un hoyo de más de 1 mm (0,04 pulgadas) de ancho. En STS-59 en 1994, la ventana delantera del Endeavor estaba perforada aproximadamente a la mitad de su profundidad. Los impactos menores de escombros aumentaron desde 1998.

El astillado de ventanas y daños menores a las tejas del sistema de protección térmica (TPS) ya eran comunes en la década de 1990. Posteriormente, el transbordador voló de cola para absorber una mayor proporción de la carga de escombros en los motores y el compartimento de carga trasero, que no se utilizan en órbita ni durante el descenso y, por lo tanto, son menos críticos para la operación posterior al lanzamiento. Cuando volaba unido a la ISS, las dos naves espaciales conectadas se voltearon para que la estación mejor blindada protegiera al orbitador.

Un estudio de la NASA de 2005 concluyó que los desechos representaban aproximadamente la mitad del riesgo general para el transbordador. 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 de aproximadamente 1 en 300, pero la misión de reparación del telescopio Hubble se realizó en la órbita más alta. altitud de 560 km (350 mi) 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 números de escombros redujo el riesgo estimado a 1 en 221, y la misión siguió adelante.

Los incidentes con escombros continuaron en misiones posteriores del transbordador. Durante STS-115 en 2006, un fragmento de placa de circuito perforó un pequeño agujero a través de los paneles del radiador en la bahía de carga de Atlantis. En el STS-118 en 2007, los escombros hicieron un agujero similar a una bala a través del panel del radiador del Endeavour.

Mir

El desgaste por impacto fue notable en Mir, la estación espacial soviética, ya que permaneció en el espacio durante largos períodos con sus paneles de módulos solares originales.

Estación Espacial Internacional

La ISS también usa blindaje Whipple para proteger su interior de escombros menores. 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. Por lo general, se realiza una maniobra de evitación para la ISS si "existe una posibilidad mayor a uno en 10,000 de un golpe con escombros". Hasta enero de 2014, ha habido dieciséis maniobras en los quince años que la ISS estuvo en órbita. Para 2019, se habían registrado más de 1.400 impactos de meteoritos y desechos orbitales (MMOD) en la ISS.

Como otro método para reducir el riesgo para los humanos a bordo, la gerencia operativa de la ISS pidió a la tripulación que se refugiara en la Soyuz en tres ocasiones debido a las advertencias tardías de proximidad de escombros. Además de los dieciséis disparos de los propulsores y las tres órdenes de refugio de la cápsula Soyuz, no se completó un intento de maniobra debido a que no se contó con la advertencia de varios días necesaria para cargar la línea de tiempo de la maniobra en la computadora de la estación. 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. En 2013, la dirección de operaciones de la ISS no realizó ninguna maniobra para evitar escombros, después de haber realizado un récord de cuatro maniobras de escombros el año anterior.

Síndrome de Kessler

El síndrome de Kessler, propuesto por el científico de la NASA Donald J. Kessler en 1978, es un escenario teórico en el que la densidad de objetos en órbita terrestre baja (LEO) es lo suficientemente alta como para que las colisiones entre objetos puedan provocar un efecto cascada donde cada colisión genera basura espacial. que aumenta la probabilidad de más colisiones. Además, teorizó que una implicación si esto ocurriera es que la distribución de desechos en órbita podría hacer que las actividades espaciales y el uso de satélites en rangos orbitales específicos fueran económicamente poco prácticos durante muchas generaciones.

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, el entorno LEO en el rango de altitud de 1000 km (620 millas) debería estar en cascada. Sin embargo, solo ha ocurrido 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. Sin embargo, según Kessler en 2010, una cascada puede no ser obvia hasta que esté muy avanzada, lo que podría llevar años.

En la tierra

Aunque la mayoría de los desechos se queman en la atmósfera, los objetos de desechos más grandes pueden llegar intactos al suelo. Según la NASA, un promedio de una pieza catalogada de escombros ha vuelto a caer a la Tierra cada día durante los últimos 50 años. A pesar de su tamaño, no ha habido daños materiales significativos a causa de los escombros. La quema en la atmósfera también puede contribuir a la contaminación atmosférica.

Ejemplos notables de basura espacial que cae a la Tierra e impacta la vida humana incluyen:

• 1969: cinco marineros de un barco japonés resultaron heridos cuando los desechos espaciales de lo que se creía que era una nave espacial soviética golpearon la cubierta de su barco.
• 1978: el satélite de reconocimiento soviético Kosmos 954 volvió a entrar en la atmósfera sobre el noroeste de Canadá y dispersó desechos radiactivos sobre el norte de Canadá, algunos aterrizaron en el Gran Lago de los Esclavos.
• 1979: porciones de Skylab cayeron sobre Australia, y varias piezas aterrizaron en el área alrededor de Shire of Esperance, lo que multó a la NASA con $ 400 por tirar basura.
• 1987: una tira de metal de 7 pies del cohete soviético Kosmos 1890 aterrizó entre dos casas en Lakeport, California, sin causar daños.
• 1991: Salyut 7 sufrió un reingreso descontrolado el 7 de febrero sobre la ciudad de Capitán Bermúdez en Argentina.
• 1997: una mujer de Oklahoma, Lottie Williams, fue golpeada, sin lesiones en el hombro, por una pieza de material metálico tejido ennegrecido de 10 cm × 13 cm (3,9 pulgadas × 5,1 pulgadas) que se confirmó como parte del tanque propulsor de un cohete Delta II. que lanzó un satélite de la Fuerza Aérea de EE. UU. el año anterior.
• 2001: una etapa superior del cohete Star 48 Payload Assist Module (PAM-D) volvió a entrar en la atmósfera después de una "desintegración orbital catastrófica", estrellándose en el desierto de Arabia Saudita. Fue identificado como el cohete de la etapa superior de NAVSTAR 32, un satélite GPS lanzado en 1993.
• 2002: el niño de 6 años, Wu Jie, se convirtió en la primera persona herida por el impacto directo de los desechos espaciales. Sufrió una fractura en un dedo del pie y una hinchazón en la frente después de que un bloque de aluminio, de 80 centímetros por 50 centímetros y un peso de 10 kilogramos, de la cubierta exterior del satélite Resource Second lo golpeara mientras estaba sentado debajo de un árbol de caqui en la provincia de Shaanxi. Porcelana.
• 2003: desastre de Columbia, gran parte de la nave espacial llegó al suelo y los sistemas de equipos completos permanecieron intactos. Se recuperaron más de 83.000 piezas, junto con los restos de los seis astronautas, en un área de tres a diez millas alrededor de Hemphill en el condado de Sabine, Texas. Se encontraron más piezas en una línea desde el oeste de Texas hasta el este de Luisiana, con la pieza más occidental encontrada en Littlefield, TX y la más oriental al suroeste de Mora, Luisiana. Se encontraron escombros en Texas, Arkansas y Louisiana. En un raro caso de daño a la propiedad, un soporte de metal de un pie de largo atravesó el techo de la oficina de un dentista. La NASA advirtió al público que evite el contacto con los escombros debido a la posible presencia de productos químicos peligrosos.15 años después de la falla, la gente seguía enviando piezas con la más reciente, de febrero de 2018, encontrada en la primavera de 2017.
• 2007: el piloto de un Airbus A340 de LAN Airlines que transportaba a 270 pasajeros vio restos en el aire de un satélite espía ruso mientras volaba sobre el Océano Pacífico entre Santiago y Auckland. Los escombros se informaron dentro de los 9,3 kilómetros (5 millas náuticas) de la aeronave.
• 2020: La etapa central vacía de un cohete Gran Marcha-5B hizo un reingreso incontrolado, el objeto más grande en hacerlo desde la estación espacial Salyut 7 de 39 toneladas de la Unión Soviética en 1991, sobre África y el Océano Atlántico y un 12- tubería de un metro de largo procedente del cohete se estrelló en el pueblo de Mahounou en Côte d'Ivoire.
• 2021: una segunda etapa de Falcon 9 hizo un reingreso descontrolado sobre el estado de Washington el 25 de marzo, produciendo un "espectáculo de luces" ampliamente visto. Un recipiente a presión envuelto en material compuesto sobrevivió al reingreso y aterrizó en un campo agrícola.

Seguimiento y medición

Seguimiento desde el suelo

Los radares y los detectores ópticos como el lidar son las principales herramientas para rastrear la basura espacial. Aunque los objetos de menos de 10 cm (4 pulgadas) tienen una estabilidad orbital reducida, se pueden rastrear desechos tan pequeños como 1 cm; sin embargo, es difícil determinar las órbitas para permitir la readquisición. 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). Las ondas de radio FM pueden detectar desechos, después de reflejarse en un receptor. El seguimiento óptico puede ser un sistema útil de alerta temprana en naves espaciales.

El Comando Estratégico de EE. UU. 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. Otros datos provienen del Telescopio de desechos espaciales de la ESA, TIRA, los radares Goldstone, Haystack y EISCAT y el radar de matriz en fase Cobra Dane, que se utilizarán en modelos ambientales de desechos como el Meteoroide de la ESA y la Referencia ambiental terrestre de desechos espaciales (MASTER).

Medición en el espacio

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 de desechos. El satélite EURECA, desplegado por STS-46 Atlantis en 1992 y recuperado por STS-57 Endeavour en 1993, también se utilizó para el estudio de desechos.

Los paneles solares del Hubble fueron devueltos por las misiones STS-61 Endeavour y STS-109 Columbia, y los cráteres de impacto estudiados por la ESA para validar sus modelos. También se estudiaron los materiales devueltos por Mir, en particular la carga útil de efectos ambientales de Mir (que también probó materiales destinados a la ISS).

Diagramas Gabbard

Una nube de escombros resultante de un solo evento se estudia con diagramas de dispersión conocidos como diagramas de Gabbard, donde el perigeo y el apogeo de los fragmentos se trazan con respecto a su período orbital. Se reconstruyen los diagramas de Gabbard de la nube de escombros temprana antes de los efectos de las perturbaciones, si los datos estuvieran disponibles. A menudo incluyen datos sobre fragmentos recién observados, aún no catalogados. Los diagramas de Gabbard pueden proporcionar información importante sobre las características de la fragmentación, la dirección y el punto de impacto.

Lidiando con escombros

Un promedio de alrededor de un objeto rastreado por día ha estado saliendo de la órbita durante los últimos 50 años, con un promedio de casi tres objetos por día en el máximo solar (debido al calentamiento y la expansión de la atmósfera terrestre), pero uno cada tres días en mínimo solar, normalmente cinco años y medio después. Además de los efectos atmosféricos naturales, las corporaciones, los académicos y las agencias gubernamentales han propuesto planes y tecnología para lidiar con los desechos espaciales, pero a partir de noviembre de 2014, la mayoría de estos son teóricos y no existe un plan comercial para la reducción de desechos.

Varios académicos también han observado que los factores institucionales (las "reglas del juego" políticas, legales, económicas y culturales) son el mayor impedimento para la limpieza del espacio cercano a la Tierra. Hay pocos incentivos comerciales para actuar, ya que los costos no se asignan a los contaminadores, aunque se han sugerido varias soluciones tecnológicas. Sin embargo, los efectos hasta la fecha son limitados. En los EE. UU., los organismos gubernamentales han sido acusados ​​​​de incumplir compromisos anteriores para limitar el crecimiento de desechos, "y mucho menos abordar los problemas más complejos de eliminación de desechos orbitales". Los diferentes métodos para la eliminación de desechos espaciales han sido evaluados por el Consejo Asesor de Generación Espacial, incluido el astrofísico francés Fatoumata Kébé.

Mitigación del crecimiento

A partir de la década de 2010, por lo general se llevan a cabo varios enfoques técnicos para mitigar el crecimiento de los desechos espaciales, pero no existe un régimen legal integral o una estructura de asignación de costos para reducir los desechos espaciales de la forma en que se ha reducido 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 la órbita terrestre por encima de la baja se lanzan inicialmente en órbitas elípticas con perigeos dentro de la atmósfera terrestre, por lo que la órbita decaerá rápidamente y los satélites se destruirán a sí mismos. reingreso a la atmósfera. Se utilizan otros métodos para naves espaciales en órbitas más altas. Estos 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 para sacarla de órbita intencionalmente, a menudo en la primera o segunda órbita después de la liberación de la carga útil; satélites que pueden, si se mantienen en buen estado durante años, desorbitarse de las órbitas inferiores alrededor de la Tierra.

Cada vez más, las etapas superiores gastadas en órbitas más altas (órbitas para las que no es posible o no está prevista la desorbitación de delta-v bajo) y las arquitecturas que admiten la pasivación de satélites al final de su vida útil 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 escombros de la etapa del cohete ahora abandonada o del propio satélite, sí reduce sustancialmente la probabilidad de que la nave espacial se destruya y cree muchas piezas más pequeñas de desechos espaciales, un fenómeno que era común en muchas de las primeras generaciones de estadounidenses y estadounidenses. Nave espacial soviética.

La pasivación de la etapa superior (p. ej., de los propulsores Delta) mediante la liberación de propelentes residuales reduce los desechos de las explosiones orbitales; sin embargo, incluso en 2011, no todas las etapas superiores implementan esta práctica. SpaceX usó 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.

Con una política de licencia de lanzamiento "uno arriba, uno abajo" para órbitas terrestres, los lanzadores se encontrarían, capturarían y sacarían de órbita un satélite abandonado desde aproximadamente el mismo plano orbital. Otra posibilidad es el reabastecimiento robótico de satélites. La NASA ha realizado experimentos y SpaceX está desarrollando tecnología de transferencia de propulsor en órbita a gran escala.

Otro enfoque para la mitigación de desechos es diseñar explícitamente la arquitectura de la misión para dejar siempre el cohete en la segunda etapa en una órbita geocéntrica elíptica con un perigeo bajo, asegurando así una rápida descomposición orbital y evitando desechos orbitales a largo plazo de los cuerpos de cohetes gastados. Tales 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 hacer circular la órbita. La etapa de arranque en sí puede diseñarse con la capacidad de exceso de propulsor para poder salir de órbita por sí misma.

Autoeliminación

Aunque la UIT requiere que los satélites geoestacionarios se muevan a una órbita de cementerio al final de su vida útil, las áreas orbitales seleccionadas no protegen suficientemente los carriles GEO de los desechos. Las etapas de cohetes (o satélites) con suficiente propulsor pueden hacer una salida de órbita directa y controlada, o si esto requiere demasiado propulsor, un satélite puede ser llevado a una órbita en la que la resistencia atmosférica provocaría que finalmente saliera de órbita. Esto se hizo con el satélite francés Spot-1, reduciendo su tiempo de reingreso a la atmósfera de los 200 años proyectados a unos 15 al reducir su altitud de 830 km (516 mi) a unos 550 km (342 mi).

La constelación Iridium, 95 satélites de comunicación lanzados durante el período de cinco años entre 1997 y 2002, proporciona un conjunto de puntos de datos sobre los límites de la autoeliminación. El operador satelital, Iridium Communications, permaneció operativo durante las dos décadas de vida útil de los satélites (aunque con un cambio de nombre de la empresa debido a una bancarrota corporativa durante el período) y, en diciembre de 2019, había "completado la disposición del último de sus 65 en funcionamiento". satélites heredados".Sin embargo, este proceso dejó 30 satélites con una masa combinada de (20 400 kg (45 000 lb), o casi un tercio de la masa de esta constelación) en órbitas LEO a aproximadamente 700 km (430 mi) de altitud, donde la autodesintegración es bastante lento. De estos satélites, 29 simplemente fallaron durante su tiempo en órbita y, por lo tanto, no pudieron salir de órbita por sí mismos, mientras que uno, Iridium 33, estuvo involucrado en la colisión de satélites de 2009 con el satélite militar ruso abandonado Kosmos-2251. No se estableció ningún plan de contingencia para la eliminación de los satélites que no pudieron eliminarse por sí mismos. En 2019, el CEO de Iridium, Matt Desch, dijo que Iridium estaría dispuesto a pagar a una empresa de remoción de escombros activos para sacar de órbita sus satélites de primera generación restantes si fuera posible por un costo increíblemente bajo, digamos " US $ 10,000por salida de órbita, 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. 'Sabes en qué punto [es] una obviedad, pero [yo] espero que el costo sea realmente de millones o decenas de millones, a cuyo precio sé que no tiene sentido. ' "

Se han propuesto métodos pasivos para aumentar la tasa de descomposición orbital de los desechos de las naves espaciales. En lugar de cohetes, se podría conectar una cuerda electrodinámica a una nave espacial en el lanzamiento; al final de su vida útil, la cuerda se desplegaría para reducir la velocidad de la nave espacial. Otras propuestas incluyen un escenario de refuerzo con un accesorio similar a una vela y una envoltura de globo inflable grande y delgada.

Eliminación externa

Se han propuesto, estudiado o se han construido subsistemas terrestres para utilizar otras naves espaciales para eliminar los desechos espaciales existentes. Un consenso de oradores en una reunión en Bruselas en octubre de 2012, organizada por la Fundación Mundo Seguro (un grupo de expertos estadounidense) y el Instituto Francés de Relaciones Internacionales,informó que sería necesario retirar los desechos más grandes para evitar que el riesgo para las naves espaciales se vuelva inaceptable 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 obsoletos 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 funcionan o amenazan misiones activas.

Varias compañías hicieron planes a fines de la década de 2010 para realizar una extracción externa en sus satélites en órbitas LEO medias. Por ejemplo, OneWeb planeó utilizar la auto-remoción a bordo como "plan A" para la salida de órbita del satélite al final de su vida útil, pero si un satélite no pudiera retirarse por sí mismo dentro de un año del final de su vida útil, OneWeb implementaría el "plan B" y envíe un remolcador espacial reutilizable (misión de transporte múltiple) para que se conecte al satélite en un objetivo de captura ya incorporado a través de un accesorio de agarre, para ser remolcado a una órbita más baja y liberado para el reingreso.

Vehículos controlados a distancia

Una solución bien estudiada utiliza un vehículo controlado a distancia para reunirse, capturar y devolver los escombros a una estación central. Uno de estos sistemas es Space Infrastructure Servicing, un depósito de reabastecimiento de combustible desarrollado comercialmente y una nave espacial de servicio para satélites de comunicaciones en órbita geosíncrona originalmente programado para un lanzamiento en 2015. El SIS podría "empujar satélites muertos a órbitas de cementerio". La familia de etapas superiores Advanced Common Evolved Stage se está diseñando con un alto margen de sobrante de propulsor (para captura y salida de órbita abandonadas) y capacidad de reabastecimiento de combustible en el espacio para el alto delta-v necesario para sacar de órbita objetos pesados ​​de la órbita geosincrónica.. Se ha investigado un satélite similar a un remolcador para arrastrar los escombros a una altitud segura para que se quemen en la atmósfera.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 a sí mismo y a los escombros a una órbita más segura.

Una variación de este enfoque es que el vehículo controlado a distancia se encuentre con los escombros, los capture temporalmente para unir un satélite de órbita más pequeño y arrastre los escombros con una cuerda hasta la ubicación deseada. La "nave nodriza" luego remolcaría la combinación de escombros-pequeño satélite para entrar en la atmósfera o moverla a una órbita de cementerio. Uno de esos sistemas es el Busek ORbital DEbris Remover (ORDER) propuesto, que transportaría más de 40 satélites SUL (satélite en la línea umbilical) fuera de órbita y propulsor suficiente para su remoción.

El 7 de enero de 2010, Star, Inc. informó que recibió un contrato del Comando de Sistemas de Guerra Espacial y Naval para un estudio de viabilidad de la nave espacial sin propulsor ElectroDynamic Debris Eliminator (EDDE) para la eliminación de desechos espaciales. 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. La misión ha visto varias evoluciones para llegar a un modelo de captura inspirado en pac-man. En 2013, se estudió Space Sweeper con Sling-Sat (4S), un satélite de agarre que captura y expulsa desechos.En 2022, un satélite chino, el SJ-21, agarró un satélite no utilizado y lo "arrojó" a una órbita con menor riesgo de colisión.

En diciembre de 2019, la Agencia Espacial Europea adjudicó el primer contrato para limpiar basura espacial. La misión de 120 millones de euros denominada ClearSpace-1 (una derivación del proyecto EPFL) está programada para lanzarse en 2025. Su objetivo es eliminar un adaptador de carga útil secundario VEga (Vespa) de 100 kg que dejó el vuelo VV02 de Vega en un recorrido de 800 km (500 mi) en órbita en 2013. Un "cazador" agarrará la basura con cuatro brazos robóticos y la arrastrará hasta la atmósfera de la Tierra, donde ambos se quemarán.

Métodos láser

La escoba láser utiliza un láser terrestre para eliminar la parte frontal de los escombros, produciendo un empuje similar al de un cohete que ralentiza el objeto. Con la aplicación continua, los escombros caerían lo suficiente como para verse influenciados por la resistencia atmosférica. A fines de la década de 1990, el Proyecto Orión de la Fuerza Aérea de EE. UU. era un diseño de escoba láser. Aunque se programó el lanzamiento de un dispositivo de banco de pruebas en un transbordador espacial en 2003, los acuerdos internacionales que prohíben las pruebas de láser potente en órbita limitaron su uso a las mediciones. El transbordador espacial Columbia de 2003El desastre pospuso el proyecto y, según Nicholas Johnson, científico jefe y gerente 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 el estante durante más de una década".."

El impulso de los fotones del rayo láser podría impartir directamente un empuje sobre los escombros suficiente para mover los escombros pequeños a nuevas órbitas fuera del camino de los satélites en funcionamiento. La investigación de la NASA en 2011 indica que disparar un rayo láser a una pieza de basura espacial podría impartir un impulso de 1 mm (0,039 pulgadas) por segundo, y mantener el láser sobre los desechos durante unas pocas horas al día podría alterar su curso en 200 m. (660 pies) por día. Un inconveniente es el potencial de degradación del material; la energía puede romper los escombros, lo que agrava el problema. Una propuesta similar coloca el láser en un satélite en órbita heliosincrónica, utilizando un haz pulsado para empujar los satélites a órbitas más bajas para acelerar su reingreso. Se ha hecho una propuesta para reemplazar el láser con un Ion Beam Shepherd,y otras propuestas utilizan una bola espumosa de aerogel o un rocío de agua, globos inflables, ataduras electrodinámicas, electroadhesión y armas antisatélite dedicadas.

Redes

El 28 de febrero de 2014, la Agencia de Exploración Aeroespacial de Japón (JAXA) de Japón lanzó un satélite de prueba "red espacial". El lanzamiento fue solo una prueba operativa. 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 usando una correa. El sistema no pudo extender una cuerda de 700 metros desde un vehículo de reabastecimiento de la estación espacial que regresaba a la Tierra. El 6 de febrero, la misión fue declarada un fracaso y el investigador principal, Koichi Inoue, dijo a los periodistas que "creen que la correa no se soltó".

Desde 2012, la Agencia Espacial Europea trabaja en el diseño de una misión para retirar de la órbita grandes desechos espaciales. El lanzamiento de la misión, e.Deorbit, está programado para 2023 con el objetivo de eliminar escombros de más de 4.000 kilogramos (8.800 lb) de LEO. Se están estudiando varias técnicas de captura, incluida una red, un arpón y una combinación de brazo robótico y mecanismo de sujeción.

Arpón

El plan de la misión RemoveDEBRIS es probar la eficacia de varias tecnologías ADR en objetivos simulados en órbita terrestre baja. Para completar sus experimentos planificados, la plataforma está equipada con una red, un arpón, un instrumento de medición de distancia por láser, una vela de arrastre y dos CubeSats (satélites de investigación en miniatura). La misión se lanzó el 2 de abril de 2018.

Regulación nacional e internacional

No existe un tratado internacional que minimice los desechos espaciales. Sin embargo, el Comité de las Naciones Unidas sobre la Utilización del Espacio Ultraterrestre con Fines Pacíficos (COPUOS) publicó pautas voluntarias en 2007, utilizando una variedad de intentos regulatorios nacionales anteriores para desarrollar estándares para la mitigación de desechos. A partir de 2008, el comité estaba discutiendo "reglas de tránsito" internacionales para evitar colisiones entre satélites. Para 2013, existía una serie de regímenes legales nacionales, por lo general ejemplificados en las licencias de lanzamiento que se requieren para un lanzamiento en todas las naciones con capacidad espacial.

EE. UU. emitió un conjunto de prácticas estándar para la mitigación de desechos orbitales civiles (NASA) y militares (DoD y USAF) en 2001. El estándar preveía la eliminación para las órbitas finales de la misión en una de tres formas: 1) reingreso atmosférico donde incluso con "conservadores proyecciones de 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": mueva la nave espacial a uno de los cuatro rangos de órbita de estacionamiento muy amplios (2000–19 700 km (1200–12 200 mi), 20 700–35 300 km (12 900–21 900 mi), por encima de 36 100 km (22 400 mi), o fuera de la órbita terrestre por completo y en cualquier órbita heliocéntrica; 3) "Recuperación directa: recuperar la estructura y retirarla de la órbita tan pronto como sea posible después de completar la misión".El estándar articulado en la opción 1, que es el estándar aplicable a la mayoría de los satélites y etapas superiores abandonadas lanzadas, se conoce como la "regla de los 25 años". EE. UU. actualizó el ODMSP en diciembre de 2019, pero no hizo ningún cambio en la regla de los 25 años a pesar de que "muchos en la comunidad espacial creen que el plazo debería ser inferior a 25 años". Sin embargo, no hay consenso sobre cuál podría ser cualquier nuevo marco de tiempo.

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 en órbita terrestre y etapas superiores. Las agencias espaciales en Europa comenzaron a desarrollar pautas técnicas a mediados de la década de 1990, y ASI, UKSA, CNES, DLR y ESA firmaron un "Código de conducta europeo" en 2006, 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 agencias" que "entraron en vigor el 1 de abril de 2008".

Alemania y Francia han publicado bonos para salvaguardar la propiedad de daños por escombros. La opción de "recuperación directa" (opción n. ° 3 en las "prácticas estándar" de los EE. UU. mencionadas anteriormente) rara vez ha sido realizada por una nación con capacidad espacial (excepción, USAF X-37) o actor comercial desde los primeros días de los vuelos espaciales debido al costo y complejidad de lograr la recuperación directa, pero la ESA ha programado una misión de demostración para 2025 (Clearspace-1) para hacer esto con una sola etapa superior abandonada pequeña de 100 kg (220 lb) a un costo proyectado de € 120 millones sin incluir los costos de lanzamiento.

Para 2006, la Organización de Investigación Espacial de la India (ISRO) había desarrollado una serie de medios técnicos de mitigación de desechos (pasivación de etapa superior, reservas de propulsor para el movimiento a órbitas de cementerio, etc.) para vehículos de lanzamiento y satélites ISRO, y estaba contribuyendo activamente a inter -coordinación de escombros de la agencia y los esfuerzos del comité COPUOS de la ONU.

En 2007, la ISO comenzó a preparar un estándar internacional para la mitigación de desechos espaciales. Para 2010, ISO había publicado "un conjunto completo de estándares de ingeniería de sistemas espaciales destinados a mitigar los desechos espaciales [con requisitos principales] definidos en el estándar de nivel superior, ISO 24113 ". Para 2017, los estándares estaban casi completos. Sin embargo, estos estándares no son vinculantes para ninguna de las partes de ISO ni de ninguna jurisdicción internacional. Simplemente están disponibles para su uso en cualquiera de una variedad de formas voluntarias. "Pueden ser adoptados voluntariamente por un fabricante u operador de naves espaciales, o puestos en vigencia a través de un contrato comercial entre un cliente y un proveedor, o utilizados como base para establecer un conjunto de regulaciones nacionales sobre mitigación de desechos espaciales".

La norma ISO voluntaria también adoptó la "regla de 25 años" para la "región protegida LEO" por debajo de los 2000 km (1200 millas) de altitud que ha sido utilizada anteriormente (y aún lo es, a partir de 2019) 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 permanecerá en órbita después de completar su misión. Idealmente, el tiempo para salir de órbita debería ser lo más corto posible (es decir, mucho menos de 25 años)".

Holger Krag de la Agencia Espacial Europea afirma que a partir de 2017 no existe un marco regulatorio internacional vinculante sin que se produzcan avances en el organismo respectivo de la ONU en Viena.

Barreras

Con el rápido desarrollo de las industrias informáticas y de 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 conducir finalmente a la degradación del recurso compartido por todos. Según la teoría, la acción racional de los individuos en el espacio conducirá finalmente a un resultado colectivo irracional: las órbitas están repletas de desechos. Como recurso de uso común, las órbitas de la Tierra, especialmente LEO y GEO que albergan la mayoría de los satélites, no son excluyentes ni rivales.Para abordar la tragedia y garantizar la sostenibilidad del espacio, se han desarrollado muchos enfoques técnicos. Y en términos de mecanismos de gobernanza, el centralizado de arriba hacia abajo es menos adecuado para abordar el complejo problema de los desechos debido al creciente número de actores espaciales. En cambio, mucha evidencia ha demostrado que la forma de gobierno policéntrica desarrollada por Elinor Ostrom puede funcionar en el espacio.

En el proceso de promoción de la red policéntrica, es necesario superar algunas barreras existentes.

Datos incompletos de basura espacial

Dado que los desechos orbitales son un problema mundial que afecta tanto a las naciones que realizan actividades espaciales como a las que no realizan actividades espaciales, es necesario abordarlas en un contexto mundial. 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 conocimiento de la situación espacial (SSA) para evitar posibles amenazas en el espacio o en el plan. acciones de antemano. Hasta cierto punto, la SSA desempeña un papel en el seguimiento de los desechos espaciales. Para construir un sistema SSA poderoso, hay dos requisitos previos: cooperación internacional e intercambio de información y datos.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 aquellos, como los EE. UU., que han compartido los datos mantienen partes de ellos en secreto. En lugar de unirse de manera coordinada, una gran cantidad de programas de SSA y bases de datos nacionales funcionan en paralelo con algunas superposiciones, lo que dificulta la formación de un sistema de monitoreo colaborativo.

Algunos actores privados también están tratando de establecer sistemas SSA. Por ejemplo, la Asociación de Datos Espaciales (SDA) formada en 2009 es una entidad no gubernamental. Actualmente consta de 21 operadores satelitales globales y 4 miembros ejecutivos: Eutelsat, Inmarsat, Intelsat y SES. SDA es una plataforma sin fines de lucro cuyo objetivo es evitar las interferencias de radio y las colisiones espaciales mediante la recopilación de datos de operadores de forma independiente. 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: los primeros se enfocan más en objetos activos y amenazantes en el espacio. Y en términos de poblaciones de escombros y satélites inactivos, no muchos operadores han proporcionado datos.

En una red de gobernanza policéntrica, un recurso que no se puede monitorear holísticamente tiene menos posibilidades de ser bien administrado. Tanto la cooperación transnacional como el intercambio de información insuficientes generan resistencia para abordar el problema de los desechos. Todavía queda un largo camino por recorrer antes de construir una red global que cubra datos completos y tenga una fuerte interconexión e interoperabilidad.

Insuficiente participación de actores privados

Con la comercialización de satélites y espacio, el sector privado se está interesando 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. La proporción de naves espaciales comerciales ha aumentado del 4,6 % en la década de 1980 al 55,6 % en la década de 2010. A pesar de la alta tasa de participación de las entidades comerciales, UN COPUOS una vez las excluyó deliberadamente de tener voz en las discusiones a menos que fueran invitadas formalmente por un estado miembro. 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.La exclusión de actores privados reduce en gran medida la eficacia del papel del comité en la elaboración de arreglos de elección colectiva que reflejen los intereses de todos los usuarios del espacio.

La participación limitada de actores privados ralentiza hasta cierto punto el proceso de abordar los desechos espaciales. Los lazos existentes entre diferentes partes interesadas en la red de gobernanza ofrecen acceso a diversos recursos. Las diferentes competencias entre las partes interesadas pueden ayudar a distribuir las tareas de manera más razonable. En ese caso, la pericia y la experiencia de los operadores privados son fundamentales para ayudar al mundo a lograr la sostenibilidad espacial. 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.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 monitoreo y eliminación de escombros generará ingresos de alrededor de $ 2.9 mil millones. Por ejemplo, Astroscale ha contratado a agencias espaciales europeas y japonesas para desarrollar la capacidad de eliminar desechos orbitales. A pesar de eso, todavía son en pequeña cantidad en comparación con el número de los que han colocado satélites en el espacio.

Afortunadamente, la exploración espacial actual no está completamente impulsada por la competencia, y todavía existe la 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 cómo abordar los desechos espaciales y asegurar una exploración equitativa y ordenada. Además de los actores privados, la gobernanza en red no excluye necesariamente que los estados desempeñen un papel. En cambio, las diferentes funciones de los estados podrían promover el proceso de gobernanza.Para mejorar la red de gobernanza policéntrica de los desechos espaciales, los investigadores sugieren: alentar el intercambio de datos entre diferentes bases de datos nacionales y organizacionales a nivel político; desarrollar estándares compartidos para sistemas de recolección de datos para mejorar la interoperabilidad; mejorar la participación de los actores privados involucrándolos en discusiones nacionales e internacionales.

En otros cuerpos celestes

El tema de los desechos espaciales se ha planteado como un desafío de mitigación para las misiones alrededor de la Luna con el peligro de aumentar los desechos espaciales a su alrededor.

En la cultura popular

Hasta el fin del mundo (1991) es un drama francés de ciencia ficción ambientado en el contexto de un satélite nuclear indio fuera de control, que se prevé que vuelva a entrar en la atmósfera, amenazando vastas áreas pobladas de la Tierra.

En Planetes, un manga japonés de ciencia ficción dura (1999-2004) y anime (2003-2004), la historia gira en torno a la tripulación de una nave de recolección de desechos espaciales en el año 2075.

Gravity, una película de supervivencia de 2013 dirigida por Alfonso Cuarón, trata sobre un desastre en una misión espacial causado por el síndrome de Kessler.

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 los desechos espaciales que la tira de un satélite en órbita.