Atrapados na terra: o lixo espacial e o futuro das misións espaciais

2024/06/01 Iñigo González de Arrieta Martínez - EHUko Fisika Saila | Iker González Cubiella - Xabier Zubiri - Manteo BHIko irakaslea Iturria: Elhuyar aldizkaria

• Teknologia
• Astronautika
• Telekomunikazioak

Sábese que a Lúa é o único satélite natural que orbita ao redor do noso planeta, pero hai outros moitos satélites enviados polo home, os satélites artificiais. As telecomunicacións, a meteorología, a espionaxe... son innumerables. Pero que ocorre cando todos estes satélites artificiais chegan á morte? A lema reducir, reciclar, reutilizar non vale no espazo. Gravity (2013) publicou no seu día os perigos de que o ceo estea cheo de refugallos espaciais. Nela, a colisión de satélites provocou que os satélites se fragmentaran en miles de fragmentos pequenos (chamados micrometeoroides) que comezaron a orbitar a gran velocidade, dando lugar a uns enormes quebradizos de cabeza a Sandra Bullock para volver á Terra. Á marxe da cienciaficción, a proliferación destas micrometeoroides agravou o sector espacial (Figura 1). Que pasaría si un día a densidade de meteoroides alcanzase un valor crítico, demasiado grande para poder saír da Terra sen dano?

Este hipotético problema chamámolo síndrome de Kessler, proposto en 1978 por Donald Kessler e Burton Cour-Palais. Os investigadores calcularon a cantidade de lixo que se pode xerar como consecuencia das colisións entre os lixos espaciais. O seu modelo predixo unha densidade crítica de reacción en cadea na que o crecemento dos micrometeoroides faise exponencial (como unha bomba nuclear). Unha vez pasado este punto, o ceo encheríase de lixo e os humanos estariamos obrigados a quedarnos na Terra definitiva. Con todo, até agora non chegamos á situación que describe este cálculo, pero a tendencia está a cambiar rapidamente. Nun novo exemplo de dilema traxedia dos baños, o número de obxectos enviados ao espazo non se está reducindo, senón que se está incrementando, sobre todo por megaproyectos como o Starlink de Space X. Por tanto, tendo en conta todo isto, parece moi probable que a predición de Kessler fágase realidade. A través deste artigo trataremos de analizar a viabilidade deste problema a través das previsións actuais.

Analizando a gravidade do problema

Do mesmo xeito que o interior da Terra, o exterior divídese en capas. A distancia desde a atmosfera da Terra ao cinto de Van Allen chámase órbita terrestre inferior ou LEO (en inglés Low Earth Clubs) e sitúase aproximadamente a 2.000 km da superficie terrestre. A metade dos residuos que se atopan nesta órbita proceden de dúas colisións: Proba ASAT (realizada por China en 2007 mediante mísil para explosións de satélites) entre Kosmos 2251 e Iridium 33. En todo o LEO, US Space Force contabilizou 22.936 obxectos en 2022 (Figura 2). Con todo, esta cifra está moi desprezada:A Axencia Espacial Europea estima que no LEO existen 130 millóns de obxectos de máis de 1 mm.

Moito máis lonxe, a 35,786 km, atópase a órbita geosíncrona (GEO). Os obxectos desta órbita móvense de forma proporcional á rotación da Terra, polo que sempre aparecen no mesmo punto do ceo desde o noso punto de vista. Isto é fundamental para os satélites de comunicacións e para os satélites de monitorización climática, xa que permite controlar as súas posicións en todo momento. Tamén permiten establecer puntos fixos de referencia para outros satélites, como os GPS, que orbitan máis preto da Terra pero que deben asegurar a trazabilidad das posicións. Na figura 2 pódense ver os distintos tipos de órbitas: A nube próxima á Terra chámase LEO e o anel que se ve ben marcado no exterior é GEO. Entre ambos se atopa a órbita central (MEO), onde existen sistemas de navegación global como o GPS. Finalmente, obsérvanse poucos puntos fóra da órbita geosíncrona, en órbitas denominadas cemiterio. Nestas órbitas déixanse os satélites que acabaron a súa vida operativa para que non interfiran na órbita GEO.

As características das órbitas son moi importantes para comprender o estado do lixo espacial. Á marxe dos aspectos técnicos de cada tipo, os niveis de fricción do aire son tamén moi diferentes. Este fenómeno denomínase deterioración orbital e é observado por todos os corpos en órbita terrestre. A deterioración da órbita LEO é notable, e os satélites alí contidos necesitan propulsores para manterse en órbita. Por tanto, o lixo da órbita terrestre inferior volverá á nosa atmosfera nun prazo aproximado de 25 anos. Con todo, na órbita geosíncrona, a densidade de gases é moi baixa e o declive do lixo espacial é moito máis lento. Isto significa que a sobrepoblación de satélites e a xeración de lixo espacial serán moito máis difíciles de xestionar nesta importante órbita.

Con todo, e a diferenza do previsto por Kessler, só se produciu unha colisión de grandes satélites unha vez en 2009. Analizando os datos, os cálculos parecen haber sobrevalorado a probabilidade de que se produza un choque deste tipo. Ao ser a principal forma de xerar o lixo espacial, moitos cren que o medo a quedar atrapado no noso planeta é inxusto. Con todo, o anterior só describe a situación business-as-usual, que non está garantido. De feito, o número de naves espaciais aumentou considerablemente na última década, tal e como se puido observar na Figura 1. Tanto a militarización da órbita terrestre inferior como propostas como Starlink establecen un preocupante antecedente que analizaremos no seguinte apartado.

Novos membros do espazo: Starlink, exércitos...

Aínda que a situación actual non parece demasiado grave, temos razóns para temer un proceso de agravación. Por unha banda, a India seguiu os pasos de China e probou a arma contra os seus satélites en 2019. Parece que o monopolio de Estados Unidos na tecnoloxía militar dos satélites está a terminar, e non son poucos os exércitos que queren participar neste novo escenario de conflito potencial.

Por outra banda, si cúmprese o proposto no proxecto Starlink de Elon Muskiz, teremos 50.000 novos satélites orbitando ao redor do noso planeta e a probabilidade de colisión será maior. Os satélites de comunicacións de xeracións anteriores situábanse en órbita OGM, polo que os seus sinais tardaban máis tempo en chegar e non permitían xeneralizar masivamente Internet rápido por satélite. En novembro de 2018, o Goberno dos Estados Unidos autorizou a Elon Muskiz a posta en marcha de 7.518 satélites no LEO. En febreiro de 2024 xa están en marcha 5.289 satélites Starlink, con máis de 2 millóns de subscritores. Polo momento, este aumento masivo do número de satélites non supuxo un incremento significativo do lixo, pero se se segue esta tendencia parece que é cuestión de tempo que se produza a reacción en cadea do lixo espacial anunciada por Kessler.

Na Unión Internacional de Telecomunicacións xa se recibiron solicitudes para constelacións menos famosas pero moi superiores a Starlink, como a constelación Cinnamon 937 de 337.000 satélites presentada por Ruanda. Existen pedidos para máis de 90 constelacións de máis de mil satélites e, tendo en conta todas as peticións, calculan que o número de satélites en órbita aumentaría até 115 veces.

Que facer? Xestión activa e pasiva do lixo

Neste punto está claro que de momento non é posible xerar menos lixo, e realizáronse moitas propostas para eliminar o lixo. Como vimos, son necesarios diferentes métodos de xestión para cada tipo de órbita. Debido á deterioración orbital, o lixo do LEO cae á Terra con relativa rapidez, pero isto non é tan fácil no caso dos satélites de OMG, que teñen unha vida media milenaria. Por iso, para poder protexer esta órbita é necesario que estes buques se despracen a outras órbitas, chamadas “órbitas funerarias”. Con todo, as órbitas funerarias tamén están a notar un problema de sobrepoblación. Por tanto, desenvolvéronse tecnoloxías activas de limpeza de órbita.

Tamén se propuxeron outras formas de recollida de lixo: aproveitar arpones ou redes para recuperar satélites, recollelos mediante imáns ou utilizar láseres para quentar o satélite e aumentar a deterioración orbital. Lamentablemente, a maioría das propostas só se poden atopar na literatura científica de momento, sen prototipos operativos. Con todo, cabe destacar que entre os prototipos máis desenvolvidos até o momento atópase un deseño desa, ClearSpace-1 (figura 3). Este método atropela fisicamente grandes restos de satélites e foguetes antes da súa caída á Terra e espérase que comece a funcionar en 2025. Si fóra así, sería o primeiro sistema que funciona para limpar as órbitas, o que demostraría que aínda estamos a tempo de evitar un desastre.

Hai motivos para preocuparse?

É difícil prever a magnitude do problema a longo prazo, pois depende dos plans de uso do espazo de gobernos, grandes empresas e exércitos. Con todo, queda perfectamente claro que, do mesmo xeito que a xestión do lixo terrestre, a xestión do lixo do espazo será tamén fundamental. Mentres o número de satélites sobe, a probabilidade de colisións e reaccións en cadea aumentará, e calquera sabe as consecuencias. Aínda que nun futuro próximo é posible seguir coas misións espaciais, o crecemento de custos pode facer inviable a explotación do espazo, tanto desde o punto de vista científico como comercial. Convén non esquecelo e non pór en perigo a posibilidade de gozar do espazo a longo prazo polos beneficios económicos inmediatos. Empezamos a notar 50 anos despois do cambio climático e algunhas consecuencias xa son irreparables. Non deixemos este problema do lixo espacial ás nosas xeracións futuras, e solucionémolo antes de que sexa tarde.

Bibliografía

[1] Zientzia.eus. (2014). Lixo espacial. https://zientzia.eus/artikuluak/zabor-espaziala/

[2] Wall, M. (2022). Kessler Syndrome and the space debris. https://www.space.com/kessler-syndrome-space-debris

[3] United States Space Force (2023) – processed by Our World in Data: “Objects in space”. https://ourworldindata.org/grapher/low-earth-orbits-objects

[4] Etxebeste, E. (2023). Advirten da necesidade de manter o ascenso dos satélites. Elhuyar aldizkaria, 352.

[5] McDowell, J. Starlink Launch Statistics. https://planet4589.org/space/con/star/stats.html

[6] Shan, M., Guo, J., & Gill, E. (2016). Review and comparison of active space debris capturing and removal methods. Progress in Aerospace Sciences, 80, 18-32.

[7] Adilov, N., Alexander, P. J. & Cunningham, B. M. (2018). An economic “Kessler Syndrome”: A dynamic model of earth clubdebris. Economics Letters, 166, 79-82.