Atrapados en la tierra: la basura espacial y el futuro de las misiones espaciales

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

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Se sabe que la Luna es el único satélite natural que orbita alrededor de nuestro planeta, pero hay otros muchos satélites enviados por el hombre, los satélites artificiales. Las telecomunicaciones, la meteorología, el espionaje... son innumerables. ¿Pero qué ocurre cuando todos estos satélites artificiales llegan a la muerte? El lema reducir, reciclar, reutilizar no vale en el espacio. Gravity (2013) publicó en su día los peligros de que el cielo esté lleno de desechos espaciales. En ella, la colisión de satélites provocó que los satélites se fragmentaran en miles de fragmentos pequeños (llamados micrometeoroides) que comenzaron a orbitar a gran velocidad, dando lugar a unos enormes quebraderos de cabeza a Sandra Bullock para volver a la Tierra. Al margen de la ciencia­ficción, la proliferación de estas micrometeoroides ha agravado el sector espacial (Figura 1). ¿Qué pasaría si un día la densidad de meteoroides alcanzara un valor crítico, demasiado grande para poder salir de la Tierra sin daño?

Este hipotético problema lo llamamos síndrome de Kessler, propuesto en 1978 por Donald Kessler y Burton Cour-Palais. Los investigadores calcularon la cantidad de basura que se puede generar como consecuencia de las colisiones entre las basuras espaciales. Su modelo predijo una densidad crítica de reacción en cadena en la que el crecimiento de los micrometeoroides se hace exponencial (como una bomba nuclear). Una vez pasado este punto, el cielo se llenaría de basura y los humanos estaríamos obligados a quedarnos en la Tierra definitiva. Sin embargo, hasta ahora no hemos llegado a la situación que describe este cálculo, pero la tendencia está cambiando rápidamente. En un nuevo ejemplo de dilema tragedia de los baños, el número de objetos enviados al espacio no se está reduciendo, sino que se está incrementando, sobre todo por megaproyectos como el Starlink de Space X. Por lo tanto, teniendo en cuenta todo esto, parece muy probable que la predicción de Kessler se haga realidad. A través de este artículo trataremos de analizar la viabilidad de este problema a través de las previsiones actuales.

Analizando la gravedad del problema

Al igual que el interior de la Tierra, el exterior se divide en capas. La distancia desde la atmósfera de la Tierra al cinturón de Van Allen se llama órbita terrestre inferior o LEO (en inglés Low Earth Clubs) y se sitúa aproximadamente a 2.000 km de la superficie terrestre. La mitad de los residuos que se encuentran en esta órbita proceden de dos colisiones: Prueba ASAT (realizada por China en 2007 mediante misil para explosiones de satélites) entre Kosmos 2251 e Iridium 33. En todo el LEO, US Space Force contabilizó 22.936 objetos en 2022 (Figura 2). Sin embargo, esta cifra está muy despreciada:La Agencia Espacial Europea estima que en el LEO existen 130 millones de objetos de más de 1 mm.

Mucho más lejos, a 35,786 km, se encuentra la órbita geosíncrona (GEO). Los objetos de esta órbita se mueven de forma proporcional a la rotación de la Tierra, por lo que siempre aparecen en el mismo punto del cielo desde nuestro punto de vista. Esto es fundamental para los satélites de comunicaciones y para los satélites de monitorización climática, ya que permite controlar sus posiciones en todo momento. También permiten establecer puntos fijos de referencia para otros satélites, como los GPS, que orbitan más cerca de la Tierra pero que deben asegurar la trazabilidad de las posiciones. En la figura 2 se pueden ver los distintos tipos de órbitas: La nube próxima a la Tierra se llama LEO y el anillo que se ve bien marcado en el exterior es GEO. Entre ambos se encuentra la órbita central (MEO), donde existen sistemas de navegación global como el GPS. Finalmente, se observan pocos puntos fuera de la órbita geosíncrona, en órbitas denominadas cementerio. En estas órbitas se dejan los satélites que han acabado su vida operativa para que no interfieran en la órbita GEO.

Las características de las órbitas son muy importantes para comprender el estado de la basura espacial. Al margen de los aspectos técnicos de cada tipo, los niveles de fricción del aire son también muy diferentes. Este fenómeno se denomina deterioro orbital y es observado por todos los cuerpos en órbita terrestre. El deterioro de la órbita LEO es notable, y los satélites allí contenidos necesitan propulsores para mantenerse en órbita. Por tanto, la basura de la órbita terrestre inferior volverá a nuestra atmósfera en un plazo aproximado de 25 años. Sin embargo, en la órbita geosíncrona, la densidad de gases es muy baja y el declive de la basura espacial es mucho más lento. Esto significa que la sobrepoblación de satélites y la generación de basura espacial serán mucho más difíciles de gestionar en esta importante órbita.

Sin embargo, y a diferencia de lo previsto por Kessler, sólo se ha producido una colisión de grandes satélites una vez en 2009. Analizando los datos, los cálculos parecen haber sobrevalorado la probabilidad de que se produzca un choque de este tipo. Al ser la principal forma de generar la basura espacial, muchos creen que el miedo a quedarse atrapado en nuestro planeta es injusto. Sin embargo, lo anterior sólo describe la situación business-as-usual, que no está garantizado. De hecho, el número de naves espaciales ha aumentado considerablemente en la última década, tal y como se ha podido observar en la Figura 1. Tanto la militarización de la órbita terrestre inferior como propuestas como Starlink establecen un preocupante antecedente que analizaremos en el siguiente apartado.

Nuevos miembros del espacio: Starlink, ejércitos...

Aunque la situación actual no parece demasiado grave, tenemos razones para temer un proceso de agravación. Por un lado, la India ha seguido los pasos de China y probó el arma contra sus satélites en 2019. Parece que el monopolio de Estados Unidos en la tecnología militar de los satélites está terminando, y no son pocos los ejércitos que quieren participar en este nuevo escenario de conflicto potencial.

Por otra parte, si se cumple lo propuesto en el proyecto Starlink de Elon Muskiz, tendremos 50.000 nuevos satélites orbitando alrededor de nuestro planeta y la probabilidad de colisión será mayor. Los satélites de comunicaciones de generaciones anteriores se ubicaban en órbita OGM, por lo que sus señales tardaban más tiempo en llegar y no permitían generalizar masivamente Internet rápido por satélite. En noviembre de 2018, el Gobierno de los Estados Unidos autorizó a Elon Muskiz la puesta en marcha de 7.518 satélites en el LEO. En febrero de 2024 ya están en marcha 5.289 satélites Starlink, con más de 2 millones de suscriptores. Por el momento, este aumento masivo del número de satélites no ha supuesto un incremento significativo de la basura, pero si se sigue esta tendencia parece que es cuestión de tiempo que se produzca la reacción en cadena de la basura espacial anunciada por Kessler.

En la Unión Internacional de Telecomunicaciones ya se han recibido solicitudes para constelaciones menos famosas pero muy superiores a Starlink, como la constelación Cinnamon 937 de 337.000 satélites presentada por Ruanda. Existen pedidos para más de 90 constelaciones de más de mil satélites y, teniendo en cuenta todas las peticiones, calculan que el número de satélites en órbita aumentaría hasta 115 veces.

¿Qué hacer? Gestión activa y pasiva de la basura

En este punto está claro que de momento no es posible generar menos basura, y se han realizado muchas propuestas para eliminar la basura. Como hemos visto, son necesarios diferentes métodos de gestión para cada tipo de órbita. Debido al deterioro orbital, la basura del LEO cae a la Tierra con relativa rapidez, pero esto no es tan fácil en el caso de los satélites de OMG, que tienen una vida media milenaria. Por ello, para poder proteger esta órbita es necesario que estos buques se desplacen a otras órbitas, llamadas “órbitas funerarias”. Sin embargo, las órbitas funerarias también están notando un problema de sobrepoblación. Por tanto, se han desarrollado tecnologías activas de limpieza de órbita.

También se han propuesto otras formas de recogida de basura: aprovechar arpones o redes para recuperar satélites, recogerlos mediante imanes o utilizar láseres para calentar el satélite y aumentar el deterioro orbital. Lamentablemente, la mayoría de las propuestas sólo se pueden encontrar en la literatura científica de momento, sin prototipos operativos. Sin embargo, cabe destacar que entre los prototipos más desarrollados hasta el momento se encuentra un diseño de ESA, ClearSpace-1 (figura 3). Este método atropella físicamente grandes restos de satélites y cohetes antes de su caída a la Tierra y se espera que comience a funcionar en 2025. Si fuera así, sería el primer sistema que funciona para limpiar las órbitas, lo que demostraría que todavía estamos a tiempo de evitar un desastre.

¿Hay motivos para preocuparse?

Es difícil prever la magnitud del problema a largo plazo, pues depende de los planes de uso del espacio de gobiernos, grandes empresas y ejércitos. Sin embargo, queda perfectamente claro que, al igual que la gestión de la basura terrestre, la gestión de la basura del espacio será también fundamental. Mientras el número de satélites sube, la probabilidad de colisiones y reacciones en cadena aumentará, y cualquiera sabe las consecuencias. Aunque en un futuro próximo es posible seguir con las misiones espaciales, el crecimiento de costes puede hacer inviable la explotación del espacio, tanto desde el punto de vista científico como comercial. Conviene no olvidarlo y no poner en peligro la posibilidad de disfrutar del espacio a largo plazo por los beneficios económicos inmediatos. Hemos empezado a notar 50 años después del cambio climático y algunas consecuencias ya son irreparables. No dejemos este problema de la basura espacial a nuestras generaciones futuras, y lo solucionemos antes de que sea tarde.

Bibliografía

[1] Zientzia.eus. (2014). Basura 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). Advierten de la necesidad de mantener el ascenso de los 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.