Desechos espaciales: la creciente amenaza y las tecnologías de limpieza orbital

Nuestra exploración y utilización del espacio han aportado inmensos beneficios a la humanidad, desde la comunicación y navegación global hasta la previsión meteorológica y el descubrimiento científico. Sin embargo, décadas de actividades espaciales también han resultado en un problema creciente: los desechos espaciales, también conocidos como basura orbital o chatarra espacial. Estos desechos plantean una amenaza significativa para los satélites operativos, las futuras misiones espaciales y la sostenibilidad a largo plazo de las actividades espaciales.

¿Qué son los desechos espaciales?

Los desechos espaciales abarcan todos los objetos artificiales no funcionales en órbita alrededor de la Tierra. Esto incluye:

• Satélites inactivos: Satélites que han llegado al final de su vida útil operativa pero permanecen en órbita.
• Cuerpos de cohetes: Etapas superiores de cohetes que lanzaron satélites a la órbita.
• Desechos de fragmentación: Fragmentos de satélites y cohetes que se han desintegrado debido a explosiones, colisiones o degradación.
• Desechos relacionados con la misión: Objetos liberados durante el despliegue de satélites o las operaciones de la misión, como cubiertas de lentes o anillos adaptadores.
• Desechos pequeños: Incluso objetos diminutos, como escamas de pintura o escoria de motores de cohetes sólidos, pueden causar daños importantes debido a su alta velocidad.

La Red de Vigilancia Espacial de los Estados Unidos (SSN) rastrea objetos de más de 10 cm en órbita terrestre baja (LEO) y de más de 1 metro en órbita geoestacionaria (GEO). Sin embargo, existen millones de piezas de desechos más pequeñas que son demasiado pequeñas para ser rastreadas, pero que aún representan una amenaza.

Los peligros de los desechos espaciales

Los peligros que plantean los desechos espaciales son multifacéticos:

Riesgo de colisión

Incluso pequeñas piezas de escombros pueden causar daños importantes a los satélites operativos debido a las altas velocidades a las que viajan en órbita (normalmente alrededor de 7-8 km/s en LEO). Una colisión, incluso con un objeto pequeño, puede inutilizar o destruir un satélite, lo que lleva a la pérdida de servicios valiosos y a la creación de aún más escombros.

Ejemplo: En 2009, un satélite ruso inactivo, Cosmos 2251, colisionó con un satélite de comunicaciones Iridium operativo, creando miles de nuevas piezas de escombros.

Síndrome de Kessler

El síndrome de Kessler, propuesto por el científico de la NASA Donald Kessler, describe un escenario en el que la densidad de objetos en LEO es lo suficientemente alta como para que las colisiones entre objetos puedan causar un efecto en cascada, creando aún más escombros y haciendo que las actividades espaciales sean cada vez más peligrosas e imprácticas. Este proceso descontrolado podría hacer que ciertas regiones orbitales fueran inutilizables durante generaciones.

Aumento de los costos de la misión

Los operadores de satélites deben gastar recursos en el seguimiento de escombros, la realización de maniobras para evitar colisiones y el endurecimiento de los satélites contra impactos. Estas actividades aumentan los costos y la complejidad de la misión.

Amenaza para los vuelos espaciales tripulados

Los desechos espaciales plantean una amenaza directa para los vuelos espaciales tripulados, incluida la Estación Espacial Internacional (ISS). La ISS tiene protección para protegerse contra pequeños escombros, pero los objetos más grandes requieren que la estación realice maniobras de evitación.

Estado actual de los desechos espaciales

La cantidad de desechos espaciales ha ido aumentando constantemente durante las últimas décadas. Según la Agencia Espacial Europea (ESA), a partir de 2023, hay:

• Alrededor de 36.500 objetos de más de 10 cm rastreados.
• Se estima que hay 1 millón de objetos de entre 1 cm y 10 cm.
• Más de 130 millones de objetos de menos de 1 cm.

La mayoría de los escombros se concentran en LEO, que también es la región orbital más utilizada para la observación de la Tierra, la comunicación y la investigación científica.

Tecnologías de limpieza orbital: abordar el problema

Abordar el problema de los desechos espaciales requiere un enfoque de múltiples frentes, que incluye la mitigación de desechos, la conciencia de la situación espacial (SSA) y la eliminación activa de desechos (ADR). La mitigación de desechos se centra en prevenir la creación de nuevos desechos, mientras que la SSA implica el seguimiento y la monitorización de los desechos existentes. ADR, el enfoque de esta publicación de blog, implica la eliminación activa de desechos de la órbita.

Se están desarrollando y probando numerosas tecnologías innovadoras para ADR. Estas tecnologías se pueden clasificar ampliamente en las siguientes:

Métodos de captura

Los métodos de captura se utilizan para agarrar o sujetar físicamente una pieza de escombros antes de que pueda ser desorbitada o trasladada a una órbita más segura. Se están explorando varios enfoques:

• Brazos robóticos: Estas son herramientas versátiles que se pueden usar para agarrar y manipular escombros. A menudo están equipados con efectores finales especializados (pinzas) para sujetar de forma segura diferentes tipos de objetos.
• Redes: Se pueden desplegar grandes redes para capturar objetos de escombros, particularmente aquellos que están dando tumbos o tienen formas irregulares. Después de la captura, la red y los escombros se pueden desorbitar juntos.
• Arpones: Los arpones se utilizan para penetrar y asegurar los objetos de escombros. Este método es adecuado para capturar objetos sólidos, pero puede no ser apropiado para artículos frágiles o dañados.
• Amarras: Las amarras electrodinámicas se pueden usar para arrastrar escombros fuera de la órbita utilizando el campo magnético de la Tierra. Son eficaces para desorbitar objetos grandes, pero requieren un control cuidadoso.
• Captura de espuma o aerogel: Usar una nube de espuma o aerogel pegajoso para envolver y capturar escombros. Este enfoque aún se encuentra en las primeras etapas de desarrollo.

Métodos de desorbitación

Una vez que se ha capturado una pieza de escombros, necesita ser desorbitada, lo que significa que se debe devolver a la atmósfera terrestre, donde se quemará. Se utilizan varios métodos para la desorbitación:

• Desorbitación directa: Uso de propulsores para reducir directamente la órbita de los escombros hasta que reingrese a la atmósfera. Este es el método más sencillo, pero requiere una cantidad significativa de propulsor.
• Aumento de la resistencia atmosférica: Desplegar una gran vela de arrastre o un globo para aumentar el área de superficie de los escombros, aumentando así la resistencia atmosférica y acelerando su reingreso.
• Amarras electrodinámicas: Como se mencionó anteriormente, las amarras también se pueden usar para la desorbitación generando una fuerza de arrastre a través de la interacción con el campo magnético de la Tierra.

Métodos sin captura

Algunas tecnologías de ADR no implican la captura física de los escombros. Estos métodos ofrecen posibles ventajas en términos de simplicidad y escalabilidad:

• Ablación láser: Uso de láseres de alta potencia para vaporizar la superficie de los objetos de escombros, creando un empuje que reduce gradualmente su órbita.
• Pastor de haz de iones: Uso de un haz de iones para empujar los objetos de escombros fuera de los satélites operativos o hacia órbitas más bajas. Este método no es de contacto y evita el riesgo de colisión durante la captura.

Ejemplos de misiones y tecnologías de limpieza orbital

Se han desarrollado varias misiones y tecnologías para demostrar la viabilidad de ADR:

• RemoveDEBRIS (Agencia Espacial Europea): Esta misión demostró varias tecnologías de ADR, incluida una red, un arpón y una vela de arrastre. Capturó con éxito un objeto de escombros simulado utilizando una red y desplegó una vela de arrastre para acelerar su propia desorbitación.
• ELSA-d (Astroscale): Esta misión demostró la capacidad de capturar y desorbitar un objeto de escombros simulado utilizando un sistema de acoplamiento magnético. Implicó una nave espacial de servicio y una nave espacial cliente que representaba los escombros.
• ClearSpace-1 (Agencia Espacial Europea): Esta misión, prevista para su lanzamiento en 2026, tiene como objetivo capturar y desorbitar una etapa superior de Vespa (Adaptador de Carga Secundaria Vega), una pieza de escombros que quedó en órbita después del lanzamiento de un cohete Vega. Utilizará un brazo robótico para capturar la Vespa.
• ADRAS-J (Astroscale): La misión ADRAS-J está diseñada para encontrarse con una pieza existente de grandes escombros (una etapa superior de cohete japonés) para caracterizar su condición y movimiento. Estos datos serán cruciales para planificar futuras misiones de eliminación.
• e.Deorbit (Agencia Espacial Europea - propuesta): Una misión planificada para capturar y desorbitar un gran satélite abandonado utilizando un brazo robótico. La misión tiene como objetivo demostrar la viabilidad técnica de eliminar objetos de escombros grandes y complejos.

Desafíos y consideraciones

A pesar del progreso de la tecnología ADR, quedan varios desafíos y consideraciones:

Costo

Las misiones de ADR son costosas de desarrollar y ejecutar. El costo de lanzar una nave espacial y realizar maniobras complejas en órbita puede ser significativo. El desarrollo de soluciones de ADR rentables es crucial para hacer que la eliminación de escombros sea económicamente viable.

Desarrollo de tecnología

Muchas tecnologías de ADR aún se encuentran en las primeras etapas de desarrollo y requieren más pruebas y refinamiento. El desarrollo de métodos de captura y desorbitación fiables y eficientes es esencial para el éxito de las misiones ADR.

Marco legal y regulatorio

El marco legal y regulatorio para ADR aún está en evolución. Existen preguntas sobre la responsabilidad por los daños causados durante la eliminación de escombros, la propiedad de los escombros eliminados y la posibilidad de que la tecnología ADR se utilice con fines ofensivos. La cooperación internacional y el establecimiento de pautas legales claras son necesarios para garantizar actividades de ADR responsables y sostenibles.

Selección de objetivos

La selección de los objetos de escombros correctos para eliminar es fundamental para maximizar la eficacia de los esfuerzos de ADR. Priorizar la eliminación de objetos grandes de alto riesgo que plantean la mayor amenaza para los satélites operativos es esencial. Se deben tener en cuenta factores como el tamaño, la masa, la altitud y el potencial de fragmentación del objeto.

Consideraciones políticas y éticas

ADR plantea consideraciones políticas y éticas, como la posibilidad de que la tecnología ADR se utilice con fines militares o para atacar injustamente a los satélites de otras naciones. La transparencia y la cooperación internacionales son cruciales para abordar estas preocupaciones y garantizar que ADR se utilice en beneficio de todos.

Esfuerzos y cooperación internacionales

Reconociendo la naturaleza global del problema de los desechos espaciales, numerosas organizaciones e iniciativas internacionales están trabajando para abordar el problema:

• Comité de las Naciones Unidas sobre la Utilización del Espacio Ultraterrestre con Fines Pacíficos (UN COPUOS): Este comité proporciona un foro para la cooperación internacional en cuestiones relacionadas con el espacio, incluida la mitigación de desechos espaciales. Ha desarrollado directrices para la mitigación de desechos espaciales que son ampliamente adoptadas por las naciones que se dedican a la exploración espacial.
• Comité de Coordinación Interinstitucional de Desechos Espaciales (IADC): Este comité es un foro para que las agencias espaciales intercambien información y coordinen actividades relacionadas con los desechos espaciales. Desarrolla directrices de consenso para la mitigación de desechos espaciales y promueve la investigación sobre tecnologías ADR.
• Clasificación de Sostenibilidad Espacial (SSR): Una iniciativa liderada por el Foro Económico Mundial para promover prácticas sostenibles en el espacio. El SSR evalúa la sostenibilidad de las misiones espaciales en función de factores como las medidas de mitigación de desechos y las capacidades de evitación de colisiones.

Estos esfuerzos internacionales son esenciales para fomentar la cooperación, compartir las mejores prácticas y desarrollar enfoques comunes para abordar el problema de los desechos espaciales.

El futuro de la limpieza orbital

El futuro de la limpieza orbital probablemente implicará una combinación de avances tecnológicos, cambios de políticas y cooperación internacional. Las tendencias y desarrollos clave a tener en cuenta incluyen:

• Avances en la tecnología ADR: Investigación y desarrollo continuos de tecnologías ADR más eficientes y rentables, como brazos robóticos, redes y ablación láser.
• Desarrollo de capacidades de servicio en órbita: El desarrollo de naves espaciales que puedan realizar servicios en órbita, como reabastecimiento de combustible, reparación y reubicación de satélites. Estas capacidades también podrían utilizarse para la eliminación de escombros.
• Implementación de medidas de mitigación de desechos más estrictas: La adopción de medidas de mitigación de desechos más estrictas por parte de las naciones y organizaciones que se dedican a la exploración espacial, incluidos los requisitos para la desorbitación al final de la vida útil y la pasivación de los satélites.
• Mayor conciencia de la situación espacial: Mejor seguimiento y monitorización de los desechos espaciales para evaluar mejor los riesgos de colisión y planificar maniobras de evitación.
• Establecimiento de un marco legal y regulatorio integral: El desarrollo de directrices legales claras para las actividades de ADR, que aborden cuestiones como la responsabilidad, la propiedad y el uso de la tecnología ADR con fines militares.

Abordar el problema de los desechos espaciales es crucial para garantizar la sostenibilidad a largo plazo de las actividades espaciales y preservar los beneficios que la exploración y utilización del espacio brindan a la humanidad. Al invertir en tecnología ADR, implementar medidas de mitigación de desechos más estrictas y fomentar la cooperación internacional, podemos crear un entorno espacial más seguro y sostenible para las generaciones futuras.

Conclusión

Los desechos espaciales son una amenaza creciente para nuestra infraestructura espacial y el futuro de la exploración espacial. El desarrollo de tecnologías de limpieza orbital es esencial para mitigar este riesgo. Si bien quedan desafíos importantes, la investigación en curso, la cooperación internacional y los avances en las políticas ofrecen esperanza para un entorno orbital más limpio y seguro. El compromiso de los gobiernos, las agencias espaciales y las empresas privadas de todo el mundo es crucial para garantizar la sostenibilidad a largo plazo de las actividades espaciales y los beneficios continuos que el espacio brinda a la humanidad.