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Tecnología y Sociedad

Previsión de las colisiones entre naves espaciales y basura espacial

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Con su sofisticado modelo predictivo, la NASA es capaz de adelantarse cientos de años al futuro para saber qué objetos en la órbita de la Tierra podrían chocar entre sí.

  • por Brittany Sauser | traducido por Francisco Reyes (Opinno)
  • 10 Diciembre, 2010

En septiembre, unos escombros se desprendieron de un satélite no operativo de 19 años de la NASA a 330 millas del suelo. La Red de Vigilancia Espacial de los Estados Unidos (SSN), que se encarga de vigilar los más de 22.000 satélites y otros objetos en órbita, detectó el evento, trazó la trayectoria orbital del fragmento, y determinó que se dirigía a la Estación Espacial Internacional. Si golpease el laboratorio de 100 mil millones de dólares, la basura podría causar daños catastróficos. Al recibir el aviso, la NASA decidió maniobrar la nave espacial fuera de la trayectoria de los escombros, una tarea que ahora realiza dos veces al año. La amenaza de una colisión de este tipo ha subido a más del doble en los últimos dos años, afirma Nicholas L. Johnson, jefe científico de la NASA para desechos orbitales.

Más de medio millón de objetos hechos por el hombre del tamaño de una canica o más grandes están dando vueltas a la Tierra—y 15.000 de ellos son más grandes que un puño. Estos desechos orbitales, o "basura espacial", incluyen satélites inactivos, cuerpos de cohetes usados, materiales de motores de cohetes sólidos, fragmentos de colisión, y residuos de misiones. La mayoría de las naves espaciales operacionales usan blindaje protector para mitigar el impacto de objetos de menos de un centímetro de diámetro. Sin embargo, y puesto que los más grandes se mueven alrededor de la Tierra a una velocidad de cinco kilómetros por segundo, cualquiera de ellos podría destruir un satélite al chocar con él. La situación pone en peligro la industria de servicios por satélite valorada en 160 mil millones de dólares, que desempeña un papel crítico en las llamadas telefónicas internacionales, las emisiones de televisión, los datos climáticos y meteorológicos, y la vigilancia militar.

Tasa de crecimiento de desechos de más de diez centímetros que orbitan la Tierra.

Fuente: NASA

Para entender cómo evolucionarán estas amenazas y prever los caminos de la basura espacial para evitar las colisiones, la NASA desarrolló uno de los modelos predictivos más sofisticados del mundo. Llamado Legend (tomado del inglés "low-Earth to geosynchronous environment debris"), el modelo tridimensional simula las rutas de todos los objetos espaciales rastreables e incluso toma en cuenta nuevos desechos de accidentes futuros. Para tomar la incertidumbre y el azar en cuenta, se generan cientos de escenarios utilizando el método de Monte Carlo, un conjunto de algoritmos capaces de calcular los factores de riesgo en un entorno complejo. Con Legend, los científicos de la NASA utilizan el promedio de múltiples simulaciones para estimar el número, tamaño y tipo de objetos que chocarán—y aproximadamente con qué frecuencia. A diferencia de los modelos utilizados por el Centro para el Comando Estratégico del Conjunto de Operaciones Espaciales de los EE.UU., que detecta y rastrea objetos de gran tamaño y vigila los satélites activos todos los días para prever posibles colisiones en 72 horas, Legend incluye fragmentos más pequeños y se adentra más en el futuro.

En vigor desde 2004, el modelo de la NASA está constantemente alimentado con datos obtenidos de los resultados de las pruebas de suelo y naves espaciales que se han descompuesto en órbita; desde telescopios y radares de observación del cielo hasta el análisis de las superficies de naves espaciales con marcas de cráteres que han vuelto a la Tierra. Eso significa que se deben ejecutar nuevas simulaciones continuamente. Legend permite a los científicos calcular las consecuencias de una ruptura o colisión en particular y ayuda a alertar a los administradores en la estación espacial de que un pedazo de escombros podría estar en su camino. El modelo también informa a los satélites de próximo lanzamiento sobre qué áreas evitar, y guiará a los científicos en su intento de desarrollar y lanzar, por primera vez, una tecnología de eliminación de escombros.

En su discurso en la primera Conferencia sobre Eliminación de Desechos Orbitales el año pasado, J.C. Liou, científico principal de la NASA para Legend, afirma que el modelo predijo 178 colisiones en los próximos 200 años, 83 de ellas catastróficas en la órbita terrestre baja. Se espera que las colisiones se produzcan aproximadamente una vez cada cinco años, como promedio. El accidente más reciente ocurrió en febrero de 2009, cuando un satélite de telecomunicaciones operativo de Iridium chocó contra un ex satélite ruso Cosmos a más de 15.000 millas por hora. La colisión fue la primera en destruir un satélite activo, y generó más de 2.000 nuevas piezas de escombros rastreables. El evento dio lugar a un cambio en una política que había estado vigente desde la creación de la NASA hace más de 50 años. Bajo la "teoría del gran cielo", la basura espacial no era vista como una amenaza importante, dado el gran tamaño del espacio. "La teoría del gran cielo ya no es un concepto viable para las operaciones espaciales", afirma Chris Moss, director del Centro Conjunto de Operaciones Espaciales en la Base de la Fuerza Aérea Vandenberg, en California. Hoy día los satélites están siendo concentrados en órbitas específicas, señala Moss. "Ya no es trivial que dos objetos puedan chocar. Estamos tomando en serio el problema y usando nuestros recursos para encontrar la forma de resolverlo".

Esa es una tarea de enormes proporciones, sobre todo porque es fácil realizar un seguimiento desde la tierra de los trozos de basura espacial más pequeños. "Estamos entrando en un momento en que el entorno de los desechos orbitales será cada vez más controlado por las colisiones al azar", afirma Donald Kessler, consultor retirado de la NASA hace catorce años. En 1978, como joven astrofísico en la NASA, Kessler predijo que para el año 2000, los fragmentos de colisiones aleatorias en la órbita baja de la Tierra se convertirían en una fuente importante de desechos pequeños que aumentaría la probabilidad de aún más colisiones. Su célebre artículo, Collisional Frequency of Artificial Satellites: The Creation of a Debris Belt, llevó a la creación de la Oficina del Programa de Desechos Orbitales de la NASA, donde pasó 17 años como científico principal para la investigación de desechos orbitales. Durante ese tiempo, el escenario que predijo se pasó a conocer como Síndrome de Kessler.

Kessler ha publicado recientemente un nuevo documento verificando que sus predicciones de 1978 fueron más o menos correctas, y las compara con el entorno espacial de hoy. Su conclusión: nos enfrentamos a un grave problema. "Si mantenemos la población actual de naves espaciales en órbita sin añadir nada más, sólo el resultado de las colisiones aleatorias producirían desechos más rápidamente de lo que la resistencia atmosférica podría limpiar la órbita terrestre baja", afirma. Su recomendación: es hora de iniciar activamente la eliminación de los objetos de desecho más grandes en el cielo. "El modelo de Legend muestra que, incluso si evitásemos las colisiones con todas las naves espaciales en funcionamiento", afirma, "supondría sólo una pequeña diferencia en el resultado, puesto que hay muchos escombros que no podemos maniobrar".

El mensaje del modelo parece estar siendo escuchado finalmente. En su Política Nacional del Espacio de 2010, el presidente Obama pidió a la NASA y al Departamento de Defensa que limpiaran el espacio y creasen una normativa para llevar a cabo la investigación sobre la manera de hacerlo. "La rehabilitación es el siguiente paso", afirma Johnson. Se espera que la financiación inicial para los esfuerzos de limpieza del espacio comience en 2011.

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