Desde 1957, las agencias espaciales del mundo han estado contaminando el espacio sobre nosotros con innumerables piezas de basura, amenazando nuestra infraestructura tecnológica y la capacidad de aventurarnos más profundamente en el espacio.

(Big Think)-En 1957, la Unión Soviética puso en órbita un objeto creado por humanos por primera vez. Marcó el comienzo de la era espacial. Pero cuando las baterías del Sputnik 1 se agotaron y el satélite de aluminio comenzó a orbitar sin vida el planeta, marcó el final de otra era: los miles de millones de años durante los cuales el espacio era prístino.

Hoy, el espacio sobre la Tierra es el «vertedero de basura más grande del mundo», según la NASA . Está lleno de 8.000 toneladas de basura hecha por el hombre, llamada basura espacial, dejada por las agencias espaciales durante las últimas seis décadas.

Estados Unidos rastrea ahora más de 25.000 piezas de basura espacial. Y esos son solo los escombros que las tecnologías de radar terrestres pueden rastrear. La Red de Vigilancia Espacial de EE. UU. Estima que podría haber más de 170 millones de piezas de desechos espaciales orbitando actualmente la Tierra, y la mayoría son fragmentos diminutos de menos de 1 mm.

Desechos espaciales: destrozar un planeta

Los desechos espaciales incluyen todos los objetos creados por humanos, grandes y pequeños, que orbitan la Tierra pero que ya no cumplen una función útil. Un breve inventario de basura espacial conocida incluye: una espátula, un guante, un espejo, una bolsa llena de herramientas de astronauta, etapas de cohetes gastadas, pernos perdidos, esquirlas de pintura, naves espaciales difuntas y alrededor de 3,000 satélites muertos, todos los cuales están orbitando la Tierra. a velocidades de aproximadamente 18,000 mph

La mayor parte de la basura espacial está flotando en la órbita terrestre baja (LEO), la región del espacio dentro de una altitud de aproximadamente 100 a 1,200 millas. LEO también es donde operan la mayoría de los 3.000 satélites del mundo, que alimentan nuestras telecomunicaciones, tecnologías GPS y operaciones militares.

«Existen millones de piezas de escombros orbitales en la órbita terrestre baja (LEO): al menos 26.000 del tamaño de una pelota de béisbol o más grandes que podrían destruir un satélite en el impacto; más de 500.000 del tamaño de una canica lo suficientemente grande como para causar daños a naves espaciales o satélites. y más de 100 millones del tamaño de un grano de sal que podría perforar un traje espacial «, escribió la Oficina del Inspector General de Auditorías de la NASA.

Si LEO se contamina con demasiada basura espacial, podría volverse traicionero para las naves espaciales, amenazando no solo nuestra infraestructura tecnológica moderna, sino también la capacidad de la humanidad para aventurarse en el espacio.

Al permitir que los desechos espaciales se acumulen sin control, podríamos estar construyendo una prisión que nos mantendrá varados en la Tierra durante siglos.

Un problema descomunal

Los desechos espaciales de cualquier tamaño representan una grave amenaza para las naves espaciales. Pero los microescombros minúsculos e imposibles de rastrear presentan un problema especialmente terrible: un fragmento de pintura desprendido de una nave espacial puede no parecer peligroso, pero se desplaza por el espacio a casi 10 veces la velocidad de una bala, acumulando suficiente energía para perforar el traje de un astronauta, agrietarse una ventana de la Estación Espacial Internacional y potencialmente destruir satélites.

Los impactos con los desechos espaciales son comunes. Durante la era del transbordador espacial, la NASA reemplazó un promedio de una o dos ventanas de transbordador por misión «debido a los impactos de hipervelocidad (HVI) de los desechos espaciales». Sin duda, algunos desechos espaciales son micrometeoroides naturales. Pero gran parte es de origen humano, como el fragmento que golpeó el radiador de la bahía de carga de estribor del vuelo STS-115 en 2006.

«Los escombros penetraron ambas paredes de la estructura alveolar, y la onda de choque de la penetración creó una grieta en la superficie trasera del radiador de 6,8 mm de largo», escribió la NASA . «La microscopía electrónica de barrido y el análisis de detección de rayos X de dispersión de energía del material residual alrededor del orificio y en el interior del radiador muestran que el impactador era un pequeño fragmento de material de la placa de circuito».

La Agencia Espacial Europea señala que cualquier fragmento de desechos espaciales de más de un centímetro podría hacer añicos una nave espacial.

Para esquivar la basura espacial, la Estación Espacial Internacional (ISS) tiene que realizar «maniobras de evitación» un par de veces al año. En 2014, por ejemplo, los controladores de vuelo decidieron aumentar la altitud de la ISS en media milla para evitar la colisión con parte de un antiguo cohete europeo en su trayectoria orbital.

La NASA tiene pautas estrictas sobre cómo decide realizar estas maniobras.

«Las maniobras para evitar escombros se planean cuando la probabilidad de colisión de una conjunción alcanza los límites establecidos en las reglas de vuelo del transbordador espacial y de la estación espacial», escribió la NASA . «Si la probabilidad de colisión es mayor de 1 en 100.000, se llevará a cabo una maniobra si no tiene como resultado un impacto significativo en los objetivos de la misión. Si es mayor de 1 en 10.000, se llevará a cabo una maniobra a menos que resulte en más riesgo para la tripulación «.

Estas medidas de precaución son cada vez más necesarias. En 2020, la ISS tuvo que moverse tres veces para evitar posibles colisiones. Una de las últimas llamadas cercanas se produjo con tan poca advertencia que los astronautas recibieron instrucciones de refugiarse en el segmento ruso de la estación espacial , para estar más cerca de su nave espacial Soyuz MS-16, que sirve como cápsula de escape en caso de una emergencia.

El síndrome de Kessler

Los peligros de los desechos espaciales aumentan exponencialmente con el tiempo. Eso se debe a un problema que el científico de la NASA Donald J. Kessler describió en 1978. El llamado síndrome de Kessler establece que a medida que el espacio se llena cada vez más de naves espaciales y escombros, las colisiones se vuelven más probables. Y debido a que cada colisión crearía más escombros, podría desencadenar una reacción en cadena de colisiones, potencialmente hasta el punto en que el espacio cercano a la Tierra se convierte en un campo de metralla a través del cual es imposible viajar con seguridad.

Es posible que el síndrome de Kessler ya se esté desarrollando. Quizás comenzó con el primer caso conocido de una nave espacial severamente dañada por desechos espaciales artificiales, que ocurrió en 1996 cuando el satélite espía francés Cerise fue alcanzado por un fragmento de un viejo cohete europeo Ariane. La colisión arrancó un segmento de 4 metros del satélite.

El siguiente gran incidente de desechos espaciales ocurrió en 2007 cuando China llevó a cabo una prueba de misiles antisatélite en la que la nación destruyó uno de sus propios satélites meteorológicos, lo que provocó críticas internacionales y creó más de 3.000 piezas de desechos espaciales rastreables, la mayoría de los cuales aún estaban en peligro de extinción. órbita diez años después de la explosión .

Luego, en 2009, una colisión inesperada entre los satélites de comunicaciones, el Iridium 33 activo y el desaparecido Cosmos-2251 ruso, produjo al menos 2.000 fragmentos grandes de desechos espaciales y hasta 200.000 piezas más pequeñas, según la NASA . Aproximadamente la mitad de todos los desechos espaciales que orbitan actualmente la Tierra provienen de la colisión Iridium-Cosmos y la prueba de misiles de China.

Hay más. El satélite BLITS de Rusia se salió de su trayectoria orbital en 2013 después de ser golpeado por un pedazo de basura espacial que se sospecha que proviene de la prueba de misiles de 2007 de China; El satélite Copernicus Sentinel-1A de la Agencia Espacial Europea fue golpeado por una pequeña partícula en 2016; y una ventana de la ISS fue golpeada por un pequeño fragmento ese mismo año.

A medida que las naciones y las empresas privadas planean enviar más satélites a la órbita, las colisiones y los impactos pronto podrían volverse más comunes.

La promesa y el peligro de las megaconstelaciones de satélites

Las organizaciones espaciales han comenzado recientemente a lanzar satélites a la órbita terrestre baja a un ritmo sin precedentes. El objetivo es crear «megaconstelaciones» de satélites que brinden acceso a Internet de alta calidad a prácticamente todas las partes del planeta.

Los satélites que proporcionan Internet existen desde hace años, pero por lo general son caros y brindan un servicio más lento que la infraestructura de Internet terrestre. Esto se debe principalmente a que una señal puede tardar un tiempo relativamente largo en viajar desde el satélite hasta el usuario debido a las grandes altitudes a las que muchos de estos satélites flotan sobre nosotros en órbita geoestacionaria.

China y compañías como SpaceX, OneWeb y Amazon tienen como objetivo resolver este problema lanzando miles de satélites en órbitas más bajas para reducir la latencia de la señal, o el tiempo que tarda la señal en viajar hacia y desde el satélite. Pero a algunos expertos espaciales les preocupa que las megaconstelaciones de satélites puedan crear más desechos espaciales.

«Nos enfrentamos a desafíos completamente nuevos, ya que cada mes se lanzan cientos de satélites, más de los que solíamos lanzar en un año», dijo Thomas Schildknecht, de la Unión Astronómica Internacional , en una conferencia de la Agencia Espacial Europea en abril. «Las megaconstelaciones están produciendo enormes riesgos de colisiones. Necesitamos reglas más estrictas para la gestión del tráfico en el espacio y mecanismos internacionales para asegurar el cumplimiento de las reglas».

Un estudio de 2017 financiado por la Agencia Espacial Europea descubrió que el despliegue de megaconstelaciones de satélites en la órbita terrestre baja podría aumentar el número de colisiones catastróficas en un 50 por ciento. Aún así, no está claro si enviar más satélites al espacio causará necesariamente más colisiones.

SpaceX, por ejemplo, afirma que los satélites Starlink no tienen un riesgo significativo de colisión porque están equipados con sistemas automatizados de propulsión para evitar colisiones. Sin embargo, este sistema pareció fallar en 2019 cuando un satélite Starlink tuvo una llamada cercana con un satélite científico europeo llamado Aeolus. La compañía dijo más tarde que había solucionado el error .

Actualmente, no existen reglas internacionales estrictas que rijan el despliegue y la gestión de megaconstelaciones de satélites. Pero hay algunos esfuerzos internacionales para frenar los riesgos de los desechos espaciales.

El esfuerzo más concertado es el Comité de Coordinación Interinstitucional de Desechos Espaciales (IADC), un foro que comprende 13 de las agencias espaciales del mundo, incluidas las de EE. UU., Rusia, China y Japón. El comité tiene como objetivo «intercambiar información sobre las actividades de investigación de desechos espaciales entre las agencias espaciales miembros, para facilitar oportunidades de cooperación en la investigación de desechos espaciales, revisar el progreso de las actividades de cooperación en curso e identificar opciones de mitigación de desechos».

Las Directrices de mitigación de desechos espaciales de la IADC enumeran tres objetivos generales:

  1. Prevención de rupturas en órbita
  2. Retirar naves espaciales de las regiones orbitales densamente pobladas cuando llegan al final de su misión
  3. Limitación de los objetos lanzados durante las operaciones normales

Pero a pesar de que las agencias espaciales del mundo reconocen la gravedad del problema de los desechos espaciales, son reacias a actuar debido a un dilema basado en incentivos.

Desechos espaciales: una tragedia clásica de los comunes

Los desechos espaciales son un problema de todos, pero ninguna entidad está obligada a resolverlos. Es una tragedia de los bienes comunes: un escenario económico en el que las personas con acceso a un recurso compartido y escaso (espacio) actúan en su propio interés (gastan la menor cantidad de dinero). Si no se controla, el recurso compartido es vulnerable al agotamiento o la corrupción.

Por ejemplo, Estados Unidos por sí solo podría desarrollar un método novedoso para eliminar los desechos espaciales, que, de tener éxito, beneficiaría a todas las organizaciones con activos en el espacio. Pero las probabilidades de que esto suceda son escasas debido a un dilema teórico del juego.

Un estudio de 2018 publicado en Frontiers in Robotics and AI explica:

«[En la remoción de desechos espaciales] cada parte interesada tiene un incentivo para retrasar sus acciones y esperar a que otros respondan. Esto hace que la eliminación de desechos espaciales establezca un dilema estratégico interesante. Como todos los actores comparten el mismo entorno, las acciones de uno tienen y el impacto futuro en todos los demás. Esto da lugar a un dilema social en el que los beneficios de la inversión individual son compartidos por todos mientras que los costos no. Esto alienta a los aprovechados, que obtienen los beneficios sin pagar los costos. Sin embargo, si todos Las partes involucradas razonan de esta manera, la inacción resultante puede resultar mucho peor para todos los involucrados. Esto se conoce en la literatura sobre teoría de juegos como la tragedia de los comunes «.

Similar a tratar de frenar el cambio climático, no hay una respuesta clara sobre cómo incentivar mejor a las naciones para mitigar los desechos espaciales. (Por lo que vale, el modelo teórico del juego en el estudio de 2018 encontró que una solución centralizada, por ejemplo, una en la que un solo actor toma decisiones sobre la mitigación de los desechos espaciales, quizás en nombre de una coalición multinacional, es menos costosa que una solución descentralizada. )

Aunque las organizaciones espaciales han actuado con lentitud, muchas han estado explorando formas de eliminar la basura espacial de la órbita y evitar que se formen nuevos desechos.

Limpiar los desechos espaciales

Las organizaciones espaciales han propuesto y experimentado muchas formas de eliminar los desechos del espacio. Aunque las técnicas varían, la mayoría está de acuerdo en la estrategia: deshazte primero de las cosas importantes.

Eso es porque las colisiones que involucran objetos grandes crearían muchos escombros nuevos. Por lo tanto, eliminar primero los escombros grandes limpiaría simultáneamente la órbita terrestre baja y ralentizaría el fenómeno de colisiones en cascada descrito por el síndrome de Kessler.

Para limpiar la órbita terrestre baja, las organizaciones espaciales han propuesto utilizar:

  • Amarres electrodinámicos: en 2017, la Agencia Japonesa de Exploración Aeroespacial intentó eliminar los desechos espaciales equipando un buque de carga con un amarre electrodinámico, esencialmente una red de pesca hecha de acero inoxidable y aluminio. Luego, la nave trató de «atrapar» desechos espaciales con el objetivo de arrastrarlos a una órbita más baja, donde eventualmente chocaría contra la Tierra. El experimento fracasó.
  • Redes ultradelgadas: el programa Innovative Advanced Concepts de la NASA ha financiado la investigación de un proyecto que desplegaría redes extremadamente delgadas diseñadas para envolver los desechos espaciales y arrastrarlos hacia la atmósfera de la Tierra.
  • «Escobas láser»: desde la década de 1990, los investigadores espaciales han propuesto el uso de láseres terrestres para calentar estratégicamente un lado de una pieza de basura espacial, que cambiaría su órbita para que vuelva a entrar en la atmósfera terrestre antes. Debido a que los sistemas láser se basarían en la Tierra, esta estrategia podría resultar relativamente asequible .
  • Arrastrar velas: como una forma relativamente pasiva de acelerar la desorbita de la basura espacial, la NASA y otras organizaciones espaciales han estado explorando la viabilidad de unir velas a la basura espacial que ayudaría a guiar los desechos de regreso a la Tierra. Estas velas podrían empaquetarse dentro de nuevos satélites, para desplegarse una vez que los satélites ya no sean útiles, o adjuntarse a la basura espacial existente.

ClearSpace-1

Pero quizás una de las soluciones más prometedoras para los desechos espaciales es la misión ClearSpace-1 financiada por la ESA. ClearSpace-1, que se lanzará en 2025, tiene la intención de ser la primera misión que elimine con éxito los desechos espaciales de la órbita. El objetivo es poner un satélite en órbita y encontrarse con la etapa superior del lanzador Vega de Europa, que quedó en el espacio después de un vuelo de 2013.

Una vez que el satélite se encuentra con los escombros, intentará capturar la basura con un brazo robótico y luego realizará una reentrada atmosférica controlada. La tarea será desafiante, en parte porque la basura espacial cae mientras vuela sobre la Tierra, lo que significa que el satélite tendrá que igualar sus movimientos para capturarlo de manera segura.

Freethink habló recientemente con el equipo de ClearSpace-1 para comprender mejor la misión y sus desafíos.

 

Pero no todas las estrategias de eliminación de desechos espaciales se centran en la tecnología. Un artículo de 2020 publicado en PNAS argumentó que imponer impuestos a cada satélite en órbita sería la forma más efectiva de limpiar el espacio. Denominado «tarifas de uso orbital», el plan cobraría a las organizaciones espaciales una tarifa anual de aproximadamente 235.000 dólares por cada satélite en órbita. La tarifa, en teoría, incentivaría a las naciones y empresas a ordenar el espacio con el tiempo.

El principal obstáculo de las tarifas por uso orbital es lograr que todas las organizaciones espaciales del mundo estén de acuerdo con dicho plan. Si lo hacen, podría ayudar a eliminar la tragedia del aspecto común de los desechos espaciales y potencialmente cuadriplicar el valor de la industria espacial para 2040.

«La costosa acumulación de escombros y satélites en la órbita terrestre baja es fundamentalmente un problema de incentivos: los operadores de satélites actualmente carecen de incentivos para tener en cuenta en sus decisiones de lanzamiento los riesgos de colisión que sus satélites imponen a otros operadores», escribieron los investigadores. «Nuestro análisis sugiere que corregir estos incentivos, a través de un OUF, podría tener beneficios económicos sustanciales para la industria de satélites, y no hacerlo podría tener costos económicos sustanciales y crecientes».

Independientemente de la solución, la limpieza de los desechos espaciales será un desafío complejo y costoso que requiere un esfuerzo internacional coordinado. Si la comunidad global quiere mantener la infraestructura tecnológica moderna y aventurarse más profundamente en el espacio, hacer negocios como de costumbre no es una opción.

«Imagínese lo peligroso que sería navegar en alta mar si todos los barcos perdidos en la historia todavía estuvieran a la deriva sobre el agua», dijo Jan Wörner, director general de la Agencia Espacial Europea (ESA), en un comunicado . «Esa es la situación actual en órbita y no se puede permitir que continúe».