El problema de la sobrepoblación orbital: en busca de un espacio sostenible

• Título del artículo original: Looking out for a sustainable space
• Autores/as: James A. Blake
• Institución del autor: Departamento de física, universidad de Warwick, Coventry, CV47AL, UK
• Estado de la publicación: Aceptado para publicación en el Astronomy & Geophysics, publicado en arXiv

Hace más de 65 años, en el contexto de la Guerra Fría, el Sputnik 1 supuso el pistoletazo de salida a la presencia de objetos artificiales en órbita, siendo todo un hito en la Carrera Espacial. Desde entonces, la huella del ser humano más allá de nuestro planeta no ha dejado de crecer. La Estación Espacial Internacional es un testigo del avance científico y la cooperación internacional. Pero, ¿hasta cuándo podremos poner tecnología en órbita sin problemas? Ahora se habla de los problemas de las megaconstelaciones de satélites, pero cabe preguntarse si esto resulta seguro, considerando la situación actual y las experiencias pasadas. El artículo de hoy supone una revisión de los resultados de estudios previos, poniendo un foco en el futuro para ver la sostenibilidad de estas misiones a más largo plazo y revisando las posibles soluciones propuestas a día de hoy. 

Figura 1: Simulación del entorno cercano de la Tierra vista desde un punto sobre el polo norte. Cada punto blanco corresponde a un objeto detectado. El tamaño de los mismos no está escalado. Se ve una gran densidad de puntos en la órbita más cercana al planeta (LEO) y otra gran densidad más lejos del mismo, en órbita geoestacionaria o GEO (aquella en que el periodo orbital es igual al periodo de rotación terrestre). Crédito: Figura 3 del artículo original.

No todo tiempo pasado fue mejor

Muchas cosas han pasado desde ese primer éxito. Otros países se han ido sumando a estas salidas y, con ello, el espacio se ha ido llenando de objetos orbitando el planeta. Los que se encuentran en órbitas bajas de la Tierra (LEO) terminan por caer debido al rozamiento con las moléculas en las zonas más limítrofes de la atmósfera, mientras que aquellos más lejanos pueden quedarse varios siglos orbitando (de momento el récord es de Vanguard 1, que sigue en órbita tras lanzarse en 1958 y perderse el contacto en 1964). A lo largo de los años, esto ha ido provocando una gran acumulación de orbitadores, los cuales pueden ser seguidos desde tierra con redes de satélites como la de la red de vigilancia espacial de los Estados Unidos, quienes han catalogado miles de objetos a lo largo de los años. 

Figura 2: Curva del número de objetos catalogados seguidos por la red del  USSPACECOM. En amarillo se encuentran los objetos relacionados con misiones en activo. En rojo, fragmentos por encima de 10 cm de diversos orígenes. En morado, los cuerpos de tipo cohetes, etc. En azul, están otros objetos clasificados de modo general como “carga”. Vemos que hay una primera pendientes asociada a pruebas antisatélites que se estabiliza a principios de los 90, pero encontramos un gran escalón en el 2007 con las pruebas de esta tecnología por parte de China. La línea negra, que recoge todos los objetos en órbita detectables, sigue creciendo hasta hoy. Crédito: Figura 1 del artículo original.

 En la Figura 2 vemos todos los objetos clasificados de basura espacial (estos son aquellos que ya no cumplen el cometido para el que se enviaron pero siguen en órbita). Queda manifiesto que lo más numeroso son trozos de cuerpos en órbita que sufrieron algún evento de fragmentación (como explosiones debido al estrés térmico al que se ven sometidos los materiales, fallos eléctricos, etc.). En 2019, se habían registrado 561 sucesos de este tipo. Sin embargo, no todos son fortuitos. Entre las décadas de los 60-80, en el contexto de la carrera armamentística, con espionajes y contra-espionajes, tanto la URSS como EEUU probaron repetidamente su capacidad de inhabilitar los satélites enemigos (las armas conocidas como ASAT). A pesar de que este tipo de pruebas puedan parecer ya superadas, China hizo un test de ellas en 2007 (produciendo el gran escalón apreciable en la Figura 2 en ese año) e India se convirtió en el cuarto y último país en demostrar estas capacidades en 2019.

 Entre medias, en 1989 tuvo lugar un máximo de la actividad solar. Esto provocó un aumento del tamaño de la atmósfera terrestre, que trajo consecuentemente un mayor rozamiento en órbita LEO y, con ello, una reducción del número de objetos (se puede ver en el pequeño valle entorno a esos años de la Figura 2). Por desgracia, no se tardó mucho en volver, e incluso superar, los niveles previos.  

 El problema de todo esto es que, según estas regiones se van densificando, aumenta la probabilidad de colisión, lo que produciría más fragmentos en órbita, que producirían más colisiones, etc., dando lugar a un efecto cascada en que la gran densidad de basura y las numerosas colisiones generan cada vez más fragmentos. Este escenario es conocido como el síndrome de Kessler. Pero en este punto alguien puede estar haciéndose dos preguntas: ¿de verdad este escenario es posible?, ¿no son demasiado pequeños estos fragmentos para afectar a una misión espacial moderna? En 2009, el satélite en activo Iridium 33 de la NASA chocó con el decomisionado Cosmos 2251, produciendo la contaminación de regiones adyacentes (ya de por sí densamente pobladas). Esto demuestra que estos sucesos aunque raros no son imposibles. Además, estos pequeños fragmentos, incluso siendo de tamaños inferiore al mm, pueden dar lugar a fallos catastróficos, pues se mueven a grandes velocidades (típicamente unos 10 km/s en órbita LEO), lo que acarrea grandes energías. Para evitar estos incidentes, cada vez es más habitual tener que realizar maniobras de esquivación, incluso para grandes referentes tecnológicos como la Estación Espacial Internacional. Pero para ello, hay que saber dónde estan las posibles “balas”, lo cual no resulta nada sencillo. 

Un ojo en el cielo… y otro en las leyes

 A día de hoy se están llevando a cabo grandes esfuerzos para monitorizar la evolución de la basura espacial. Para ello se usan de modo complementario radares para las órbitas a menor altura y telescopios ópticos para aquellas a mayor. Sin embargo, los trozos pequeños, con tamaños menores a unos 10 cm, aún suponen un reto para ser observados, de modo que su población es el resultado de una estimación computacional a partir de modelos. Pero existen discrepancias entre distintas agencias tan reconocidas como la NASA o la ESA, que dan valores que difieren hasta en un orden de magnitud. En cualquier caso, está claro que esto supone todo un desafío si queremos contar con un entorno seguro para futuras misiones. 

 Con vistas a ello, comités como el Inter-Agency Space Debris Coordination Committee y la Comisión sobre la Utilización del Espacio Ultraterrestre con Fines Pacíficos, han dado ciertas recomendaciones como la “regla de los 25 años”, según la cual los restos de las misiones deberían entrar en la atmósfera terrestre en los 25 años siguientes al fin de las mismas. En el caso de las más lejanas, lo que se propone es enviarlos a una región menos poblada en que no interfieran con futuros proyectos.

 Otra idea que se está estudiando son las misiones de retirada activa de restos. Para esto se han propuesto muchas técnicas distintas: arpones, tentáculos, ligaduras electrodinámicas y otro montón de ideas aún bajo estudio y que dan idea de la complejidad del sistema: hasta el momento no hay una solución satisfactoria para todos los casos. Además, todos estos trabajos deberían ser complementarios a la regla de los 25 años para tener un efecto significativo. 

 En resumen, después de 65 años, nos encontramos en la necesidad de revisar nuestra huella espacial y tratar de garantizar la sostenibilidad de este entorno. Para ello hace falta un compromiso de la sociedad. A la ya delicada situación, hay que añadir el desarrollo de las megaconstelaciones de satélites por parte de empresas privadas, que aumentarán exponencialmente los objetos en activo en órbita LEO. A falta de una legislación a nivel internacional para minimizar nuestro efecto, es necesaria la adherencia voluntaria de las empresas, agencias y naciones involucradas a las diversas recomendaciones ya existentes. La era espacial está, previsiblemente, en sus albores, y es el momento de hacer las cosas bien.