Desechos espaciales
Los seres humanos envían habitualmente naves espaciales a la órbita para garantizar servicios en tierra y explorar otros planetas. Esta extraordinaria capacidad conlleva una gran responsabilidad: nuestra actividad espacial corre el riesgo de contaminar el espacio que rodea la Tierra, pero también otros planetas y lunas que tienen potencial para albergar vida pasada o presente.
El espacio beneficia a la humanidad al hacer posibles muchas de nuestras actividades en la Tierra: telecomunicaciones, previsión meteorológica, geolocalización mediante el sistema global de navegación por satélite utilizado para el tráfico terrestre, marítimo y aéreo, así como la teledetección para vigilar la salud de nuestro planeta. Al mismo tiempo, las misiones científicas aumentan nuestro conocimiento del sistema solar, a la vez que permiten el desarrollo de nuevas tecnologías, de la ciencia y de la exploración espacial.
Sin embargo, el aumento de la actividad espacial tiene un coste, tanto en términos de consumo de combustible de las naves espaciales como de desechos espaciales generados. Estos desechos están formados por naves abandonadas al final de su vida operativa, o restos de misiones espaciales y etapas superiores de lanzadores, junto con todos los fragmentos resultantes de colisiones y explosiones en órbita.
La mera existencia de los más de 900.000 fragmentos de desechos mayores de 1 centímetro –lo bastante grandes para dañar satélites operativos debido a su alta velocidad orbital– supone una grave amenaza para la sostenibilidad de las actividades espaciales. La cantidad de desechos espaciales ha crecido de forma exponencial, según la Agencia Espacial Europea (ESA).
Un problema medioambiental
Curiosamente, el crecimiento de los desechos espaciales ha seguido una tendencia similar a la de otros factores de estrés ambiental, como el dióxido de carbono, la acidificación de los océanos, la pérdida de bosques tropicales y la degradación de la biosfera terrestre. De hecho, todos estos problemas tienen varios aspectos en común. Dada su naturaleza global, las soluciones requieren una sólida cooperación internacional para definir medidas de mitigación. Los indicadores de este problema que sean pertinentes, aceptados, creíbles, fáciles de supervisar y robustos frente a la manipulación y los errores deben acordarse a nivel internacional.
El problema de los desechos espaciales también nos obliga a utilizar radares y telescopios ópticos para determinar la órbita de los desechos espaciales, y a desarrollar enfoques matemáticos y numéricos para modelizar su evolución en el espacio y en el tiempo, así como herramientas para la evitación de colisiones y las maniobras de fin de vida. En las predicciones deben tenerse en cuenta numerosas incertidumbres, como la atmósfera terrestre y su interacción con la actividad solar, las características físicas de los objetos no cooperativos y los fragmentos no rastreables, que hacen imposible lograr una predicción perfecta de la órbita y la evolución de los desechos.
Fabricar satélites que “surfeen” en el espacio
Las actividades espaciales actuales son posibles gracias a las transferencias espaciales que permiten alcanzar y controlar las órbitas operativas. Además, están protegidas por la conciencia de la situación espacial. Las perturbaciones orbitales –fuerzas naturales debidas a la gravedad de la Luna y del Sol, el arrastre atmosférico y la presión de la radiación solar– afectan a la evolución a largo plazo de la órbita de los cuerpos celestes, los satélites y los desechos espaciales, y deben compensarse mediante maniobras orbitales de los satélites, lo que incrementa sus necesidades de combustible. Sin embargo, el COMPASS, proyecto financiado por el Consejo Europeo de Investigación, tiene como objetivo transformar radicalmente el diseño actual de las misiones espaciales aprovechando las perturbaciones orbitales naturales y artificiales en lugar de contrarrestarlas. Mi equipo en Politecnico di Milano trabaja conjuntamente en el proyecto para desarrollar métodos que permitan a los satélites 'surfear', aprovechando las fuerzas de la naturaleza para alcanzar su órbita deseada evitando colisiones. Esto supondría reducir significativamente el consumo de combustible. El resultado a largo plazo sería reducir considerablemente el elevado coste de las misiones espaciales y crear nuevas oportunidades para la exploración y la explotación espacial.
Los objetos de desechos espaciales pueden modelizarse como un fluido continuo para evaluar las órbitas más pobladas en las que el riesgo de colisión es mayor. Las maniobras para evitar dichas colisiones se diseñan para operaciones autónomas en órbita. Al final de su vida útil, los satélites pueden dirigirse hacia la reentrada aprovechando las perturbaciones orbitales naturales, y el satélite INTEGRAL demuestra que esto es posible. Estas fuerzas naturales también desempeñan un papel importante cuando dos objetos vuelan próximos entre sí durante el servicio y la inspección en órbita, y durante la eliminación activa de desechos.
Sin embargo, los desechos espaciales no se limitan a la órbita terrestre baja. Las etapas superiores y los satélites, debido a fallos, también pueden convertirse en desechos en órbita alrededor del Sol. De hecho, para todas las misiones interplanetarias, análisis de protección planetaria debe realizarse para verificar que, durante la trayectoria de la nave espacial, la probabilidad de colisión con otras lunas y planetas se sitúe por debajo de un umbral determinado.
Nuestro proyecto tiene como objetivo transformar radicalmente la forma en que se diseñan actualmente las misiones espaciales, aprovechando las perturbaciones orbitales naturales y artificiales en lugar de contrarrestarlas. El resultado a largo plazo será reducir significativamente el elevado coste de las misiones espaciales y crear nuevas oportunidades para la exploración espacial y la mitigación de los desechos espaciales.
