La EEI y el peligro de la basura espacial

Ayer los seis ocupantes de la Estación Espacial Internacional vivieron una breve situación de emergencia cuando se vieron obligados a retirarse a una de las naves de escape Soyuz debido a la amenaza de basura espacial. Los escombros acabaron pasando a 250 metros de la EEI sin causar ningún daño, pero la situación podía haber sido bastante grave. Habitualmente, los escombros espaciales que se acercan a la estación son detectados con mucha más antelación y pueden hacerse las maniobras oportunas para evitar colisiones. Esta vez, sin embargo, la alarma se produjo muy tarde y no hubo tiempo de “esquivar” el peligro.

La EEI, de 110 metros de largo por 60 de ancho, es el mayor objeto permanente puesto en órbita por el hombre. Tanto su valor científico como su coste (cien mil millones de dólares) hacen que sea fundamental protegerla de la basura espacial. Desde tierra se lleva un seguimiento completo de los residuos y basura con los que la EEI podría cruzarse, y se hacen las correcciones pertinentes para esquivarlos. Estas maniobras reciben el nombre de Debris Avoidance Manoeuvre (DAM), y consisten en alterar la altura a la que orbita la estación, más que en variar su rumbo. Basta con alterar la velocidad de la estación 1m/s para conseguir que ésta orbite uno o dos kilómetros más lejos de la Tierra, evitando así el peligro. Más raramente, se disminuye la altura orbital. Se han hecho aproximadamente una decena de estas maniobras desde finales de los 90, por lo que no son del todo infrecuentes. En caso de mayor peligro, los tripulantes tiene órdenes de instalarse en las naves Soyuz por si hubiera que abandonar la estación; ha habido dos evacuaciones de este tipo, la de ayer y otra el 13 de marzo de 2009.

La EEI cuenta con un blindaje que la protege, hasta cierto punto, de los impactos de pequeños residuos y micrometeoros. Los módulos más utilizados por los tripulantes se encuentran protegidos por paneles especiales anti-escombros. La NASA lleva muchos años utilizando un sistema llamado escudo Whipple, que consiste en una fina lámina de aluminio separada unos pocos milímetros del casco de la nave. Si un cuerpo impacta a gran velocidad contra el escudo (y, en órbita, las velocidades son muy altas), se vaporiza al contacto con el aluminio y pierde casi toda su potencia antes de recorrer los escasos milímetros que le separan del casco. De esta forma, aunque se produzcan daños en la cubierta de aluminio, el casco de la nave permanece a salvo de descompresiones, cráteres, agujeros y otros desastres.

Pero como puede suponerse, este tipo de protección no es una panacea. Puede proteger la ISS de diminutos cuerpos que viajen a velocidades de entre 3 y 18 km/s, pero a medida que los objetos se hacen mayores el escudo deja de ser útil. Un cuerpo de un centímetro viajando a estas velocidades atravesaría el escudo como si no existiera.

¿Representan un peligro los restos espaciales que orbitan la Tierra para los astronautas? Sí y no. Sí, porque cabe la posibilidad, aunque remota, de que un cuerpo del tamaño suficiente impacte contra la EEI o algún otro artefacto tripulado en órbita, con los consiguientes daños. Y no, porque, como hemos visto, has medidas de emergencia previstas para una situación así y porque la probabilidad de un impacto es extremadamente baja.

 

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Aumento de la cantidad de basura espacial desde los 50. Gráfico ESA.

Sin embargo, no es imposible. El 10 de febrero de 2009 un satélite de comunicaciones americano, el Iridium-33, chocó con un satélite militar ruso, el Kosmos-2251. La colisión se produjo a casi 800 kilómetros de altura sobre Siberia y a una velocidad de más de 42.000 kilómetros por hora, mayor que la velocidad de escape de la Tierra. Ambos satélites quedaron, evidentemente, desintegrados, y la NASA estimó que se habría generado un millar de trozos mayores de 10 centímetros en la colisión, además de muchos otros de menos tamaño. Es frecuente que los satélites se crucen a distancias muy cortas, cada día. Los propietarios del Iridium-33 habían calculado que la probabilidad de un impacto de este tipo era de 1 entre 50 millones cada vez que se cruzaba con otro satélite. Ha habido otras colisiones menores en órbita, pero ninguna tan destructiva como esta.

 

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Lo que puede hacer la basura espacial: una esfera de 1,2 cm de diámetro y 1,7 gramos de peso produjo este efecto en una plancha de aluminio de 18 centímetros en un ensayo a 6.800 m/s. Foto ESA.

Hay realmente un montón de objetos artificiales orbitando nuestro planeta. Las NASA tiene catalogados aproximadamente 22.000 objetos de los que puede llevar un seguimiento mediante radar y telescopios ópticos. Pero la NASA no puede verlo todo. Con la tecnología actual, en la órbita baja solo podemos ver objetos de más de 5 centímetros; si nos vamos a la lejana órbita geoestacionaria, cualquier cosa de menos de medio metro resulta invisible. Existen cientos de miles, tal vez millones, de objetos de todos los tamaños y cada uno de ellos representa un peligro para la exploración espacial. La mayor parte de la basura espacial consiste en cuerpos de muy pequeño tamaño: se calculan aproximadamente medio millón de cuerpos de entre 1 y 10 centímetros, y los menores de 1 centímetro podrían llegar a ser millones o decenas de millones. Los objetos mayores son más escasos, pero aún así a principios del siglo XXI se contabilizaban 1.500 objetos de más de cien kilos de peso. Como puede verse, incluso los miles de objetos la que NASA tiene localizados representan un diminuto porcentaje del total.

La mayor parte de la basura espacial se concentra en la llamada órbita baja terrestre, que se extiende desde la superficie de nuestro planeta hasta los 2.000 km de altura. Además del peligro que representa su número, los residuos en la órbita baja se mueven a grandes velocidades no inferiores a varios kilómetros por segundo. Las naves y satélites que orbitan esta zona pueden esquivarlos, como hemos visto, variando la altura de su propia órbita con sus impulsores. Los residuos que se quedan a la deriva en órbitas más bajas son más propensos a caer de nuevo a la Tierra debido al roce con la atmósfera. Incluso a grandes altitudes, el tenue aire hace que los restos se frenen debido a la fricción y acaben reentrando en nuestra atmósfera. Muchas toneladas de basura espacial han reentrado en la atmósfera terrestre a lo largo de las décadas: es una forma natural de que desaparezcan de su órbita y no representa un peligro.

 

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Este gráfico de la ESA (Agencia Espacial Europea) muestra la distribución de la basura espacial. Puede apreciarse la concentración en la órbita baja y en la geoestacionaria, con pocos objetos en el espacio entre ambas.

La basura espacial también se encuentra en órbitas geoestacionarias, mucho más lejanas (unos 36.000 km de altura sobre el ecuador). La órbita geoestacionaria plantea nuevos problemas. Es donde se encuentran los satélites de comunicaciones, de televisión y los meteorológicos (como el Meteosat). Puesto que deben permanecer sobre el mismo punto de la Tierra en todo momento, están mucho más limitados a la hora de moverse para esquivar restos espaciales. Además, se quedan sin combustible al final de su vida útil, convirtiéndose en pecios orbitales. Actualmente se intenta que los satélites en órbita geoestacionaria que acaben su vida útil vayan moviéndose a una órbita cementeriomás lejana, donde reposarán sin representar un peligro para el resto de la navegación espacial.

 

 

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Una simulación de los restos de basura espacial alrededor del planeta. Se distingue la mayor concentración en la órbita baja y el anillo sobre el ecuador correspondiente a la geoestacionaria.
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Detalle de la basura en órbita baja terrestre.

 

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Un impacto en el trasbordador Endeavour.

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Impacto en una ventanilla del Challenger.

 

¿De dónde sale toda esta basura espacial? Gracias a la capacidad humana para convertir casi todo en basura o desperdicios, hay innumerables fuentes de escombros orbitales: restos de cohetes que se quedan por el camino, satélites ya “jubilados”, equipo perdido o abandonado por astronautas, restos de pintura, trozos de satélites destruidos en pruebas militares…

La basura espacial puede producir más basura espacial. Cuando dos restos chocan entre sí, generan metralla y más fragmentos que, a su vez, se convierten en basura. Esto haría que las colisiones fuesen cada vez más frecuentes, produciendo cada vez más basura, de forma exponencial. Este proceso se conoce como Síndrome de Kessler y, en el peor de los casos, haría que la órbita terrestre acabase siendo intransitable debido a la inmensa cantidad de residuos espaciales. La salida y entrada de naves sería imposible hasta que se limpiara la órbita, un proceso que puede tardar desde meses hasta milenios.

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