e.Deorbit, Europa contra la basura espacial

Por Daniel Marín, el 26 junio, 2014. Categoría(s): Astronáutica • ESA • Sondasespaciales ✎ 22

No hace falta haber visto Gravity para saber que la basura espacial es un problema importante. Existen más de 17000 objetos en la órbita baja que constituyen una amenaza para los satélites en servicio y los astronautas. Pero eliminar la basura espacial no es fácil. Se han propuesto multitud de sistemas para solucionar este problema, desde láseres hasta remolcadores espaciales. La Agencia Europea del Espacio (ESA), lanzó el programa e.Deorbit en 2012 dentro del marco de la iniciativa Clean Space precisamente para investigar los posibles sistemas capaces de limpiar de basura espacial las regiones de la órbita baja situadas entre los 800 y los 1000 kilómetros de altura. Este régimen de alturas es el más crítico, ya que en esta zona el rozamiento atmosférico es mínimo y los elementos de basura espacial pueden permanecer en órbita décadas o siglos.

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Un satélite con ‘tentáculos’ captura un satélite fuera de servicio que se ha convertido en basura espacial (ESA).

Pero, ¿cómo eliminar la basura espacial? Más allá de la vaporización mediante sistemas de alta energía, existen tres formas simples de llevar a cabo esta tarea. La primera es mandar el pedazo de basura a una órbita por encima de los dos mil kilómetros de altura, una zona poco demandada por los operarios de satélites civiles y militares. Otra opción es remolcar la basura hasta órbitas por debajo de los 600 kilómetros, donde el rozamiento con la atmósfera la obligaría a reentrar en relativamente poco tiempo. Una variante de este sistema más radical pasa por agarrar el trozo de chatarra espacial y deorbitarlo conjuntamente con el mismo remolcador.

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Proyección del aumento de la basura espacial en el escenario optimista (verde) y pesimista (rojo). La oscilación en el número de trozos de basura se debe al ciclo de actividad solar, que expande la atmósfera terrestre y facilita la reentrada de objetos en órbita baja (ESA).
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Objetos en órbita baja en función de la altura (ESA).

El asunto clave radica en cómo efectuar la captura del trozo de basura espacial. Hace tiempo que la ESA estudia los sistemas de captura en órbita, por lo que e.Deorbit ha podido aprovechar esta experiencia para sugerir tres técnicas especialmente prometedoras: brazos robóticos, tentáculos, redes o rayos de iones. La red y el sistema de tentáculos permite envolver un objetivo casi independientemente de su forma, lo que es una gran ventaja cuando tienes que lidiar con todo tipo de elementos. En el caso de la red, esta técnica también presenta la ventaja de casi no verse afectada por la velocidad de giro del satélite a capturar. e.Deorbit consideró usar una red cuadrada de 16 x 16 metros y con un tamaño de malla de unos veinte centímetros fabricada en Dyneema. En cada una de las cuatro esquinas de la red se situaría una masa para facilitar la captura, de igual modo que las redes de pescadores o las que usaban los gladiadores.

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Conceptos de captura de basura espacial (Airbus Defence and Space).
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Capturando un satélite inactivo mediante una red (ESA).

El programa e.Deorbit también contempla un sistema más espectacular para eliminar la basura espacial basado en un arpón. El arpón aventaja a la red o los tentáculos al evitar la necesidad de rodear el satélite objetivo, aunque resulta necesario perforar la estructura de la nave o fragmento de chatarra, algo no necesariamente trivial. La empresa Astrium Stevenage -actualmente Airbus Defence and Space- investigó en su momento este sistema y ahora se presenta como uno de los sistemas más llamativos que han nacido dentro de la iniciativa e.Deorbit. El arpón tendría unas dimensiones de 0,585 x 0,4 metros y sería capturar satélites de hasta nueve toneladas de masa situados a una distancia superior a los diez metros. La masa del sistema de captura sería de unos 10 kg e incluiría dos arpones de 1,5 kg cada uno.

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Arpón diseñado para capturar satélites (ESA).

e.Deorbit pretende desarrollar un satélite prototipo de una tonelada aproximadamente para verificar la idoneidad de las técnicas de captura de basura espacial que podría ser lanzado en 2021. Evidentemente, un único satélite solamente sería capaz de retirar un número pequeño de elementos de basura espacial antes de agotar sus reservas de combustible, así que serían necesarios decenas o centenares de estos remolcadores -con arpón o sin él- para solucionar este problema, por no hablar de quién debería hacer frente al precio de esta factura. Una interesante iniciativa en cualquier caso.

Referencias:



22 Comentarios

  1. Quien debería hacer frente es fácil calcularlo.

    % de satélites basura de cada país … eeuu, Rusia, otros…

    A pagar su parte cada uno.

    Aunque se debería dar opción a los países a que tengan sus propios limpiadores en un plazo razonable de años. (construirlos seguro que es más barato en Rusia o China que en otros países con mano de obra más cara).

  2. Para cacharros del tamaño de satélites lo veo más o menos, pero ¿qué pasa con las piezas más pequeñas? Tengo entendido que un gran número de chatarra espacial se debe a la destrucción reciente de un satélite chino por un misil. ¿Qué hay de cierto en ello?

    1. Es bastante cierto: ha habido un aumento del 115% en la basura espacial en torno a los 1000km de altura en los últimos 7 años. La gran mayoría de este aumento proviene de la prueba antisatélite china contra el Fengyun-1C en enero de 2007 y de la colisión entre el Strelá-2M/Kosmos 2251 y el Iridium 33 (que generaron un número de fragmentos estimado en ~2/3 partes de la prueba china).

      Sin embargo, quitar de enmedio satélites enteros con iniciativas como ésta, de la que habla Daniel, es interesante porque se evita tener grandes «generadores potenciales» de fragmentos, bien por colisiones como la del Kosmos-Iridium o bien por desprendimientos de partes. Los trozos pequeños, si bien son peligrosos por sí mismos, tienen un potencial de multiplicación mucho menor que los objetos grandes.

        1. Gracias por las referencias. Entonces, ¿entiendo que de momento no hay ninguna iniciativa orientada a limpiar las piezas pequeñas? Tengo curiosidad por cómo se podría enfocar el asunto. Una especie de Wall-E yendo de tuerca en tuerca sería bastante curioso de ver…

          1. Sí que la hay, los japoneses sacaron una, a ver si encuentro la referencia, Dani habló por aquí de ello si no recuerdo mal… era una epecia de super red o algo así

          2. Supongo que lo más apropiado para las piezas pequeñas es el laser o cañón de iones.
            Si son piezas metálicas, quizás el uso de velas magnéticas gigantes. Iría empujando las piezas al pasar, cambiándolas de órbita.
            Y al ser velas, básicamente no necesitan energía para ir cambiando de órbita e ir limpiando cada zona.

  3. Hace años leí, no recuerdo dónde, acerca de un sistema de arpón magnético que no sé si pasó del papel pero la idea era interesante.

    Si la memoria no me falla, el sistema consistía simplemente de un cable con dos imanes, uno en cada extremo del cable. Uno de los imanes se adhería al satélite muerto que se quería sacar de órbita. El otro imán, por repulsión magnética, se alejaba del primero tensando el cable.

    La primera dificultad de este sistema es que el cable debía quedar apuntando a plomo hacia la Tierra. La segunda es que el cable era largo (kilómetros, si recuerdo bien) y propenso a enredarse. Si todo iba bien, el cable, una vez tenso, cortaba las líneas del campo magnético terrestre generando una fuerza de empuje que arrastraba el satélite hacia abajo.

    Por supuesto, la fuerza era minúscula, el proceso de arrastre demoraba lo suyo, y mientras tanto el larguísimo cable podía ser una amenaza para otros satélites. La bondad del sistema es que supuestamente resultaba más económico que otras alternativas. Pero, como dije, no sé en qué quedó. ¿Alguien sabe?

    Por otra parte, arpones, redes… todo eso está muy bien para la chatarra grande. Algo es algo. Pero, ¿qué hay de las miríadas de chatarra del tamaño de un tornillo?

  4. Interesantes las propuestas para quitar la basura que se se encuentra en dichos lugares , pero me llama la atencion los alerones del arpon en el vacio del espacio ….

    1. Je, había pensado en lo mismo. «Planetes», un gran manga para los que les guste el tema.

      Volviendo al tema, ¿Cuales serían las posibilidades (y riesgos) de utilizar misiones tripuladas para el asunto (como hacen en el mencionado manga)?
      Se me ocurre así como idea de aficionado del momento que con una misión tripulada se le podría acoplar a los satélites basura alguna especie de propulsor pequeño/barato/de un solo uso que le diera el empuje necesario para que entrara en la atmósfera y se desintegraran. Con una nave reutilizable (veamos cuando tenemos alguna) podría no salir tan caro como una nave entera de un solo uso para cada pocos satélites a retirar. (¿No?)

  5. Creo que para estos casos lo mejor seria un satélite que remolcase un array de microsatelites de distintas envergaduras (parecería una bomba de racimo el conjunto). La plataforma se acercaría a los satélites a deorbitar y se acoplaría un microsatelite que consistiría en un pequeño propulsor eléctrico y algún tipo de sistema de anclaje. El microsatelite se encargaría de reducir la órbita del satélite destruyéndose los dos en la atmósfera.

    Las ventajas son claras, el remolcador no tiene que estar cambiando de órbitas tan a a menudo, solo tendría que acercar un poco el microsatelite antes de soltarlo, tras acoplarse este al satélite a deorbitar podría trabajar autonomamente durante el tiempo del viaje a la atmósfera dejando al remolcador libre para el siguiente objetivo, así ademas conforme avance la misión el cargamento es mas ligero y el combustible gastado se reduce en el remolcador (cuando se quede sin microsatélites el mismo se encarga de deorbitarse y listo).

    1. Muy buena tu idea. Más tomando en cuenta que para el sistema del arpón, un satélite sólo necesita tener una masa de unas cuantas decenas de kilogramos. Con que el sistema consista de unos 30 mini remolcadores, ya se tendría ganancia.

      1. Más económica podría ser (quizás) la puesta en órbita individual de arpones-remolcadores pequeños, simples, «tontos», robustos y baratos… mediante un cañón a lo Gerald Bull.

        Lástima que el cañoncillo es, digamos, un tema «delicado». Dejémoslo ahí 🙂

  6. Buenas,

    En la ultima conferencia sobre Space Debéis que organizo la ESA el año pasado se hablo mucho de este tema.

    Sobre las plataformas habla muuy claramente el autor, pero la estrategia mayoritariamente apoyada no era la evidente: la idea es hacer «runs» de objetos que acumulen la máxima probabilidad de chocar en los siguientes X años, e ir a deorbitar esos, de manera que por un lado se reduzcan los nuevos fragmentos y por otro la atmósfera vaya haciendo su papel y deorbitando debris. No obstante, que yo recuerde, ninguna previsión hablaba de disminuir el n° de fragmentos, si no en el mejor de los casos de no empeorar la situación actual.

    Evidentemente las problemáticas asociadas tanto al analisis como a la captura son amplias así que estamos lejos de que esto sea una realidad. Iniciativas, eso sí, hay.

    Por último, y a modo de nota, 17000 es el numero de objetos catalogados (hechos públicos) por el NORAD (mayores de 10cm). Entre 1-10cm hay cientos de miles y <1cm millones (y a 15km/s de un impacto "típico" en LEO calculad la energia liberada hasta por una mota de polvo).

    Si hay algo erróneo, discutamoslo. Lo que no, encantado de contribuir con mis dos centavos en este gran blog.

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Por Daniel Marín, publicado el 26 junio, 2014
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