Cómo oscurecer los satélites Starlink para que no molesten a los astrónomos

Por Daniel Marín, el 3 mayo, 2020. Categoría(s): Astronáutica • Astronomía • Comercial • SpaceX ✎ 116

La megaconstelación Starlink de SpaceX es actualmente la más famosa y numerosa, además de ser la que más polémica ha generado por su posible interferencia con la práctica de la astronomía amateur y profesional en todo el mundo. Ante la falta de un marco legal internacional, ha sido la comunidad de astrónomos la que, lentamente, pero cada vez con más insistencia, ha presionado a SpaceX para que solucione el problema. En un principio el propio Elon Musk le quitó importancia al asunto —«que lancen más telescopios espaciales», fue más o menos su respuesta—, pero el peso de la evidencia ha forzado una respuesta del CEO de SpaceX.

Concepto de VisorSat para reducir el brillo de los satélites Starlink (SpaceX).

El pasado 27 de abril Musk se dirigió a las Academias de Ciencias de EEUU con el objetivo de resumir las medidas que tiene pensado incorporar a la constelación Starlink para mitigar los problemas de contaminación lumínica de estos satélites. Recordemos que Starlink cuenta en la actualidad con unos 410 satélites en órbita y que SpaceX pretende lanzar miles de unidades para garantizar una cobertura global de comunicaciones. Este año la empresa de Musk quiere alcanzar la cifra de 1584 satélites puestos en órbita, pero la constelación contará con unas 12 000 unidades al final de la primera fase y hasta 42 000 unidades en su configuración final (siempre que la demanda del mercado lo justifique, claro).

Los satélites Starlink reflejan la luz del Sol de dos formas distintas. Durante el ascenso a la órbita final refleja la luz tanto el panel solar como el cuerpo del satélite. En la órbita de 550 km solo refleja el cuerpo del satélite principalmente (SpaceX).
Satélite Starlink 0.9 en el que se aprecia la parte inferior del satélite con las antenas (SpaceX).

Cada satélite Starlink v1.0 tiene una masa de 260 kg y está formado por un panel solar y un cuerpo rectangular y plano relativamente fino en el que están situadas las antenas. Los satélites son lanzados en grupos de sesenta unidades mediante cohetes Falcon 9 en una órbita inicial de unos 230 kilómetros de altura y 53º de inclinación (más adelante se lanzarán satélites con inclinaciones mayores). En esta fase los satélites son relativamente brillantes y visibles a simple vista —con una magnitud de aproximadamente entre 2 y 3— debido a que el panel solar se despliega de forma paralela a la superficie terrestre para minimizar el rozamiento con la atmósfera. Los satélites se separan unos de otros formando el ya famoso «tren Starlink», una configuración que mucha gente cree erróneamente que se trata de la principal causa de contaminación lumínica de la constelación. Sin embargo, y por muy espectacular que sean estos trenes de satélites, su impacto en la astronomía es muy limitado debido a que su vida es muy breve.

Configuración del panel solar en la órbita final (izqda.) y durante su ascenso a la órbita de trabajo (SpaceX).

Los Starlink usan sus motores iónicos de efecto Hall a base de kriptón para elevar su órbita hasta llegar a los 350 kilómetros de altura. A partir de ahí, los satélites de cada tren se separan en tres grupos de veinte unidades cada uno que se dirigen a tres planos orbitales distintos y luego siguen elevando su órbita hasta los 540-560 kilómetros de altura. En esta órbita final los satélites son menos brillantes debido a que están a mayor altura y a que el panel solar está colocado perpendicularmente con respecto a la Tierra. A pesar de todo, su magnitud es de aproximadamente entre 4 y 5, por lo que todavía son visibles a simple vista desde zonas sin contaminación lumínica. En su configuración inicial, la constelación Starlink contará con 1584 satélites a 550 kilómetros de altura dispuestos en 72 planos distintos con 22 satélites por plano (inicialmente debían ser 24 planos con 66 satélites por plano). SpaceX planeaba poner en esta fase inicial 2825 satélites Starlink en órbitas de unos 1200 kilómetros de altura, pero ha acordado con la FCC estadounidense sustituirlos por 2824 satélites en órbitas a 550 kilómetros. Esto es positivo porque, a mayor altura, más tiempo son visibles los satélites desde una zona dada. De todas formas, SpaceX no ha renunciado a situar satélites en órbitas de 1200 kilómetros en fases posteriores.

En el DarkSat las superficies más brillantes de las antenas han sido oscurecidas (SpaceX).

La primera técnica que ha probado SpaceX para reducir el impacto visual de la constelación ha sido la más obvia, o sea, reducir el brillo de cada Starlink. Después del panel solar, la principal contribución al brillo del satélite son las antenas de la parte inferior del cuerpo. En el lanzamiento Starlink del 7 de enero de 2020 uno de los satélites tenía un recubrimiento oscuro sobre las antenas. Esta unidad experimental, conocida como DarkSat (Starlink 1130), fue diseñada por SpaceX para reducir su brillo en un 55%. Las observaciones independientes detalladas y calibradas son escasas, pero confirman que DarkSat tiene un brillo entre una y dos magnitudes por encima del resto de satélites. Eso significa que, una vez en su órbita final, es invisible a simple vista independientemente de la calidad del cielo. Hasta ahora no se sabía a ciencia cierta cómo se había conseguido reducir su brillo, pero Musk confirmó en la conferencia que se había logrado oscureciendo las antenas, que, recordemos, son los elementos más brillantes del satélite. Lamentablemente, parece que el experimento DarkSat, aunque satisfactorio desde el punto de vista óptico, presenta problemas de recalentamiento —lógicamente, una superficie negra se calienta más— y no soluciona los problemas de brillo en el infrarrojo —de hecho, los agrava—. Por tanto, SpaceX da por finiquitado el experimento DarkSat en favor de otras medidas.

VisorSat (SpaceX).

Ahora la esperanza se llama VisorSat. Como su nombre indica, VisorSat es una modificación del Starlink de serie que dispone de dos pequeños visores que se despliegan en la parte inferior del satélite de tal forma que su sombra impide los reflejos por parte de las antenas. Según Musk, los parasoles desplegables serán transparentes a las ondas de radio, por lo que no afectarán a las prestaciones de los Starlink en materia de comunicaciones. En el próximo lanzamiento de Starlink, previsto para el 7 de mayo, se probará el concepto de VisorSat, aunque SpaceX no ha especificado cuántos satélites llevarán instalado el nuevo invento. Pero VisorSat solo será efectivo cuando los satélites estén situados en su órbita final de 550 kilómetros de altura (u órbitas más altas en el futuro). ¿Qué hacer durante el lento ascenso desde la órbita inicial a la final?

Así no: configuración actual durante el ascenso a la órbita final (SpaceX).
Así sí: nueva orientación que quiere introducir SpaceX durante el ascenso a la órbita final (SpaceX).

La cuestión no es baladí porque hay que tener en cuenta que los lanzamientos de Starlink van a seguir siendo muy frecuentes en el futuro, así que en un momento dado siempre habrá una cantidad de satélites en órbitas intermedias. SpaceX planea cambiar la orientación de estos satélites, de tal forma que muestren el perfil de los paneles solares hacia el Sol, reduciendo así la cantidad de luz que pueden reflejar los paneles. En esta etapa no es necesario que las antenas apunten a la Tierra, así que no hay problemas por este lado. El inconveniente es que esta maniobra no es sencilla. Por un lado, el satélite dispondrá de menos electricidad y, por otro, las comunicaciones con las estaciones de tierra se resentirán porque las antenas no estarán apuntando al suelo todo el rato. La otra pega es que uno de los sensores estelares apuntará a la Tierra y el otro puede que quede orientado al Sol. Esto implica que el satélite puede tener dificultades para conocer su verdadera orientación. SpaceX quiere implementar en breve esta técnica de mitigación de brillo, pero reconoce que no será factible hacerlo con todos los Starlink que estén elevando sus órbitas, aunque no ha especificado en qué proporción.

Despliegue de los satélites Starlink 7 (SpaceX).

Como hemos señalado en otras entradas, estos esfuerzos, aunque loables y necesarios, no son suficientes para eliminar el impacto de los satélites en los telescopios de gran campo de visión como el futuro observatorio Vera Rubin. Un solo satélite pasando por el campo de visión de un detector puede arruinar una imagen o un espectro. No obstante, y de acuerdo con investigadores del propio Vera Rubin, si los Starlink reducen lo suficiente su brillo se puede lograr que, aunque sigan siendo visibles para el telescopio, su trazo sea homogéneo —esto es, sin grandes cambios en el brillo que puedan saturar muchos píxeles del detector o crear otros artefactos en la imagen— y, por tanto, relativamente sencillo de filtrar con el software adecuado. No todo el mundo está de acuerdo con estas conclusiones y, pese a que obviamente cualquier reducción de brillo es positiva, otros investigadores creen que filtrar todos los trazos de los Starlink no es una opción realista.

Satélites Starlink (SpaceX).

¿Y qué hay de los 400 satélites que ya están en órbita? De acuerdo con Musk no hay que preocuparse porque serán retirados mediante reentradas controladas en el plazo de entre tres y cuatro años. Como vemos, SpaceX ha decidido tomarse en serio el problema del impacto de la constelación Starlink en la astronomía. Y eso es bueno. Lo malo, dejando a un lado que sigue sin haber ninguna legislación internacional al respecto, es que la huella de estos satélites continúa siendo importante, sobre todo en el espectro de radio. Por otro lado, los estudios que se han hecho hasta ahora por parte de la comunidad científica se han centrado en observatorios ya existentes o en fase final de construcción, pero por el momento no han tenido en cuenta las prestaciones y necesidades de los instrumentos del futuro.

Referencias:

  • https://www.spacex.com/news/2020/04/28/starlink-update
  • https://www.nationalacademies.org/event/04-27-2020/docs/D0FD9F80C81A9D3E49EB8BE599FBF8A28BB2A1F69886


116 Comentarios

  1. Bueno, los primeros compases del vuelo del CZ-5B han sido un éxito llevando como carga el prototipo de nueva cápsula tripulada, otro éxito (espero) más para el programa espacial tripulado chino. Solo lamento que las retransmisiones solo se sigan desde tierra sin cámaras de a bordo o por lo menos mostrando el típico gráfico de la sala de control con una imagen mostrando inclinación y demás. Así que por no saber no se ni si se han separado correctamente los cohetes aceleradores laterales.

    Por otro lado a medio mundo de distancia exactamente a la misma hora el SN 4 sufría un aborto en el fire test.

    Una de cal y otra de arena en el panorama espacial. Si alguien tiene curiosidad lo está retransmitiendo every day astronaut en su canal por si lo vuelven a intentar. Aunque no tiene pinta.

    En otro orden de cosas ha muerto el director general de vuelos tripulados de Roscosmos por coronavirus.
    Fuente: mobile.twitter.com/roscosmos/status/1257576853923127297?ref_src=twsrc%5Etfw%7Ctwcamp%5Eembeddedtimeline%7Ctwterm%5Elist%3Anextspaceflight%3Achina&ref_url=https%3A%2F%2Ftwitter.com%2F

    1. Pues nos espera un entretenido segundo semestre por parte de China, con el lanzamiento de la sonda a Marte, el primer módulo de su estación y el subsiguiente vuelo tripulado a la misma. No sé si les dará tiempo a lanzar antes de final de año la Chang’e-5.
      Ojo con la inercia que están cogiendo.

    2. Parece ser que esta confirmado, el lanzamiento ha sido un éxito, además al parecer había una carga secundaria consistente en un escudo térmico desplegable para traer de vuelta algún experimento.
      A la espera del artículo de daniel quedó.

    3. Yo he seguido el lanzamiento del cohete chino por Next Space Flight… Dos horas y pico de transmisión, nada menos.

      ¿Sabemos algo mas del aborto de la prueba del SN4?

      1. Creo que no, eran las mil y monas allí y Musk acaba de (volver a) ser padre, es una monada el hijo así que tardaremos algunas horas en saber que ha pasado.
        La parte buena es que no ha colapsado la estructura. Y parece que está intacta, igual han presurizado de más y han abortado o algo.

        1. En realidad no hay mucha información y Elon esta hoy más a ser padre que a contestar preguntas. Creo que han hecho pruebas de los pre-burners y parece que estan trabajando bastante en el proceso de prueba. Entiendo que lo estan tomando con cautela, dentro del ritmo endiablado que llevan, y ante la mínima duda lo paran. Hoy otro intento probablemente.

  2. Tiberius: esos mismos que no están conscientes de probar un silo bajo la presión atmosférica??? 😱

    No me imagino bajo la presión de frenado aerodinámico a velocidades hipersonicas…😵

    Ya en serio: no es que estén concientes o no…

    Sino que como dice Pochimax, seguramente estamos ante una Starship «básica» como la lunar de la NASA y después veremos una completa, más pesada para reingresar a la atmósfera!!!

      1. Bueno, después de todo el lío del Covid y a semanas del lanzamiento de una nueva nave tripulada, ella está dando la tranquilidad y sensación de control que necesita el momento y el cliente.
        Me encanta Musk y suerte que existe, pero estas últimas semanas creo que actúa de una manera que no ayuda. Su figura viene con cierta responsabilidad y saber estar, tanto para el Covid como para la Dragon2. Y entiendo sus argumentos.

        1. Jimmy lo que a nosotros nos escandaliza en EEUU lo ven distinto, fijate la cantidad de protestas que hubo por la cuarentena, ellos piensan que parar totalmente un pais es una locura, no es solo trump o musk

Deja un comentario