Consecuencias de la destrucción del Kosmos 1408: ocho claves para entender el problema de la basura espacial

Por Daniel Marín, el 23 noviembre, 2021. Categoría(s): Astronáutica • Rusia ✎ 103

Hace cosa de una semana Rusia destruyó el antiguo satélite soviético Kosmos 1408 mediante un misil Núdol antisatélite (DA-ASAT). La colisión del interceptor cinético tuvo lugar a una altura de unos 490 kilómetros y ocasionó una nube de miles de fragmentos situados en órbitas situadas entre los doscientos y los mil kilómetros, aproximadamente. Es la cuarta prueba antisatélite en lo que llevamos de siglo después de que China, EE UU e India hayan hecho lo propio estos últimos años (se cree que Rusia quiso llevar a cabo esta prueba como demostración porque el interceptor cinético del Núdol podría ser similar al empleado por el sistema antibalístico Aerostat). No obstante, y como suele ocurrir en estas ocasiones, la prueba ha puesto de manifiesto algunas lagunas sobre los fenómenos relacionados con la mecánica orbital y los riesgos de la basura espacial en órbita baja. Repasemos las más importantes.

Órbita del Kosmos 1408 antes de su destrucción (LeoLabs).

1. Los satélites no se «derriban»

A raíz de la destrucción del Kosmos 1408 muchos medios titularon la noticia haciendo referencia al «derribo» —shot down— del viejo satélite soviético. Obviamente, esto no es así. Los satélites no son aviones que caen inmediatamente al sufrir daños. En un impacto en órbita a alta velocidad entre un proyectil cinético y un satélite —del orden de 5 a 10 km/s— se crean miles de fragmentos con tamaños que van desde milímetros a varios metros, dependiendo de la geometría del impacto y la masa del objetivo. Según cómo sea el choque y la órbita del satélite sí que es posible que algunos pedazos grandes reentren poco después, pero, en general, los pedazos siguen en órbita, dispersándose con el tiempo. Vale la pena mencionar que esta falsa creencia de que los satélites pueden caer a plomo si sufren algún problema es un error habitual en muchas películas de temática espacial.

2. No hay altura orbital «buena» para destruir un satélite

En principio, cuanto mayor sea la altura del blanco las consecuencias son más graves porque los fragmentos estarán más tiempo en órbita. No olvidemos que cualquier objeto en órbita baja sufre un ligero pero continuo frenado atmosférico que provoca que acabe reentrando al cabo de un tiempo. Un satélite en una órbita de unos 200 kilómetros puede reentrar al cabo de unos pocos días, mientras que otro a una altura de unos 400 kilómetros —como la ISS— es capaz de aguantar años. Por contra, un satélite en una órbita de mil kilómetros se quedará allá arriba durante siglos (la duración precisa depende del ciclo solar y del coeficiente balístico de los objetos). Sin embargo, y esto es lo importante, una prueba antisatélite siempre envía fragmentos a órbitas más altas y bajas que la altura del blanco.

Diagrama de Gabbard de los fragmentos de la destrucción del Kosmos 1408. Se aprecian numerosos fragmentos por debajo y, sobre todo, por encima de la órbita inicial del blanco (LeoLabs).

Por ejemplo, la prueba ASAT estadounidense Burn Frost de 2008 tuvo como blanco el satélite militar USA-193 (NROL-21) situado a tan solo 250 kilómetros de altura. Esto no impidió que algunos fragmentos llegasen a más de 2500 kilómetros. A pesar de que fue presentada como una «prueba segura», los fragmentos también pusieron en peligro a la ISS, como lo hicieron los ocasionados por la llamada misión Shakhti de India en 2019, cuando se destruyó el Microsat-R. En esta ocasión, el satélite, situado a una altura parecida a la de la prueba estadounidense, creó una nube de objetos que se extendieron hasta más allá de los 1800 kilómetros. La mayoría de los pedazos originados en estas pruebas no tienen órbitas circulares, sino elípticas, con perigeos situados más o menos a la altura de la órbita inicial del blanco y apogeos más altos, por lo que intersectan un volumen de espacio mucho mayor (esto se ve claramente en los denominados diagramas Gabbard que se suelen usar para analizar la dispersión de los pedazos de una colisión espacial). Las colisiones en órbitas altas son también más peligrosas porque, después de un tiempo, los fragmentos acaban pasando por órbitas más bajas, pero, como vemos, no hay «órbitas seguras» para efectuar pruebas ASAT.

Diagrama de Gabbard de la destrucción del satélite estadounidense USA-193. Se aprecian muchos fragmentos en órbitas superiores, incluida a la altura de la ISS (Marco Langbroek).

3. ¿De qué depende que una colisión sea más peligrosa que otra?

Además de la altura orbital, hay que tener en cuenta la masa del blanco y la geometría del impacto. La masa del Kosmos 1408 era, desgraciadamente, muy elevada (unas 2,2 toneladas) comparada con la de los objetivos de pruebas ASAT previas. Afortunadamente, parece que la geometría elegida del choque sí que minimizó la dispersión de pedazos, ya que el interceptor cinético Núdol se aproximó por «detrás» en el sentido de avance del satélite en su órbita. De hecho, parece que la colisión no fue del tipo hiperveloz —o sea, a velocidades relativas superiores a los 6 km/s—, lo que explicaría la escasa cantidad de fragmentos generado por la misma (por encima de esta velocidad el metal se comporta como un líquido y el número de pedazos aumenta significativamente). Esto podría ser la razón del relativamente bajo número de fragmentos —unos 1500 detectados— a pesar de que el blanco tenía una masa de 2,2 toneladas (como comparación, la prueba ASAT china de 2007 generó unos 3000 fragmentos al destruir el satélite Fengyun 1C, de950 kg).

Satélite militar soviético Tselina-D (KB Yuzhnoe).

4. Contar los pedazos no es fácil

Los militares rusos han declarado que la destrucción del Kosmos 1408 no supuso un problema para la ISS porque se generaron pocos fragmentos —«solo» 1500— y la mayoría quedó en una órbita similar a la que tenía el Kosmos 1408. Lamentablemente, esto no es del todo cierto. Aunque es verdad que el número de fragmentos detectados por debajo de los 490 kilómetros es relativamente escaso, la prueba sí que generó pedazos en órbitas que van desde los 400 a 800 kilómetros. Pero la clave es que aquí solo podemos hablar de «pedazos detectados». El seguimiento mediante radar de estos fragmentos es muy complejo —la cobertura no es global, pues las potencias dotadas de estos sistemas no suelen compartir datos por motivos obvios—, así que siempre hay una enorme incertidumbre con respecto al número de pedazos creados por estos sucesos. Más preocupante es el hecho de que los radares suelen ser «ciegos» a los trozos de menos de diez centímetros, que, aunque sean invisibles, pueden destruir total o parcialmente un satélite.

5. El riesgo a corto plazo disminuye localmente, pero aumenta a largo plazo en toda la órbita baja

Seguidamente a la destrucción del Kosmos 1408, la NASA ordenó a los astronautas de la ISS que se «refugiasen» en las naves de retorno (Soyuz y Dragon) y cerrasen algunas escotillas de la estación por si acaso algún fragmento les alcanzaba (es de suponer que China hizo lo mismo con los tres tripulantes de su estación espacial, aunque no lo sabemos). Un tiempo después, la alerta fue desactivada (eso sí, el cierre de algunas escotillas se mantuvo durante días). ¿Por qué? ¿Acaso los fragmentos habían desaparecido? La respuesta es doble. Por un lado, y como comentábamos más arriba, lleva un tiempo saber cuántos fragmentos se han generado y cuál es su densidad. El segundo motivo es que los fragmentos se van dispersando con el tiempo. Al principio se crea una nube relativamente localizada en una zona de la órbita —motivo por el cual el peligro de colisión con la ISS se repetía cada 93 minutos, el periodo orbital de la estación, cada vez que esta pasaba por la región en la que estaban los fragmentos—, pero luego los fragmentos se fueron dispersando a lo largo de la órbita.

La ISS es un daño colateral de las pruebas ASAT (NASA).

A continuación, la diferente altura de cada uno de los pedazos provoca que su plano orbital vaya girando con el tiempo —la misma técnica que usan los satélites Starlink para situarse en sus órbitas definitivas— y acaban cubriendo toda la órbita baja en órbitas con una inclinación similar a la del blanco original (86º en este caso; lógicamente, si la órbita es ecuatorial —inclinación de 0º—, los fragmentos no se expandirán mucho más allá de esta inclinación; a cambio, su densidad será mayor). Más adelante, la diversa relación masa/área acaba por dispersar los fragmentos en alturas por debajo de la inicial debido al frenado atmosférico. Es decir, al cabo de un tiempo la nube de fragmentos se dispersa por toda la órbita baja. Esto quiere decir que el riesgo inicial es muy alto, aunque solo para aquellos satélites que tengan órbitas que intersecten la de la nube de pedazos a la altura adecuada. Por contra, pasado un tiempo el riesgo disminuye, pero se distribuye para todos los objetos situados en órbita baja. Por tanto, una vez más, no hay «órbitas seguras». Las pruebas ASAT afectan a todas las potencias espaciales por igual.

6. Por qué ahora una prueba es ASAT es más peligrosa que nunca

Las pruebas ASAT de 2007 (China) y de 2008 (EE UU) fueron actos irresponsables, pero las llevadas a cabo por India (2019) y, ahora, Rusia (2021) son todavía peores. ¿Qué ha cambiado? Pues el número de satélites activos en órbita baja. Para que nos hagamos una idea, alrededor de 1970 apenas había unos doscientos satélites activos en la órbita baja en un momento dado. En 2010 había unos mil. Ahora nos acercamos a los tres mil (unos 1700 de ellos son Starlink). La destrucción del Kosmos 1408 ha generado miles de fragmentos justo a la altura de las órbitas en las que se encuentran los Starlink de SpaceX (unos 550 kilómetros), por lo que el riesgo de que estos satélites sean alcanzados por un trozo de basura espacial se ha incrementado súbitamente en un porcentaje importante (más del 10%).

Objetos en órbita baja con respecto al tiempo. Se aprecia la contribución de las priebas ASAT china de 2007 y la colisión entre el Iridium 33 y el Cosmos 2251 en 2009 como los dos principales sucesos que han incrementado la cantidad de restos en órbita baja (Jonathan McDowell).

7. A largo plazo, lo más peligroso no son los objetos pequeños

Al ver películas como Gravity podemos pensar que lo más peligroso de estas colisiones son los pequeños pedazos que se generan, sobre todo los inferiores a 10 cm. Pese a ser invisibles al radar, pueden destruir un satélite sin problemas. Y sí, sin duda, estos objetos son un enorme peligro a corto plazo, pero, afortunadamente, tienden a reentrar mucho antes que los objetos más grandes al tener una relación masa/área (coeficiente balístico) menor (obviamente, a mayor altura orbital, más tardarán en reentrar). Por contra, los pedazos más grandes situados en órbitas altas pueden permanecer décadas o siglos.

8. No solo ASAT

Relacionado con el punto anterior, ¿cómo podemos reducir el número de objetos en órbita baja? De entrada, no realizando estúpidas pruebas antisatélite. Yendo un paso más allá, también podríamos intentar no dejar en órbita etapas superiores de cohetes. De hecho, muchas de estas etapas que siguen en órbita baja son autenticas bombas de relojería, ya que contienen en su interior una importante cantidad de propergoles susceptibles de explotar cuando entren en contacto dentro de unos años en el momento que los sellos y juntas que ahora los separan se degraden. Otro componente al que le gusta explotar son las baterías, así que hay que asegurarse que estas piezas no revienten en órbita. Por último, las colisiones entre satélites son otra causa importante de basura espacial. La colisión entre el Iridium 33 y el Kosmos 2251 en 2009 ha sido el segundo suceso que más restos ha generado en los últimos quince años después de la prueba ASAT china que tuvo lugar dos años antes. Lógicamente, para evitar estas colisiones lo ideal es que los satélites que leguen al final de su vida útil reentren antes de que queden sin control, algo que va a ser especialmente problemático con todos los proyectos de megaconstelaciones que se avecinan.

Densidad de basura espacial en órbita baja. En rojo el aumento debido a la destrucción del Kosmos 1408 (LeoLabs).

Más adelante, además de evitar llenar la órbita baja con pedazos de chatarra, deberíamos plantearnos proyectos serios para eliminar la basura espacial (iniciativas hay muchas). Está claro que para que estos proyectos tengan éxito resulta necesaria la cooperación internacional, pero me temo que los tiempos no son muy propicios para aventuras de este tipo.

Referencias:

  • https://leolabs-space.medium.com/analysis-of-the-cosmos-1408-breakup-71b32de5641f
  • https://planet4589.org/space/index.html


103 Comentarios

  1. Que hipócritas. Una pieza del cohete de Elon Musk va pasar a tan solo 5.5km del estación espacial pero ahí siguen trabajando con normalidad y aquí nadie se queja de nada.

  2. Es increible ver como las potencias espaciales ponen a sus astronautas a jugar a la ruleta rusa, y si la ONU no toma medidas para el control de la órbita baja, una peligrosa nebulosa de chatarra espacial terminará rodeando a la Tierra, como un campo sembrado de minas. 👎

  3. Perdonen mi ignorancia pero y, ¿Lo de darles un empujoncito a los satélites obsoletos y mandarlos a tomar por xxxx, en vez de estrallarlos en nuestra órbita, sería muy difícil?

      1. Pues gracias por la información señor. No conocía ni la compañía, ni el proyecto. Falta que consigan que sea más barato que mandar un misil. Ése es el quiz del tema.

  4. Hay algo que me gustaría añadir y matizar, al fantástico artículo de Daniel.

    Y es que efectivamente todos los ensayos ASAT, son una muy muy pero que muy mala idea, sean a la altura que sean.

    Pero la altura a la que se produce el alcance, pues efectivamente sí que importa.

    Importa y mucho, a corto, medio y largo plazo.

    https://www.researchgate.net/profile/Mohammed-Chessab-Mahdi/publication/311938836/figure/fig1/AS:444256939712520@1482930516986/Growth-of-orbital-space-object-including-space-debris-NASA-Orbital-Debris-program.png

    Y es que después del ASAT de China, y de aquella colisión entre dos satélites, pues se puede ver en esa gráfica, como hay claramente unas subidas y muy bestias en el número total de restos/basura en órbita.

    Después del ensayo estadounidense a 250 Kms de altura, la subida es mínima.

    Y sí, incluso en esa prueba hubo fragmentos que subieron mucho, por no hablar de los pequeños que son indetectables.

    Pero a menor altitud pues menor es el tiempo que pasan ahí arriba los fragmentos, y menor es el area de dispersión. Y es que presumiblemente los fragmentos que más suben, serán los más pequeños, pero al ser así, también serán los que menos tiempo pasen ahí arriba.

    Pero que quede claro, TODAS las pruebas ASAT son una cagada.

    Pero las que se hacen a más de 200/300 Kms, y encima con satélites grandes, son una cagada aún mayor.

    Que Rusia al menos haya tenido la deferencia de hacerla mediante un impacto a una velocidad y trayectoria con menos energía pues … , vale, bueno, estupendo, hay que alegrarse al menos de algo … , pero es que … , manda narices …

    En mi opinión ya puestos a hacer el cafre, podrían haber esperado unos años, hasta que el dichoso satélite estuviera a 200 Kms.

    Seguiría siendo una cagada, pero no de semejante calibre. Y encima ahora, cuando hay más satélites en esas órbitas de 450-550 Kms, que nunca con StarLink.

    Rusia parece que se ha querido coronar y por la puerta grande. Y Rusia sabe muy bien lo que hace y el porqué lo hace.

    Y si lo ha hecho lo único que tiene sentido, es que sea para mandar un mensaje alto y claro de:

    “Ojito con lo que hacéis con las MegaConstelaciones en órbita baja, porque aunque me va a ser prácticamente imposible entrar a competir, pues como y cuándo se nos antoje, pues podemos dejar esa opción cerrada para muchos años”

    Vamos que como no puedo jugar, si me cabreo me cargo el tablero y os “jode*s todos”

    “Y además así pues saco pecho delante de mi público”

    Y va a ser, que ir de ese palo, pues no es muy constructivo ¿no?.

    Ya va siendo hora de que todos los países se sienten a la mesa, y levanten una prohibición concreta, directa y expresa de realizar estos ensayos (y más aún cuando hablamos de por encima de los 250/300 Kms), porque ya vale, con la competición de a ver quién es el más machote, y el más tonto.

    Salu2

    1. Totalmente de acuerdo con tu mensaje Herebus…

      «Ya va siendo hora de que todos los países se sienten a la mesa, y levanten una prohibición concreta, directa y expresa de realizar estos ensayos (y más aún cuando hablamos de por encima de los 250/300 Kms), porque ya vale, con la competición de a ver quién es el más machote, y el más tonto.»

      Esto lo llevo piendiendo años yo…hace falta que lleguen a un acuerdo las potencias espaciales sobre las mega constelaciones y su regulación YA…

    2. +1
      Una denuncia clara y una propuesta muy necesaria. ¿O es que el mensaje inaugura el «bulling espacial»? Si, no parece una actitud encomiable. Seguro que hay rusos sensatos y con familia que piensan igual que en este foro.

  5. «No hay mal que por bien no venga»
    Al menos las compañías de seguros tendrán motivos para cobrar más, por el aumento del riesgo de colisiones.
    No creo hacer mal en darles ideas, porque ya se les habrá ocurrido. Lo suyo es ver oportunidades en el mal ajeno.

  6. Es que sigue haciendo falta una normativa común para LEO y GEO al respecto. Y además en vez de lanzar un proyectil al satélite debería obligarse a una solución más segura, tipo «empujón» (sin destruir el satélite) o que un remolcador lo tire hacia abajo.

  7. Me preguntó yo, si estos países fuesen responsables podrían diseñar otro tipo de arma, ¿Cierto?

    En lugar de un interceptor cinético, mejor un pequeño satélite que se aproxime al satélite enemigo. Una vez lo suficientemente cerca, activar un Pulso Electromagnético (PEM) de corto alcance, y así freírlo. ¿El resultado sería el mismo cierto?

    Creo que puede hacerse pero la falta de regulación sobre los interceptores cinéticos permite estas pruebas irresponsables. Ojalá en el futuro se prohíba este tipo de armas.

  8. Ahora está clara la causa de este “disparo de advertencia”: Ayer se conoció que el régimen estadounidense estuvo practicando maniobras de bombardeo nuclear contra Rusia a solo 20 kms de su frontera. Por otro lado, es notable ver como los dos gráficos representan claramente las geometrías de intercepción.

    1. Un poco más de lo mismo. Aunque quiero resaltar la crítica USA la propuesta de rusia y China
      https://www.lawfareblog.com/placement-weapons-outer-space-dichotomy-between-word-and-deed
      el intento más importante de crear un acuerdo de control de armas para el espacio ultraterrestre es el proyecto de tratado chino-ruso de 2008 sobre la prevención del emplazamiento de armas en el espacio ultraterrestre y la amenaza o el uso de la fuerza contra objetos espaciales (denominado PPWT ). Esta propuesta de un acuerdo multilateral jurídicamente vinculante sobre la cuestión de la prevención de una carrera de armamentos en el espacio, presentada a la Conferencia de Desarme, no logró generar el apoyo adecuado, tanto en 2008 como cuando se presentó una nueva versión en enero de 2014.

      El principal crítico de el PPWT es EE. UU., ya que cree que el PPWT es “Fundamentalmente defectuoso”, un sentimiento compartido por muchos otros estados. Algunos de los aspectos más criticados del PPWT incluyen la falta de un mecanismo de verificación; la falta de restricciones al desarrollo y almacenamiento de armas ASAT sobre el terreno; y el hecho de que, si bien el PPWT prohíbe la colocación de armas en el espacio exterior, no prohíbe los ASAT de ascenso directo lanzados desde tierra, como el utilizado por Rusia en su prueba de diciembre, ni aborda las armas de destrucción suave como como láseres que podrían emplearse para desactivar permanente o temporalmente un satélite.

      1. A lo que voy… a medida que avanzan las tecnologías y el acceso al espacio se hace más común y asequible para más países, la posibilidad de que se extienda con mayor facilidad el desarrollo de armas ASAT basadas en tierra crece.
        Veo imposible el que se llegue a un acuerdo sobre este tipo de armas, teniendo en cuenta que puede ser difícil de verificar su cumplimiento.
        Por ejemplo, con el artículo del otro día que nos hizo HG sobre el Pilum, podría utilizarse como arma ASAT. Veo que es un tema difícil de controlar.

        1. pochimax dice:
          «A lo que voy… a medida que avanzan las tecnologías y el acceso al espacio se hace más común y asequible para más países, la posibilidad de que se extienda con mayor facilidad el desarrollo de armas ASAT basadas en tierra crece.»
          Mientras la capacidad de tener informacion obtenida por satelites te de ventaja sobre tus potenciales rivales en poco tiempo, la busqueda por neutralizarles sera mayor, eso quizas quedo demostrado con aquella foto donde se mostraba aquel cohete destruido en Iran en plena rampa, en estos ultimos años se ha visto un poquito de eso (satelites altamente maniobrables, laseres de alta potencia, «aviones» espaciales no tripulados, ASAT de varios tipos e incluso el uso de satelites civiles en la denominada inteligencia «open source») no me extrañaria que alguien quiera revivir algo parecido al SDI o quizas algo peor, saludos.

  9. OFF TOPIC

    Pangea Aerospace activa por primera vez en la historia un motor tipo aerospike para lanzadores producido con tecnología 3D
    La start-up estañola Pangea Aerospace, fundada en 2018 y con sede en Barcelona, ha conseguido un hito en la historia de la industria espacial: encender un motor aerospike varias veces, a la primera y durante casi tres minutos, lo que simula perfectamente el vuelo necesario para llevar satélites en órbita.

    https://actualidadaeroespacial.com/pangea-aerospace-activa-por-primera-vez-en-la-historia-un-motor-tipo-aerospike-para-lanzadores-producido-con-tecnologia-3d/

    1. Si no estoy confundido, han probado el prototipo de 20 kN. Por ponerlo en perspectiva el motor del Miura 1, el Teprel, rinde 30 kN.
      A ver con el escalado hasta dónde puede mantener la refrigeración, el problema que ha paralizado esta tecnología.
      Les deseo lo mejor. ;D

    1. Quien quiera destruir Starlink debería empezar a prepararse para lanzar 10.000 misiles ASAT.

      Intentar destruir Starlink satélite a satélite puede hundir la economía de todo un país.

      1. “si el espacio no es para mi no sera de nadie”: Rusia “puesto que no hago ni quiero dejar hacer”
        no necesariamente, con ir dejando basura espacial producto de destruir algunos satélites
        es suficiente para fastidiar los esfuerzos de otros.

  10. Sospecho que ningún de los problemas de hoy tienen causas técnicas, financieras o de cualquier otro orden que no sea voluntad.
    El planeta se calienta: porque hay demasiado consumo, polución excesiva, poca reciclaje, etc
    El mar está lleno de plásticos: igual
    Mueren niños de hambre en África: ninguno puede decir que es por falta de comida. Es por mala distribución de renta, recursos, poco respeto a la vida humana y como último la negligencia de los que se callan por no serem “afectados directamente” por millones de vidas perdidas en África.

    Vivimos en un planeta lleno de recursos y rico en todo que se pueda imaginar. La concentración de renta y la falta de acción de todos que están confortables con la situación, es el gran motor que permite a que los políticos hagan lo que quieran, incluyendo llenar de basura la orbita. Pues todo para justificar los miles de millones gastados en tecnología para estudiar el espacio (construir armas de guerras más potentes).

    El día que pongamos la mirada más allá del titular de la noticia, y veamos las intenciones, las consecuencias y el verdadero significado de las mismas, la vida será muy diferente de lo que es ahora.

    Los políticos gobiernan para sus partidos, el pueblo que no sufre, se calla porque es más conveniente, y así el circo está completo. Público, payasos y dirección felices (al menos pretendendo estar alegres).

  11. Hace un par de años hubo otro conato de choque entre 2 satelites, el de un cubesat versus un satelite de observacion sudamericano, pero paso por debajo de la mesa.

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