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14 de diciembre de 2018
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Basura espacial
Ilustraciones: José Quintero

Basura espacial

Daniel Martín Reina

El espacio inmediato a la Tierra, donde orbitan los satélites artificiales, se está llenando de satélites añejos y restos de choques entre aparatos. La situación se hace cada vez más peligrosa tanto para los satélites activos como para los tripulantes de la Estación Espacial Internacional.

E l 1 0 de septiembre de 2009 a las 15:02, hora universal, se publicó el reporte diario de SOCRATES, servicio informático de localización de objetos que se encuentran en órbita alrededor de nuestro planeta. El informe anunciaba que el Iridium 33, satélite de telecomunicaciones estadounidense en activo, pasaría a 584 metros del satélite militar ruso Kosmos 2251, que estaba fuera de servicio desde 1995. Ambos se movían a unos 790 kilómetros de altitud. Durante la semana anterior, SOCRATES había pronosticado algo similar en diversos reportes, pero no se trataba de situaciones alarmantes. De hecho, en cada uno de esos informes se anunciaban por lo menos otros 10 encuentros cercanos más peligrosos en los que no pasó nada. Sin embargo, ese día ocurrió lo peor: apenas unas horas más tarde, en el momento de la máxima aproximación, los operarios del satélite perdieron contacto con el Iridium 33. Poco después se detectó una nube de fragmentos en las órbitas donde deberían haber estado ambos satélites. La conclusión era evidente: los cálculos habían fallado y los satélites habían chocado de lleno a gran velocidad. Los 690 kilogramos del Iridium 33 y los 900 del Kosmos 2251 se transformaron en más de 2 000 fragmentos de un tamaño superior a 10 centímetros, junto con cientos de miles de piezas más pequeñas.

La otra cara de la exploración espacial

El desafortunado accidente de estos dos satélites empeoró notablemente el estado de las órbitas de los satélites artificiales, ya de por sí bastante congestionadas. Desde el 4 de octubre de 1957, cuando la Unión Soviética lanzó al espacio el Sputnik 1, se han puesto en órbita cerca de 7 000 satélites artificiales. La mayoría se destruyeron al reingresar en la atmósfera una vez terminada su vida útil. Pero muchos otros siguen en órbita pese a llevar años sin funcionar. Es el caso del Vanguard I, satélite lanzado por Estados Unidos en 1958 y que operó hasta 1964. Este satélite lleva casi medio siglo sin control, lo que lo convierte en el artefacto inactivo más antiguo que orbita nuestro planeta. Y si nada lo remedia, seguirá ahí al menos otros 200 años.

Tanto el Vanguard I como el resto de los satélites inactivos forman lo que se conoce como basura espacial, es decir, objetos artificiales desactivados en órbita alrededor de la Tierra. Además de satélites, la basura espacial también incluye etapas de cohetes que quedaron en el camino y fragmentos generados por las explosiones o las colisiones entre artefactos. Incluso los astronautas han contribuido a ensuciar el espacio inmediato a nuestro planeta al perder durante sus paseos espaciales objetos como bolígrafos, guantes, cepillos de dientes, bolsas de basura, un par de cámaras y hasta una mochila con herramientas.

Estas piezas de basura espacial, que son de lo más variado, se suelen clasificar según su tamaño o, mejor dicho, según nuestra capacidad de detectarlos. Con radares y telescopios podemos localizar de forma bastante precisa fragmentos mayores de 10 centímetros (el tamaño de una pelota de béisbol). Los últimos datos recopilados por la NASA indican a que existen más de 22 000 piezas así. Además, puede haber hasta 500 000 trozos de basura espacial de entre uno y 10 centímetros, los cuales son muy difíciles de rastrear. Y se calcula que el número de esquirlas de menos de un centímetro, completamente invisibles para nosotros, puede ser de varios millones. En total, se estima que todos los fragmentos juntos suman más de 6 000 toneladas de chatarra.

El problema de la basura espacial no es sólo una cuestión de cantidad. Toda esta chatarra da vueltas a nuestro planeta a enormes velocidades, cercanas en algunos casos a los 30 000 kilómetros por hora. Si uno de esos fragmentos, por muy pequeño que sea, impacta contra un satélite o una nave, puede dañar su cubierta exterior o inutilizar los sistemas de comunicación. También puede perforar el traje de un astronauta que esté realizando un paseo espacial, poniendo en peligro su vida. Todo esto supone un serio riesgo para las misiones espaciales, tanto actuales como futuras.

Eso no se hace

El 11 de enero de 2007 el ejército de China puso a prueba un nuevo misil balístico lanzándolo contra el satélite meteorológico Fengyun-1C, que orbitaba alrededor de nuestro planeta a una altura de casi 850 kilómetros. La maniobra militar fue un éxito —el misil impactó de lleno contra el satélite—, pero desperdigó por el espacio al menos 150 000 fragmentos de chatarra de más de un centímetro, de los cuales unos 3 000 tenían por lo menos el tamaño de una pelota de golf. El gigante asiático logró así el dudoso honor de provocar el suceso que más basura espacial ha generado en la historia.

China no es el primer país que realiza una maniobra parecida. Durante la Guerra Fría, Estados Unidos y la Unión Soviética extendieron su lucha de poder al espacio. De todos los satélites que se lanzaron al espacio en aquella época, la gran mayoría tenía una finalidad militar y algunos contenían una sustancia especialmente contaminante y peligrosa: uranio-235.

En efecto, a mediados de la década de 1960, la cúpula militar soviética diseñó una nueva familia de satélites con radar. Como éstos consumían mucha energía eléctrica, imposible de abastecer con los paneles solares de entonces, decidieron utilizar en su lugar un pequeño reactor nuclear a base de uranio enriquecido. Entre 1970 y 1988, la Unión Soviética puso en órbita 31 de estos satélites, preparados para expulsar su núcleo radiactivo a una órbita superior antes de volver a entrar a la atmósfera.

Sin embargo, en 1978 el Kosmos 954 se estrelló en el norte de Canadá después de que los operadores soviéticos perdieran el control sobre su artefacto. El sistema de seguridad falló y los 30 kilogramos de uranio que contenía el satélite dejaron una estela radiactiva que contaminó una zona de 100 kilómetros cuadrados. Cinco años más tarde, el Kosmos 1402 también falló y su reactor nuclear se hundió en el océano Atlántico.

A causa del programa soviético de satélites nucleares, se calcula que todavía debe haber en órbita casi una tonelada de combustible nuclear, así como unas 10 toneladas del líquido empleado para refrigerar el reactor, una mezcla de sodio y potasio capaz de provocar una tremenda explosión al entrar en contacto con el aire o el agua.

Vecindario congestionado

La basura espacial no está distribuida de manera uniforme en torno al planeta, sino que se acumula principalmente en dos bandas de altitud. La primera de ellas es la llamada órbita terrestre baja (LEO, siglas en inglés de Low Earth Orbit), que comprende la zona situada entre 160 y 2 000 kilómetros de altitud. Salvo el programa Apolo, que nos llevó a la Luna, todas las misiones espaciales tripuladas han tenido lugar en la LEO; ahí es donde se encuentra en la actualidad la Estación Espacial Internacional. Esta órbita también es la preferida para los satélites de reconocimiento fotográfico y de los satélites de observación del clima y el medio terrestre. Otro de sus ilustres huéspedes es el telescopio espacial Hubble, que orbita a unos 600 kilómetros de altura.

La otra franja saturada es la órbita geoestacionaria (GEO), situada a algo más de 36 000 kilómetros de altura. Los objetos que ocupan esta órbita tardan 24 horas en dar una vuelta a nuestro planeta, por lo que se encuentran siempre sobre un mismo punto de la superficie terrestre. Por ese motivo, en la GEO se ubican la gran mayoría de los satélites meteorológicos y los satélites de telecomunicaciones. (El famoso sistema GPS, formado por 24 satélites, no se encuentra en ninguna de estas dos órbitas, sino en una zona intermedia llamada órbita media, a 20 000 kilómetros de altitud.)

Hoy en día hay algo más de 1 000 satélites en activo que están repartidos principalmente entre la LEO y la GEO (489 y 424, respectivamente). Pero si tenemos en cuenta la basura espacial, resulta que la mayoría está acumulada en la GEO. El motivo es que, cuanto mayor es la altura a la que se encuentra el satélite, menor es el rozamiento con las capas altas de la atmósfera, pues éstas son más tenues. Por tanto, aumenta el tiempo que tarda el satélite en perder altura y caer a zonas más densas de la atmósfera, donde acaba destruyéndose a causa de la fricción. Por debajo de los 500 kilómetros de altura, los satélites duran unos cuantos años sin maniobras de asistencia. Pero si se encuentran a 800 kilómetros, entonces la vida media aumenta hasta varias décadas. Por encima de 1 000 kilómetros, un satélite puede permanecer tranquilamente varios siglos en el espacio.

Un problema en cascada

Uno de los primeros en alertar del peligro de la basura espacial fue Donald Kessler, científico estadounidense de la NASA. A finales de la década de 1970, Kessler predijo que si la basura espacial seguía creciendo al mismo ritmo, llegaría un punto en el que la densidad sería tan alta que se producirían colisiones continuamente. Estos choques generarían más fragmentos, por lo que el riesgo de nuevas colisiones sería todavía mayor, y así sucesivamente. La basura espacial crecería de forma exponencial aunque dejáramos de producirla. Esta incómoda situación es lo que se conoce en la actualidad como síndrome de Kessler o cascada de ablación.

El concepto de cascada de ablación no es nuevo, pues ya se ha utilizado para estudiar fenómenos relacionados con la astrofísica, como el origen del Sistema Solar, la formación de anillos alrededor de planetas y la creación del llamado cinturón de asteroides. Gracias a estas investigaciones hoy sabemos que este tipo de procesos es lento, en general. Esto quiere decir que se necesitarían décadas para producir un cambio significativo en la población actual de basura espacial. Y mucho más tiempo para conseguir cubrir la Tierra con una capa de dicha basura, como ya predicen algunos catastrofistas.

Eso no significa que haya que soslayar el problema. Un aumento considerable de la basura espacial podría dejar inservible alguna de las bandas de altitud más usadas hoy en día y causar, por ejemplo, graves problemas de telecomunicaciones. Además, existen otros factores que pueden acelerar el temido síndrome de Kessler. Por ejemplo, la carga de combustible que todavía llevan muchos de los satélites para maniobrar y cambiar de órbita. Cualquier fragmento de chatarra espacial que impacte contra un depósito de combustible puede causar una violenta explosión, provocando una cascada de fragmentos e iniciando una reacción en cadena.

Alarma en la Estación Espacial Internacional

Fruto de la cooperación internacional, la Estación Espacial Internacional (EEI) está considerada uno de los mayores logros de la ingeniería espacial. Como sus predecesoras, la EEI reside en órbita baja, a unos 380 kilómetros de altitud, y cuenta con un blindaje exterior que la protege del impacto de fragmentos de hasta un centímetro.

Los problemas surgen cuando el pedazo de basura espacial supera ese tamaño. Entonces no hay más remedio que poner en marcha los motores de la EEI para esquivarlo. Eso fue lo que ocurrió en octubre del año pasado, cuando se detectó un trozo de chatarra de unos 10 centímetros procedente, cómo no, de la colisión entre el Kosmos 2251 y el Iridium 33. Al día siguiente del aviso, la EEI encendió sus motores durante menos de un minuto y se elevó de su órbita unos 300 metros, lo justo para evitar la posibilidad de una colisión. Desde su puesta en órbita en 1998, ha habido que realizar 12 maniobras similares, lo que da una media de una al año.

Pero la amenaza no siempre se detecta a tiempo de que la EEI pueda cambiar de altitud. Si la probabilidad de impacto es superior a 0.0001 (una posibilidad entre 10 000 de que haya colisión), se pone en marcha el protocolo de evacuación. Los astronautas se introducen en las dos naves Soyuz acopladas a la EEI que se encargan habitualmente de traer y llevar a la tripulación y que en estas ocasiones sirven de vehículo de emergencia. Una vez que ha pasado el peligro, se comprueba si la presión en el interior de la EEI permanece estable. De ser así, los astronautas pueden abandonar las Soyuz y regresar a sus tareas habituales. Si hubiera que seguir adelante con la evacuación, la tripulación podría estar en la Tierra en menos de media hora.

Aunque nunca se ha llegado a tanto, en los últimos años se han producido un par de situaciones delicadas. En 2009 y 2011, dos pequeños trozos de basura espacial hicieron que la tripulación de la EEI se refugiara durante varios minutos en las naves Soyuz. Afortunadamente todo quedó en el susto. Pero si no frenamos el problema de la basura espacial, es muy probable que este tipo de alarmas ocurra más a menudo en el futuro.

Prevención y limpieza

Una primera medida para controlar el problema de la basura espacial pasa por detener su crecimiento, sobre todo en las zonas más saturadas: toda la GEO en general, y la banda de los 800 kilómetros en la LEO.

En el caso de la GEO, las principales agencias espaciales ya acordaron hace varios años que los satélites que la usen deben abandonarla una vez terminada su vida útil. Esto se consigue reservando una parte de su combustible para realizar esa maniobra final. Pero resulta que la norma no dice si el artefacto debe ir a una órbita superior o inferior a la GEO. Una órbita inferior acortaría el tiempo que tardará en reingresar en la atmósfera, pero a cambio el satélite necesitaría mucho más combustible. En la práctica, el satélite suele enviarse a una órbita superior, conocida en el argot como "órbita cementerio". De esta forma se consigue despejar la GEO, aunque a costa de que el satélite se convierta en basura espacial durante siglos.

Los satélites de la LEO, en cambio, se conducen a un reingreso controlado en la atmósfera al final de su vida útil. El único inconveniente es que, en muchas ocasiones, para entonces el satélite ha perdido su capacidad de maniobrar y no se puede controlar a distancia. Ya existen algunas ideas para asegurar el éxito de esta maniobra postrera. Una de las más originales propone incluir un globo y la cantidad justa de gas —helio, por ejemplo— para inflarlo cuando haya terminado la vida útil del satélite. El globo incrementa la fricción con las capas superiores de la atmósfera, lo que a su vez lo hace reingresar más pronto. Se calcula que un satélite que podría tardar varias décadas en reingresar lo haría en sólo un año.

Estas medidas preventivas también habrá que combinarlas con otras acciones de limpieza de las órbitas satelitales. La Agencia Espacial Japonesa, JAXA, propone retirar la basura espacial utilizando una gigantesca red de varios kilómetros cuadrados. La red estaría hecha de un material muy resistente, pero al mismo tiempo muy ligero. El candidato ideal serían los nanotubos de carbono, el mismo material que podría hacer realidad el sueño del ascensor espacial (ver ¿Cómo ves? No. 152). Tras varias semanas de pesca, la red se dirigiría hacia la Tierra, donde la fricción con la atmósfera remataría el trabajo.

Otra opción es disparar un potente láser apuntando a los fragmentos más grandes. La idea no es destruirlos (eso produciría el efecto contrario que se persigue), sino simplemente frenarlos y así reducirles la altitud, lo que aceleraría su reingreso en la atmósfera. Esta tecnología tiene la ventaja de que ya está disponible en la actualidad: países como Estados Unidos y China cuentan con armas antimisiles que se podrían utilizar para este fin mucho más beneficioso.

Peligro para todos

Éstas y otras ideas que se han propuesto para acabar con la basura espacial son muy necesarias, pero por el momento superan nuestra capacidad técnica y económica. Mientras se resuelven estos aspectos del problema, es fundamental que la comunidad internacional no se quede de brazos cruzados y tome algunas decisiones importantes.

Por un lado, actualmente no hay legislación internacional que controle la limpieza del espacio inmediato a la Tierra. Las principales potencias mundiales (EUA, China o Francia) y agencias espaciales como la ESA y la NASA han establecido algunas leyes nacionales y normativas internas. Pero el pacto no es vinculante, lo que hace que el cumplimiento sea desigual. Al ser cada vez mayor el número de países que cuentan con satélites propios —hoy en día hay más de 100—, sería conveniente implantar un protocolo básico de obligado cumplimiento para todos ellos.

Por otro lado, tampoco hay un seguimiento unificado del tráfico espacial. Aunque las órbitas de todos los satélites aparecen en las bases de datos de objetos orbitales del mundo, los responsables de evitar colisiones entre ellos son, en última instancia, los propios operadores de los satélites, ya sean gobiernos, ejércitos o compañías privadas. Sería importante crear un control internacional de objetos en órbita y mejorar su detección ampliando la red de radares y telescopios en todo el mundo.

En la genial película de animación WALL-E, hacia el año 2115 la superficie terrestre se ha convertido en un enorme estercolero y la atmósfera está rodeada de una densa capa de restos de satélites y otros artefactos espaciales. La Tierra se ha quedado sin árboles y plantas, y los humanos se ven obligados a abandonarla, dejándola en manos de un ejército de robots encargados de limpiar y compactar toda esa basura. Todavía estamos a tiempo de evitar que se cumplan estas funestas predicciones.

Daniel Martín Reina, frecuente colaborador de ¿Cómo ves?, egresó de la carrera de Ciencias Físicas de la Universidad de Sevilla, España.

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