que cuelgan en la órbita de la Tierra es como caminar hacia la mitad de un Wild West Gentfight: las balas están volando por todas partes, y aunque ninguno lo apunte a propósito, uno podría tener Tu nombre en ello. Numerosas de estas balas son satélites sintéticos que están controlados y monitoreados activamente, pero también encontramos satélites muertos, restos de satélites, etapas descartadas de cohetes, herramientas perdidas durante las tarjetas espaciales, e incluso las manchas de pintura y óxido, gran parte de ella en múltiples kilómetros. Por segundo sin ninguna guía.

Mientras se elimina, los escombros de espacio directamente serían ideales, la realidad es que cualquier nave espacial y cualquier traje espacial que tenga que pasar tiempo en órbita debe ser capaz de mantener al menos algunos hits por los escombros de espacio que lo afectan.

Mecánica orbital

Que sea fácil crear nuevos escombros, debe venir como ninguna sorpresa para nadie. Lo que puede tomar un poco más de imaginación es cuánto tiempo puede tomar para que estos escombros se abren camino hacia la atmósfera de la Tierra, donde se quemará sin problemas. Todo en órbita está cayendo hacia la tierra, pero su velocidad tangencial le impide golpear, como un mármol girando alrededor del agujero en un embudo. El arrastre desde la atmósfera del planeta es la fricción que eventualmente disminuye el objeto hacia abajo, y donde las orbitas en la atmósfera del planeta identifican cuánto tiempo tomará este descenso.

Infografía de la tasa de decaimiento orbital. (Crédito: ULA)
Según lo citado por la Oficina del Programa de escombros orbitales de la NASA en Ares en sus preguntas frecuentes, hay más de 23,000 objetos de escombros mayores de 10 cm en órbita, además de mucho más de medio millón de objetos entre 1 cm y 10 cm, y millones de objetos entre 1 mm y 10 mm. Las principales fuentes de escombros orbitales son explosiones y colisiones satelitales. Esto incluye la prueba de China Anti-Satélite (asat) de China, así como las pruebas 2021 de ASAT de la India 2019 y de Rusia, que sucedieron además de las pruebas de ASSR de la URSS y US 57 (TOTAL).

En algunos casos, los satélites explotan, como las explosiones satelitales de DSMP de US DSMP de 2004 y 2015. Otros satélites de los satélites chocan entre sí, como Iridium-33 con COSMOS-2251, se ven afectados por escombros o micrometeoritos, y así sucesivamente. Al igual que en las orbrisas de la órbita terrestre baja (LEO) tiende a viajar a velocidades de 7 km / s.

Dependiendo de la masa del objeto de escombros, el efecto de la misma afectación con un satélite u otro objeto en su camino, probablemente agregar otros ~ 7 km / s a ​​la dirección opuesta, podría ser la transferencia de gigajeules de energía cinética, equivalente a toneladas de tnt. Incluso se ha demostrado que se ha demostrado que una puntuada de pintura que viaja a estas velocidades causa un daño significativo, especialmente a estructuras delicadas, como los paneles solares. Como se mencionó, esto lo hace esencial que tales estructuras puedan aceptar algún nivel de daño de impacto.

Siempre los pequeños

El escudo de whipple usado en la sonda Stardust de la NASA. (Crédito: NASA)
Aunque ciertamente cargando mucho más energía, lo bueno de las piezas de escombros más grandes es que son relativamente fáciles de rastrear utilizando equipos basados ​​en el suelo. Una estación de satélite o espacial puede usar los propulsores a bordo si se acerca demasiado a la órbita de una de esas grandes piezas de escombros.

Esto luego deja principalmente los escombros más pequeños, especialmente los pequeños copos y los granos que son demasiado pequeños para rastrear, pero con suficiente masa para causar un daño significativo. Durante décadas, la protección contra la nave espacial es el escudo de whipple. Al igual que el escudo de múltiples shock similar, es un tipo de armadura espaciada, que es un tipo de armadura que se hizo popular entre los buques de guerra de hierro de mediados del siglo XIX.

En lugar de simplemente hacer que la armadura sea más gruesa, se usan múltiples capas, con espacio vacío o algún tipo de relleno entre ellos. Esto ahorra en peso, al tiempo que permite que un proyectil entrante disipe inofensivamente su energía. Este mismo principio se puede ver con por ejemplo. Las ventanas en la ISS, que consisten en múltiples capas. En el caso de la CUPOLA ISS, hay cuatro capas:

Panel de escombros exteriores.

Dos paneles de presión de 25 mm.

Panel de rasguño interno.

Se espera que el panel exterior disipe muchas de la energía de una huelga, con la capa detrás de ella, atrapando la nube de escombros, que debe viajar a velocidades suficientemente lentas que deberían hacer ningún daño significativo. Cada ventana se puede reemplazar en órbita después de ajustar una cubierta externa, debe sufrir tanto daño que se justifique ese reemplazo.

Daño observado al rango solar de ISS 3A, panel 58 (lado de la celda a la izquierda, la parte trasera de Kapton a la derecha). El diodo de nota por pase se desconecta debido al impacto de MMOD. (Crédito: Hyde et al., 2019)
Para las secciones restantes de la ISS, los paneles balísticos se colocan a cierta distancia del casco primario, que se desarrollan para capturar y disipar la energía de micrometeoritos y pequeños escombros orbitales. El daño meteoroide y los escombros orbitales en la ISS se ha estudiado durante décadas ahora, con un documento de 2019 por Hyde et al. describiendo los hallazgos recientes.

Un hallazgo interesante es el de daños a las alas de rango solar de ISS. En un caso un miEl crometeorita impactó uno de los paneles y creó un orificio de 7 mm de diámetro. Esto destruyó un diodo de derivación en el panel y causó una acumulación de corriente que finalmente resultó en una quemadura de casi 40 cm de largo a lo largo de los bordes de tres células.

Obviamente, proteger los paneles solares en este entorno es cualquier cosa, pero fácil, ya que mediante la definición, agregar paneles protectores delante de ellos, en general, derrota a todo el propósito de tener paneles solares. La ISS tiene más de 250,000 células, con la expectativa de que algunos de ellos, sin duda, se perderán con el tiempo. En junio de 2021, los astronautas de la ISS instalaron nuevos paneles solares para reemplazar el más antiguo.

Mientras se reemplaza los paneles solares, como esta, es una opción viable para lidiar con el daño acumulado en una estación espacial, es menos útil para los satélites, que deberían tener suficiente exceso de capacidad eléctrica para enfrentar la pérdida con el tiempo.

Ofensa como mejor defensa

Debido a que los escombros en algunos órbitas se quedarán alrededor durante décadas o más, podremos llegar a un punto en el que la eliminación activa de este escombros se convierte en una necesidad. Aquí es donde la mecánica orbital y la increíble cantidad de espacio en, bueno, el espacio hace que las cosas sean muy complicadas. A pesar de que el riesgo de escombros orbitales es alto, ya que los satélites y escombros se mueven con bastante rapidez, la densidad es muy baja. Es por eso que los astronautas en la ISS no ven trozos de escombros con cremallera durante todo el tiempo.

Esta escoria hace que la eliminación de escombros activa sea una tarea y discute por qué las misiones recientes de alto perfil, como Redebris, ClearSpace-1, y otros se centran en grandes escombros que viaja en órbitas previamente conocidas. A menudo requieren satélites a la reubicación dentro de cierta distancia del objetivo y realizan operaciones delicadas. Como se estableció anteriormente, el mayor riesgo proviene de los escombros que no se pueden rastrear fácilmente, lo que, por lo tanto, parece que, en su mayoría, derrotar estos métodos de limpieza.

Aquí, posiblemente, el mejor método es no cazar activamente estos objetos, sino atraparlos de manera pasiva utilizando un sistema expansivo, al igual que cómo una araña usa una web para capturar presas desprevenidos. Esto es lo que tiene en cuenta la puesta en marcha de la puesta en marcha de ruso con su colector de escombros de espuma. El uso de espuma para capturar los escombros orbitales no es nuevo, con un informe de ESA de 2011 que también cubre el uso de espuma en profundidad.

No tirar basura

Incluso con los servicios de mitigación en su lugar, y con los métodos de eliminación de escombros orbitales que se están investigando y posiblemente se despliegan durante las próximas décadas, lo mejor que podemos hacer mejor ahora es evitar hacer mucho más un desastre. En estos días, la gestión del tráfico espacial es manejada principalmente por la Oficina de las Naciones Unidas para Asuntos Exteriores del Espacio (UNOOSA), con políticas nacionales luego de acuerdos internacionales sobre evitar los escombros orbitales y otras consideraciones.

El enfoque de mejora en la reutilización de la nave espacial es un desarrollo afortunado. El objetivo más grande del programa de enlace espacial estadounidense, que serviría como plataforma para servir satélites, nunca se refería a la frucedad más allá del servicio Hubble. Sin embargo, podemos esperar que pronto vaya a ver el fin de la descarga de rutina de simplemente dejar las etapas de cohetes enteras que flotan, disminuyendo al menos una fuente de contaminación del espacio.