Limpiar el espacio cercano es mucho más difícil de lo que parece
El problema de la contaminación espacial preocupa a toda la comunidad aeroespacial. Estos desarrollos hipotéticos en la órbita terrestre baja, como el síndrome de Kessler, que predice la formación de desechos espaciales fuera de control, ha conmovido incluso a los medios de comunicación populares. Está claro que es necesario realizar una investigación fundamental para comprender el peligro que entraña incluso un pequeño fragmento y calcular cuánto estamos dispuestos a pagar para limpiar el espacio ultraterrestre.
Hoy en día, los políticos, científicos, técnicos y el público en general son profundamente conscientes de la proliferación de desechos espaciales. Gracias al trabajo fundamental de J-K. Liouville y Nicholas Johnson, publicado en 2006, entendemos que es probable que la tasa de escombros continúe aumentando en el futuro, incluso si se detienen todos los lanzamientos. La razón de este crecimiento sostenido son las colisiones que se espera que ocurran entre satélites y etapas de cohetes que ya están en órbita. Esto es motivo de gran preocupación para muchos operadores de satélites, que se ven obligados a tomar las medidas adecuadas para proteger sus activos.
Algunos expertos creen que estos incidentes serán solo el comienzo de una serie de colisiones que harán casi imposible acceder a la órbita terrestre baja. Este fenómeno, que fue descrito en detalle por primera vez por el consultor de la NASA Donald Kessler, se conoce comúnmente como síndrome de Kessler. Pero es probable que la realidad sea muy diferente de las predicciones o eventos similares que se muestran en el largometraje "Gravity". De hecho, los resultados presentados al Comité de Coordinación Interinstitucional de Desechos Espaciales (IADC) en la sexta conferencia europea sobre el tema indicaron un aumento esperado de desechos de solo el 30 por ciento en 200 años con lanzamientos continuos.
Las colisiones seguirán ocurriendo, pero la realidad estará lejos del escenario catastrófico que algunos temen. El aumento de la cantidad de desechos espaciales se puede reducir a un nivel bastante modesto. La propuesta del IADC es difundir ampliamente y adherirse estrictamente a las pautas de mitigación de desechos espaciales, especialmente en lo que respecta a la neutralización de las fuentes de energía, que deben estar completamente desarrolladas al final del vuelo y su eliminación después del final del vuelo. Sin embargo, desde el punto de vista del IADC, el aumento esperado en la cantidad de residuos, a pesar de los esfuerzos en curso, aún requiere la introducción de medidas adicionales para combatir los factores de riesgo existentes.
¿Sin progreso?
Se observó un interés significativo en la recuperación del entorno espacial nueve años después de la publicación del trabajo de Liouville y Johnson. En particular, se han tomado medidas en todo el mundo para desarrollar métodos para eliminar objetos de la órbita terrestre baja. La Agencia Espacial Europea, por ejemplo, anunció recientemente su intención de asegurar el apoyo del gobierno para el lanzamiento de una nave espacial europea en la próxima década. La agencia ha realizado numerosos estudios para determinar formas racionales y confiables de lograr el objetivo. Un elemento clave de la planificación fueron los modelos informáticos del espacio de escombros, que demostraron que el crecimiento de escombros se podía evitar eliminando etapas específicas de naves espaciales o cohetes. En las simulaciones por computadora, estos objetos se identifican como los más propensos a colisiones, por lo que una vez que se retiran de la órbita, el número de colisiones debería disminuir drásticamente, lo que evitará la aparición de nuevos escombros como resultado de la dispersión de los escombros.
Han pasado casi diez años desde la publicación del trabajo de Liouville y Johnson, y sorprende que a nivel internacional o nacional no existan principios metodológicos que definan claramente medidas para eliminar las consecuencias de la contaminación del espacio cercano a la Tierra. Parece haber cierta apatía sobre el desarrollo de un procedimiento de eliminación de escombros, a pesar de los llamados a la acción. Pero, ¿es realmente así?
De hecho, la situación no es tan simple como parece. Con respecto al procedimiento de eliminación de desechos espaciales, hay algunas preguntas fundamentales que aún deben responderse. De particular preocupación son las cuestiones relacionadas con la propiedad, la responsabilidad y la transparencia. Por ejemplo, muchas de las tecnologías que se ofrecen para la eliminación de escombros también se pueden utilizar para eliminar o desactivar una nave espacial activa. Por tanto, cabe esperar acusaciones de que estas tecnologías son armas. También hay preguntas sobre el costo de un programa de eliminación de basura consistente. Algunos técnicos lo han estimado en decenas de billones de dólares.
Sin embargo, quizás la razón más importante de la falta de principios metodológicos adecuados radica en el hecho de que aún no sabemos cómo llevar a cabo la recuperación, por lo que en la práctica nos referimos a la depuración del espacio ultraterrestre. Pero esto no significa que no sepamos qué tecnologías necesitamos.
Prácticamente ya se han desarrollado algoritmos para un solo uso. El problema real surge de una tarea aparentemente simple: determinar los escombros "correctos" para remover de la órbita. Y hasta que podamos solucionar este problema, parece que no podremos recuperar espacio.
Jugando restos
Para darnos cuenta de la naturaleza problemática de resolver una tarea aparentemente tan simple como identificar la basura que se debe eliminar, usamos la analogía de un juego con una baraja de 52 naipes ordinarios. En esta analogía, cada mapa representa un objeto en el espacio exterior que podríamos querer eliminar para evitar una colisión. Después de repartir las cartas, colocamos cada carta individualmente boca abajo sobre la mesa. Nuestro objetivo ahora es intentar identificar los ases y eliminarlos de la mesa, ya que estas cartas representan satélites u otros objetos grandes de basura espacial que pueden convertirse en participantes de la colisión en algún momento en el futuro. Podemos quitar tantas cartas de la mesa como queramos, pero cada vez que sacamos una carta, tenemos que pagar $ 10. Además, a medida que nos alejamos, no tenemos derecho a mirar el mapa (si un satélite se retira de la órbita, no podemos decir con certeza qué podría convertirse exactamente en un participante en la colisión). Finalmente, tenemos que pagar $ 100 por cada as que quede sobre la mesa, lo que representa las pérdidas potenciales resultantes de las colisiones que involucran a nuestros satélites (en realidad, el costo de reemplazar un satélite puede oscilar entre $ 100,000 y $ 2 mil millones).
Bueno, ¿cómo podemos solucionar este problema? En el reverso, todas las cartas son iguales, por lo que no hay forma de saber dónde están los ases, y la única forma de asegurarse de que hayamos despejado todos los ases es despejar todas las cartas de la mesa. En nuestro ejemplo, esto costará un máximo de $ 520. En el espacio exterior, nos enfrentamos al mismo problema: no sabemos exactamente qué objetos pueden estar involucrados en las colisiones, pero es demasiado caro eliminarlos todos, así que tenemos que elegir. Supongamos que hemos tomado una decisión: para eliminar una carta por valor de $ 10, ¿cuál es la probabilidad de que hayamos eliminado un as? Bueno, la probabilidad de que la carta sea un as es cuatro divisible por 52, en otras palabras, aproximadamente 0, 08 u 8 por ciento. Por tanto, la probabilidad de que la carta no sea un as es del 92 por ciento. Esta es la probabilidad de que desperdiciemos nuestros $ 10.
¿Qué pasa si esta vez tomamos una segunda tarjeta (que nos costará otros $ 10)? La probabilidad de que la segunda carta sea un as depende de si la primera carta fue un as. Si este fuera el caso, entonces la probabilidad de que la segunda carta sea también un as es tres dividido por 51 (porque ahora solo hay tres ases en la baraja, lo que ha disminuido en una carta). Si la primera carta no es un as, entonces la probabilidad de que la segunda carta sea un as es cuatro dividido por 51 (porque todavía hay cuatro ases en la baraja más pequeña).
Podemos usar este método para determinar la probabilidad de que hayamos eliminado ambos ases; simplemente multiplicamos las probabilidades para encontrar la respuesta: 4/52 por 3/51, lo que nos da una probabilidad de 0,0045 o 0,45 por ciento con un valor de $ 20 por dos cartas. remoto. No muy alentador.
Sin embargo, también podemos determinar la probabilidad de eliminar al menos uno de los ases. Después de robar dos cartas, hay un 15 por ciento de posibilidades de que hayamos eliminado con éxito al menos uno de los ases. Esto suena más prometedor, pero las probabilidades tampoco son muy buenas ahora.
Resulta que para aumentar las posibilidades de robar al menos uno de los ases, necesitamos eliminar más de nueve cartas (por valor de $ 90) o más de 22 cartas (por valor de $ 220) si queremos estar seguros al 90 por ciento. que hemos eliminado uno de los ases. Incluso si lo logramos, todavía quedan tres ases sobre la mesa, por lo que en total todavía tenemos que pagar $ 520, que casualmente es la misma cantidad que teníamos que pagar si hubiéramos elegido la opción con la eliminación de todas las cartas.
Los juegos terminaron
Volviendo de nuestra analogía al entorno espacial real, la situación parece ser más alarmante. Actualmente, se rastrean aproximadamente 20.000 objetos en órbita utilizando la red estadounidense de estaciones de observación espacial, y alrededor del seis por ciento de estos objetos pesan más de una tonelada, que hipotéticamente podrían participar en una colisión y que podríamos querer eliminar … En la analogía de las cartas, nuestro problema es que el reverso de todas las cartas es el mismo y la probabilidad de que una sea un as de espadas es la misma que la probabilidad de que la otra también sea un as. No hay forma de identificar las cartas que desea y quitarlas de la mesa. En realidad, nuestras posibilidades de evitar una colisión son mucho mayores que en un juego de cartas, porque en órbita podemos ver la probabilidad de que algunos objetos estén involucrados en colisiones y podemos centrar nuestra atención en ellos. Por ejemplo, los objetos que se encuentran en órbitas densamente pobladas como los heliosincrónicos en altitudes entre 600 y 900 kilómetros tienen más probabilidades de estar involucrados en colisiones debido a la congestión en esta zona. Si centramos nuestra atención en objetos similares (y otros en órbitas igualmente congestionadas) y tenemos en cuenta las predicciones de la posibilidad de su colisión, resulta que debemos retirar unos 50 objetos para reducir el número esperado de colisiones catastróficas en sólo una unidad, que se deriva de los resultados de la investigación realizada por miembros de la agencia espacial IADC.
Y resulta que incluso si varios objetos pueden ser eliminados por una sola nave espacial más limpia (y cinco objetivos parecen ser una alternativa versátil), muchos vuelos, a menudo desafiantes y ambiciosos, deben realizarse solo para evitar una colisión.
¿Por qué no podemos predecir con mayor precisión la probabilidad de colisiones y eliminar solo aquellos objetos que sabemos con certeza serán peligrosos? Hay muchos parámetros que pueden afectar la trayectoria de un satélite, incluida la orientación del satélite, ya sea un movimiento errático o el clima espacial (que puede afectar el arrastre experimentado por los satélites). Incluso pequeños errores en los valores iniciales pueden dar lugar a grandes discrepancias en los resultados del cálculo de la posición del satélite en comparación con la realidad, y después de un período relativamente corto. De hecho, utilizamos la misma técnica que los pronosticadores: utilizamos modelos para generar la probabilidad de resultados específicos, pero no el hecho de que estos resultados se obtengan alguna vez.
Por lo tanto, tenemos tecnologías que pueden usarse ocasionalmente para eliminar los desechos espaciales. Esta es la posición adoptada por la Agencia Espacial Europea con su misión prevista e. Deorbit, pero aún quedan problemas por resolver para identificar los objetos más adecuados para su retirada. Estos problemas deben abordarse antes de que las directrices y los principios metodológicos necesarios se puedan poner a disposición de los interesados en preparar un programa de eliminación de desechos espaciales a largo plazo que es esencial para la remediación ambiental eficaz.
Los principios metodológicos en términos de sitios específicos, su número, requisitos y limitaciones son esenciales para aumentar la probabilidad de que los esfuerzos para remediar el medio ambiente sean efectivos y valiosos. Para desarrollar tales principios metodológicos, debemos reconsiderar nuestras expectativas irracionales de un resultado favorable.
