El espacio sobre la Tierra se está llenando. Unos 8.500 satélites, sondas, módulos de aterrizaje, naves espaciales tripuladas y similares se han lanzado a la órbita terrestre o más allá desde el lanzamiento del Sputnik en 1957.
Actualmente hay más de 3.000 satélites en órbita en funcionamiento. Pero ese número está a punto de explotar. Solo en el último año se han lanzado más de 1.000 satélites, la mayoría (más de 900) de jugadores comerciales. Se está volviendo común ver 100 satélites lanzados desde un solo cohete.
Dentro de una década, con decenas, si no cientos, de miles de satélites en órbita, veremos un aumento en los desechos espaciales y el riesgo de colisiones. Las flotas masivas de satélites necesitarán maniobrar constantemente para evitarse no solo entre sí, sino también los desechos espaciales potencialmente dañinos.
Eso no se puede manejar manualmente desde la Tierra. La industria de los satélites necesita más automatización y una mayor supervisión de las instrucciones para evitar colisiones.
El crecimiento de la basura espacial
Hay miles de satélites en funcionamiento, pero hay miles de satélites más ya apagados, naves espaciales y partes de cohetes, así como pedazos de escombros, chatarra y otros restos flotantes y a reacción que rodean el planeta.
En 1978, el científico de la NASA Donald Kessler predijo un escenario en el que el espacio alrededor de la Tierra está tan lleno de satélites y escombros que se vuelve inmanejable y las colisiones comienzan a producirse en cascada, provocando una reacción en cadena que dejaría muchas órbitas fuera de uso durante generaciones. El síndrome de Kessler aún no es un hecho, pero la situación actual presenta un riesgo importante para los operadores de satélites.
Se están rastreando en órbita alrededor de 28.200 piezas de basura espacial y escombros, pero la Agencia Espacial Europea (ESA) estima que el número real es mucho mayor ; advirtiendo que podría haber hasta 34.000 objetos de más de 10 cm, 900.000 objetos de entre 1 y 10 cm y 128 millones de menos de 1 cm. Se estima que el peso total de los escombros ronda las 5.000 toneladas.
El Comando de Defensa Aeroespacial de América del Norte (NORAD) rastrea los escombros, pero solo los objetos de más de 10 cm de diámetro. Los objetos de entre 1 cm y 10 cm se conocen como escombros letales no rastreables (LNT), lo que significa que podría haber miles de fragmentos invisibles de escombros que podrían golpear un satélite en cualquier momento.
El Dr. Holger Krag, Jefe de la Oficina del Programa de Seguridad Espacial de la Agencia Espacial Europea, dice que deberían hacerse más esfuerzos para reunir la información sobre los desechos y también obtener información más precisa.
“Creo que podemos hacer más a nivel mundial para unir fuerzas para ver aún más objetos. En un mundo ideal, se puede ver todo hasta un centímetro ”, explica. “Y no solo verlo, sino verlo con una precisión que le permite viajar con seguridad. Porque cuanto más pequeños son los objetos, más inexacta suele ser la información, y se reciben muchas alarmas como operador".
Krag dice que la ESA está estudiando el uso de láseres para la detección de escombros, lo que podría mejorar la precisión del seguimiento y la medición de escombros. Las empresas emergentes como LeoLabs están comenzando a implementar radares de matriz en fase basados en tierra. LeoLabs afirma que es capaz de rastrear escombros tan pequeños como 2 cm.
La amenaza de nuevos escombros
Aunque son raras, las colisiones en el espacio ocurren y los resultados pueden ser catastróficos para el equipo, o potencialmente para las personas, involucradas en el accidente. La colisión también afectará a todos los operadores cercanos. En febrero de 2009, el satélite militar ruso Kosmos-2251 chocó con el satélite de comunicaciones Iridium 33 [también conocido como un "evento de conjunción"]. Viajando a velocidades de 41.842 kilómetros por hora, los dos satélites fueron destruidos, creando una nube de 1.800 piezas grandes de desechos espaciales, cada una capaz de destruir cualquier nave espacial con la que impactaran. Gran parte de los escombros permanece en órbita hoy.
Desde el incidente de Iridium-Kosmos, los operadores han monitoreado los desechos espaciales más de cerca y han compartido mejor la información de posibles colisiones, y se han registrado una serie de casi accidentes.
En abril de 2021, la iniciativa de seguimiento y vigilancia espacial de la UE (EU SST) advirtió de una posible colisión. Un satélite meteorológico estadounidense desaparecido y un cohete lanzado en 1971 por la ex Unión Soviética para poner un satélite en órbita se acercaron a 21 metros entre sí , evitando por poco una colisión importante. En 2020, un satélite de navegación soviético Parus lanzado en 1989 no chocó por poco con un cohete propulsor chino lanzado en 2009.
Incluso los escombros más pequeños pueden inhabilitar las naves espaciales operativas. Una mancha de pintura fue suficiente para dañar una ventana de la Estación Espacial Internacional (ISS). Si bien la ISS tiene algo de blindaje para protegerla contra piezas más grandes, esto no es práctico ni posible para la mayoría de los satélites, lo que les obliga a realizar numerosas maniobras para evitar colisiones.
La ISS ha tomado tales medidas de evasión 28 veces desde 1999, incluidas tres veces en 2020. Los movimientos usan combustible, y la ISS tiene un flujo regular de misiones de reabastecimiento. Para los satélites con suministros de combustible limitados, las medidas de prevención regulares no son sostenibles a largo plazo.
Hay varios esfuerzos para intentar eliminar la basura espacial y los escombros de la órbita; El satélite Elsa-d de Astroscale, la primera misión comercial del mundo en demostrar un sistema de eliminación de desechos espaciales, se lanzó en marzo. Pero la mejor manera de mantener la basura espacial al mínimo es crear la menor cantidad posible mediante la gestión adecuada del tráfico y la eliminación adecuada de los satélites.
La oleada de satélites LEO añade complejidad
Donde una vez el espacio sobre la Tierra fue una carretera rural relativamente tranquila, hoy hay una supercarretera proverbial de satélites en órbita.
El espacio sobre la Tierra se divide aproximadamente en tres estratos: Órbita terrestre baja, que es cualquier altitud por debajo de los 2.000 km; Órbita de la Tierra Media entre 2.000 km y 35.786 km; y la órbita terrestre geoestacionaria (GEO) a 35.786 kilómetros.
El espaciado en GEO está estrictamente controlado; la UIT, respaldada por la ONU, emite un número finito de espacios a los países, que luego los dividen para uso militar, científico y comercial. Aunque muy alto, el plano orbital GEO en el que los satélites permanecen sincronizados con la Tierra es muy estrecho, lo que significa que hay poco margen de error cuando se trata de colisiones o escombros.
En LEO, sin embargo, hay muy poco control. Las empresas solo están limitadas por lo que sus gobiernos les otorgarán permiso, y los gobiernos de todo el mundo están autorizando grandes cantidades de nuevos satélites. Hay docenas de nuevas empresas que planean un número variable de constelaciones de satélites, que van desde pequeños CubeSats del tamaño de una caja hasta máquinas del tamaño de una nevera que pesan cientos de kilos, que podrían ver decenas de miles de satélites lanzados durante la próxima década.
Starlink de SpaceX ha lanzado más de 1.000 satélites en los últimos años para proporcionar conectividad a Internet de banda ancha de alta velocidad y tiene permiso de la FCC para lanzar más de 40.000 a LEO. El Proyecto Kuiper de Amazon verá a la compañía invertir 10 mil millones de dólares para lanzar más de 3000 satélites esta década. Aunque ha reducido los planes desde que salió de la bancarrota , OneWeb del Reino Unido todavía planea tener casi 650 satélites en órbita para junio de 2022.
Varias empresas chinas también planean lanzar miles de satélites; Xie Tao, fundador de Beijing Commsat Technology Development Co., Ltd, dijo a China Money Network que espera que el país lance entre 30.000 y 40.000 satélites en el futuro, en comparación con los 40.000 a 60.000 lanzados por Estados Unidos.
Incluso los grandes operadores tradicionales deben actuar frente a nuevos competidores, y Telesat planea lanzar casi 300 satélites con un peso de 700 kilos cada uno para 2023 para su constelación de banda ancha Lightspeed.
Los gobiernos pueden emitir un número casi ilimitado de licencias de satélites, pero la falta de coordinación global en un momento de rápida proliferación significa que los cielos están cada vez más ocupados.
"Creo que es necesario que haya cambios para que sea sostenible", explica el astrofísico Jonathan McDowell del Centro Harvard-Smithsonian de Astrofísica. “Creo que es necesario que haya al menos algún acuerdo estadounidense y, con suerte, internacional sobre cuál es la capacidad de carga de la órbita terrestre baja. Debido a que no hay límite superior, no hay ninguna declaración de que no lanzaremos más de 200.000 satélites a la capa inferior".
McDowell dice que el lanzamiento actual de decenas de miles de satélites podría ser un "acaparamiento de tierras" para asegurar tantos satélites como sea posible antes de que las regulaciones cambien e impongan límites.
"Creo que en algún momento tendremos que decir que solo puede tener X número de satélites para esta banda de altitud o algo así, y asignar ranuras orbitales de una manera comparable a cómo asignamos ranuras orbitales en GEO".
Los satélites más cercanos en el espacio se vuelven más comunes
Aunque hay más espacio para la flexibilidad en torno al posicionamiento en LEO, la cantidad de nuevos satélites que se están introduciendo allí está creando posibles dolores de cabeza tanto en términos de gestión del tráfico espacial.
Aunque los satélites grandes en GEO son robustos y, por definición, estacionarios, ni siquiera ellos son capaces de resistir un impacto importante con escombros grandes u otro satélite. Los satélites LEO, que son mucho más pequeños y viajan a velocidades relativas mucho más rápidas, casi no tienen posibilidades de sobrevivir a un impacto incluso con pequeños fragmentos de escombros, y mucho menos con otro satélite.
En 2019, el satélite Aeolus de la Agencia Espacial Europea (ESA) elevó su órbita para pasar con seguridad sobre Starlink 44, uno de los primeros 60 satélites SpaceX lanzados. La Agencia dijo en ese momento que era su primera maniobra para evitar colisiones, pero Krag dice que la flota de satélites de la ESA recibe "cientos" de advertencias al día, aunque la mayoría son de escombros en lugar de otros satélites.
"Y hacemos maniobras de evasión aproximadamente cada dos semanas", dice. "Eso es un negocio normal hoy".
La NASA firmó recientemente un acuerdo con Starlink para crear una mayor interacción y asociación entre las dos compañías para "garantizar operaciones continuas seguras en órbita" y evitar las "conjunciones" entre los satélites y cohetes de las dos entidades. El acuerdo hará que la NASA proporcione información detallada sobre la misión para que Starlink pueda garantizar que sus medidas de evasión automatizadas estén actualizadas, al mismo tiempo que trabaja con SpaceX para mejorar su capacidad para evaluar y evitar posibles incidentes.
En febrero, un satélite de la constelación Galileo realizó una maniobra en órbita para evitar una etapa superior Ariane 4 lanzada en 1989. El satélite fue puesto fuera de servicio mientras realizaba la maniobra y volvió al servicio después de casi tres semanas. Fue la primera vez que se requirió que uno de los sistemas mundiales de navegación por satélite (GNSS) de Europa tomara una medida de este tipo.
En abril de este año, los satélites SpaceX y OneWeb casi fallaron, acercándose hasta casi 60 metros entre sí.
Si bien los satélites grandes están equipados de forma rutinaria con sistemas de propulsión, solo recientemente los satélites más pequeños en LEO han comenzado a tener su propia propulsión (los satélites Starlink, según se informa, tienen propulsión de impulsión de iones), lo que significa que muchos son incapaces de hacer ningún tipo de esfuerzo para evitar los desechos espaciales u otros satélites en órbitas cercanas. El resultado puede ser un flujo regular de cuasi accidentes y ajustes menores para los satélites que pueden moverse.
En un informe presentado a la FCC , Amazon explicó que si uno de cada 10 de sus satélites Kuiper fallara mientras estaba en órbita, habría un 12 por ciento de posibilidades de que uno de ellos chocara con un pedazo de escombros espaciales. Con una tasa de falla de uno de cada 20 satélites, habría un seis por ciento de posibilidades de colisión. Si bien el seis por ciento es alto en el ámbito conservador del espacio, Kuiper aún no ha lanzado ningún satélite al espacio y podría mejorar a una tasa de falla muy baja en un corto espacio de tiempo. SpaceX pasó de una tasa de fallas del 13 por ciento con sus prototipos V0.9 a una tasa de fallas del 3 por ciento con sus primeros satélites V1, a solo 0.2 por ciento después de eso.
La gestión del tráfico espacial necesita una actualización
A medida que aumenta el número de jugadores en el espacio, la forma en que gestionamos los satélites en órbita debe cambiar. El seguimiento de posibles colisiones, la notificación a las partes afectadas y la coordinación de su respuesta sigue siendo un proceso en gran parte manual que se realiza por correo electrónico. Algo que no es sostenible a medida que crece el número de satélites.
Si bien existe un sistema relativamente sólido para rastrear posibles incidentes de conjunción, no existe un organismo central con la capacidad o autoridad para decirles a las partes involucradas cómo actuar. Además del seguimiento de escombros, NORAD también emite una guía para evitar colisiones para los satélites que se acercan entre sí. Pero la configuración actual significa que NORAD simplemente informa a los operadores de las trayectorias actuales y las probabilidades de una colisión y deja la coordinación de maniobras a los propios operadores.
“En este momento, hay mucha dependencia del ejército de EE. UU. para estas alertas conjuntas”, dice McDowell. “El 18 ° Escuadrón de Control Espacial puede ver que el satélite A y el satélite B pueden acercarse, y se dirige a ellos y les dice 'sus satélites están a punto de pasar cerca, es posible que desee hacer algo al respecto'. Pero lo que no pueden hacer es lo que haría un controlador de tráfico aéreo, es decir, 'satélite A sube un kilómetro satélite B baja un kilómetro' ”.
“Ese nivel de control del tráfico espacial puede ser algo que necesitemos a largo plazo. Pero eso requiere que una agencia internacional lo haga debido a la naturaleza internacional intrínsecamente global de la órbita terrestre baja".
Durante el casi accidente de SpaceX-OneWeb, la fuerza espacial de EE. UU. emitió varias "alertas rojas" que luego vieron a los ingenieros de OneWeb enviando un correo electrónico al equipo Starlink de SpaceX para coordinar las maniobras. Luego, según los informes, SpaceX desactivó su sistema automatizado de prevención de colisiones impulsado por inteligencia artificial para permitir que OneWeb desvíe su satélite del camino. SpaceX no estuvo de acuerdo con la opinión de OneWeb sobre el evento, pero la necesidad de automatización y mayor supervisión es clara.
La Oficina de las Naciones Unidas para Asuntos del Espacio Ultraterrestre (UNOOSA) tiene como objetivo promover la cooperación global en el espacio, pero tiene poco poder para emitir instrucciones o hacer cumplir las normas sobre los operadores de satélites. Un 2018 Directiva de la Casa Blanca informa, trató de hacer que el Departamento de Comercio de la “ policía de tráfico ” del espacio. Otros creen que la Administración Federal de Aviación (FAA), que ya regula los lanzamientos y reentradas, o la Comisión Federal de Comunicaciones (FCC), que regula las transmisiones por satélite e implementó nuevas reglas para mitigar los desechos espaciales orbitales en abril de 2020, estaría en la mejor posición para gestionar el tráfico espacial. Pero si bien Estados Unidos es el actor más importante y muy influyente en el ámbito del espacio, es probable que muchos países no estén contentos con recibir instrucciones de un organismo estadounidense.
“Es un gran debate en este momento cómo se organizará esto porque no hay ninguna ley internacional que lo respalde”, dice Krag de la ESA.
Además de una mayor supervisión para detectar y coordinar la evasión, la forma en que las empresas gestionan realmente las medidas de evasión de satélites de sus flotas también necesita una actualización. Si bien SpaceX afirma que tiene prevención de colisiones automatizada, es la excepción. Casi todas las medidas para evitar la conjunción de satélites se manejan manualmente desde el suelo, emitiendo instrucciones individuales a los satélites de forma individual.
Esto se debía a que anteriormente no había necesidad de desarrollar tales sistemas automatizados, explica Kevin Bell, vicepresidente de operaciones del programa espacial, Aerospace Corp. Desarrollar sistemas automatizados para un puñado de satélites que toman algunas medidas de evasión al año la inversión no valía la pena. Sin embargo, con la llegada de nuevos satélites LEO, el manejo manual de las medidas de evasión ya no tiene sentido.
“Si obtenemos incluso un tercio de las constelaciones que se han solicitado en órbita, no hay forma de que haya una persona en un bucle evitando colisiones. Necesita tener un sistema automatizado ”, dice Bell.
McDowell señala el factor de complicación de que en constelaciones tan grandes, una medida para evitar colisiones podría desencadenar fácilmente una reacción en cadena cuando miles de satélites intentan apartarse del camino de los demás, una versión automatizada del síndrome de Kessler.
“Si estás haciendo una maniobra para evitar una colisión, el problema no es cómo esquivo este satélite. El problema es que cuando he esquivado este satélite, ¿estoy seguro de que no me he colocado en la ruta de otro satélite?
“Si tienes 10 satélites maniobrando a la vez, tienes que saber dónde van a maniobrar y no maniobrar en su camino. Es uno de estos problemas de n cuadrados en los que se vuelve mucho menos manejable muy rápidamente, ya que aumenta el número de satélites que maniobran en un momento dado ".
Si bien hay muchos desafíos complicados que superar, la buena noticia es que no es demasiado tarde para garantizar que el espacio sobre la Tierra siga siendo sostenible para su uso, siempre que los operadores actúen de manera responsable y los gobiernos puedan unirse y acordar una mayor supervisión.
"Creo que es posible tener un alto nivel de actividad sostenible en la órbita terrestre baja", dice McDowell. "Es posible si lo regulas, si tienes cuidado".