Monitoreo de Objetos Espaciales
Pronóstico de reingreso atmosférico de objetos espaciales no controlados, conocidos como chatarra espacial.
En la actualidad, los equipos espaciales son diseñados y calificados para resistir al ambiente espacial y garantizar su misión hasta el fin de la vida útil esperada del satélite. Sin embargo, si no son retirados de su órbita al finalizar sus actividades, los satélites pueden representar un riesgo muy alto para otros objetos espaciales durante largos períodos de tiempo. Por diversos factores, incluyendo explosiones, un único vehículo espacial puede transformarse en varios objetos de pequeñas dimensiones que son potencialmente riesgosos para las misiones operacionales en su alrededor. Por un mecanismo natural conocido como decaimiento orbital, estos detritos espaciales tienden a reingresar en la atmósfera terrestre en un tiempo que varía según sus características orbitales y físicas.
El reingreso atmosférico de objetos espaciales es frecuente y puede llevar a la ruptura de los mismos bajo los efectos de las tensiones térmica y mecánica decenas de kilómetros arriba de la superficie terrestre. Este problema incluye tanto el reingreso natural de satélites en sus últimas etapas de vida, así como la decisión de terminar las actividades de un vehículo espacial (de-orbiting) proyectándolo en dirección a la atmósfera. En cualquiera de los casos el país responsable del objeto debe ocuparse de proveer los avisos correspondientes para que se tomen los recaudos del caso.
En esta página se presentan los resultados de un monitoreo de detritos espaciales (también conocidos como chatarra espacial) realizado en la Argentina con fines académicos. El objetivo es obtener pronósticos de objetos en reingreso natural para los 7 días siguientes. Algunas instituciones norteamericanas y europeas realizan monitoreo continuo de chatarra espacial. Sin embargo, los datos disponibles para los otros países son imprecisos. Acá se propone realizar un monitoreo propio, que seleccione candidatos a reingreso en un corto plazo.
Los datos de los más de 40 mil objetos con dimensiones superiores a 10 cm que orbitan u orbitaron la Tierra son obtenidos de un catalogo de TLE (Two Line Elements), disponible bajo solicitación a la Fuerza Aérea de los Estados Unidos de América, en el sitio www.space-track.org. A partir de estos datos se realiza una propagación orbital considerando la acción de perturbaciones tales como la fricción atmosférica sobre estos objetos. Todos los TLE son generados por el Departamento de Defensa de los Estados Unidos (DoD), pero no siempre son suficientemente actualizados. De hecho, mucha de la incertidumbre encontrada en ese tipo de previsión es consecuencia de problemas en los datos orbitales. Un monitoreo frecuente y rápido ayuda a disminuir la imprecisión de los resultados.
Los pronósticos son realizados automáticamente tres veces por semana y hacen disponibles un listado de objetos candidatos en los siguientes siete días con fecha estimada de reingreso, además de un listado de los objetos que reingresaron en los diez días anteriores al pronóstico.
Para consultas o pedidos de pronósticos anteriores, por favor contactar Walkiria Schulz: wschulz@unc.edu.ar.
Los informes han sido confeccionados con el software MonitOR v.2.0 (Belisario y Schulz, 2023) del Departamento de Aeronáutica de la Universidad Nacional de Córdoba (UNC) a partir de datos orbitales disponibles en el sitio oficial Space Track.
“Space surveillance data came from Space Track, a website consisting of a partial catalog of observations collected by the US Space Surveillance Network, operated by the US Air Force Space Command (AFSPC). AFSPC does not make any warranties as to the accuracy or completeness of the data provided and does nor endorse any product or service that utilizes its data.”
Qué es la chatarra espacial y de que nos sirve aquí en la Argentina su monitoreo?
La chatarra espacial es todo objeto artificial en órbita al rededor de la Tierra que no responde a una utilidad practica o no se encuentra activo. Los ejemplos van desde satélites que ya terminaron su vida útil y fueron desechados, hasta restos de explosiones, herramientas de astronautas que fueron perdidas, etapas de cohetes, pedazos de combustible solido, etc.
Este material obsoleto y que se queda a deriva en el espacio cercano a nuestro planeta genera dos tipos de preocupación. La primera es en el propio espacio exterior, donde un pequeño pedazo de chatarra con alta velocidad puede chocarse contra un satélite activo y promover el final anticipado de su actividad con todos los problemas económicos que pueden resultar de este evento. Además un choque con estas características genera una cantidad enorme de otros pedazos de chatarra y un efecto cadena difícil de contener.
La segunda preocupación se encuentra en la superficie de la Tierra y viene asociada a los objetos espaciales que, por sus características físicas, logran impactar a la superficie sin deshacerse completamente en su reingreso.
Ambos problemas deben ser llevados en cuenta por un país que, como Argentina, dispone de satélites activos en órbita. La Agencia Espacial Argentina debe asegurarse que sus vehículos espaciales no se encuentren en ruta de colisión con ningún pedazo de chatarra. Además debe preocuparse en no generar más chatarra espacial, de la cual seria responsable de monitorear.
Qué es el programa MonitOR?
El programa MonitOR (Monitoreo de Objetos en Reingreso) responde a una demanda de la Comisión Nacional de Actividades Espaciales (CONAE) que deseaba realizar un monitoreo propio de objetos por reingresar en la atmósfera terrestre. Actualmente sigue siendo desarrollado en el Departamento de Aeronáutica de la UNC, donde se publican los pronósticos de reingreso atmosférico de chatarra espacial. Las agencias espaciales de todos los países con actividad espacial tienen sus programas de seguimiento y muchos resultados de esos programas son publicados. Sin embargo, no lo son en su totalidad y un país responsable no debe depender de los pronósticos de otras agencias.
Qué es el Space-Track ?
El Space-Track es un sitio mantenido por el Departamento de Defensa de Estados Unidos que concentra información, considerada por ellos pública, en todo lo que dice respecto a los objetos artificiales en órbita al rededor de la Tierra.
Hoy podemos afirmar que tenemos bajo control las órbitas de cada uno de los objetos sin funcionalidad que circundan la Tierra?
Primero hay que aclarar qué significa "tener bajo control". Una cosa es hacer la determinación orbital de cada objeto. Es como hacer una identificación con características que permiten a los profesionales involucrados calcular adonde este determinado objeto se encontrará en un periodo de tiempo definido. Otra cosa es tener el control de esos objetos y poder decidir adonde enviarlos. Para esta última el vehículo espacial debe disponer de motores y de combustible para realizarse maniobras orbitales.
Existe una red mundial de observadores dedicados a identificar y hacer determinación orbital de los objetos artificiales en órbita terrestre. Estes observatorios tienen limitaciones técnicas que se traducen en poder identificar solamente objetos mayores que un determinado limite. De esta forma es muy difícil estimar qué cantidad de chatarra hay efectivamente, pero se cree que la mayoría de los objetos más grandes que 10 cm están catalogados.
En el Departamento de Aeronáutica se monitorea la totalidad de los objetos en órbita o algunos en forma especial?
Disponemos de los datos de todos los objetos mayores que 10 cm conocidos y seleccionamos los que presentan indicios de reingreso inminente con filtros específicos.
Cuales son las condiciones que deben brindarse para la caída a Tierra de un objeto de estas características?
El reingreso de un vehículo espacial se da por un fenómeno llamado de decaimiento orbital. Este no es nada más que el efecto de la resistencia del aire sobre esos objetos. O sea la atmósfera es un fluido (el aire) y frena los objetos que tratan de cruzarla, restando energía orbital y promoviendo su caída. Entonces para qué un objeto espacial reingrese, la primera condición es de que su órbita atraviese la atmósfera en algún momento, o en su totalidad. El parámetro atmosférico más significativo en este proceso es la densidad del aire y esta densidad disminuye con la altitud. De tal forma que cuanto más alta la órbita menor el efecto de la atmósfera y menos propenso al reingreso se hace el objeto.
Además para soportar las cargas térmicas inherentes a un reingreso, el objeto debe tener características aerodinámicas muy especificas y material resistente. La orientación del objeto durante el pasaje por la atmósfera también influencia en su desintegración o no en el aire.
Qué podría suceder si un contenedor satelital de combustible (hidracina para el ejemplo) vacío llegara a impactar sobre una zona poblada? Cuáles serian las consecuencias de este hecho?
El combustible que un día fue acondicionado en este contenedor no llegará a la superficie terrestre. Entonces estamos hablando simplemente de un pedazo de chatarra que tiene determinadas dimensiones y peso. El impacto de un objeto pesado con alta velocidad (pero sin combustible) puede ser bastante importante.
La Argentina es un país con una cantidad interesante de casos de caída de chatarra espacial. Somos una zona más que propensa a estas caídas? Por qué?
Si y no. Como más de 70% de la superficie terrestre está cubierta por océanos, la mayor probabilidad es siempre de que la chatarra caiga en el agua. Una limitación importante es la inclinación orbital en relación al Ecuador terrestre. Para dar un ejemplo, un objeto en órbita con 20 grados de inclinación puede caer en cualquier lugar de la superficie del planeta entre las latitudes de -20 grados y +20 grados. Pero jamás caerá en una localidad en la latitud -32 grados.
Argentina es un país que tiene un territorio muy amplio, además con una forma longitudinalmente alargada que la hace algo más propensa a caídas que Paraguay, por ejemplo. Pero es solamente una cuestión de probabilidad asociada a las dimensiones del territorio nacional.
La órbita de los 700 Km es la más densamente poblada de esta chatarra y la de más problemática hoy día, es así? Por qué?
Al rededor de esta altitud se da un fenómeno de sincronismo de tiempo con la rotación terrestre que es muy conveniente para muchas misiones satelitales, especialmente las que tratan de cubrir toda la superficie de la Tierra y repetirse. Por lo tanto es muy buscada y, como toda zona densamente poblada, genera mucha basura. Al estar tan alejada de la atmósfera, no puede contar con la resistencia del aire para "limpiarla" y los objetos obsoletos se van acumulando indefinidamente.
Qué hace además la Argentina para proteger su territorio de la caída de restos satelitales?
No hay mucho más que se pueda hacer. La mayoría de los objetos abandonados en el espacio no pueden ser controlados. Uno puede tratar de observar, simular trayectorias con modelos matemáticos, pronosticar fechas de reingreso y en algunos casos posibles zonas de impacto. Pero no se puede hacer nada para evitar la caída de un objeto que no tiene control.
Cuál es la responsabilidad de cada país en el tema de la chatarra espacial?
No existen leyes internacionales en esta área, pero existen tratados de uso pacifico del espacio firmados por los países que tienen vehículos espaciales. Cada país es responsable de su(s) objeto(s), sean satélites, cohetes o lo que resultó de esos, o sea la chatarra. Es posible identificar a quien pertenece cada pedacito que da vueltas alrededor de la Tierra. Cuando uno de esos objetos pone en riesgo la vida o la propiedad de otros, el problema es de ambos, pero la responsabilidad es del país de origen.
La ocupación indiscriminada del espacio en las primeras décadas de la era espacial nos trajo a un problema ecológico donde uno menos creyó que podría haber: el espacio alrededor de nuestro planeta que parecía tan amplio. Este es el momento de hacer algo para evitar la proliferación de esos pedazos de problema potenciales. No es un tema fácil. Solo lo vamos a poder empezar a enfrentar con mucha cooperación internacional.
