Debris: Basura Espacial.


La existencia de artefactos que reingresan en la atmósfera de forma descontrolada es una estrategia que es seguida por las agencias espaciales en mayor o menor medida, y es tomado como un procedimiento seguro y diseñado para tales efectos por varios factores, entre ellos, la muy baja probabilidad de que algún resto caiga sobre un lugar urbano y además porque es mucho más económico contar con un reingreso descontrolado a tener que diseñar o rediseñar componentes de las naves para que o bien no llegen a entrar en órbita y caigan prontamente a tierra en lugares predestinados o para que de llegar a orbitar reingresen a la atmósfera cuando asi se requiera, lo que significa ejecutar un cuantioso movimiento de recursos para un ingreso controlado, que con gran probabilidad seria innecesario, y un tercer factor es porque simplemente no hay más alternativas.


LAS REENTRADAS DE NAVES CHINAS
Últimamente han sido noticia los reingresos de los restos de los lanzadores Chinos, principalmente se nombra el Long March 5B (LM-5B o CZ-5B), de 53.7 metros de altura y (su etapa central descartable es de 30m y 21 toneladas sin combustible) que ha sido utilizado por China para colocar en órbita los módulos de su nueva estación espacial «TianGong». Partes de este cohete, como es la primera etapa, han entrado temporalmente en orbita y luego caen de nuevo a tierra por el arrastre o fricción de la atmósfera entre las latitudes 41° norte y 41°sur. Pero China usa además otros lanzadodes especialmente diseñados para este objetivo. Y es que la CNSA definió 11 lanzamientos asociados: 3 de módulos con el CZ-5B , 4 tripulados con el CZ-2F y 4 del Tianzou ( modulo robótico para carga de combustible y suministros) con el CZ-7 y luego de ello vendrá la puesta en órbita de un telescopio orbital, el «Xuntian» que tendrá la opción de poder acoplarse a la estación espacial para su recarga de combustible y mantenimiento.
Entre los eventos algunos recientes que han sido noticia se nombran:
-En 2018 la estación Espacial de prueba China Tiangong-1, tuvo una reentrada no controlada en el océano Pacífico, esta fue lanzada el 15 de setiembre de 2011 por sobre los 300km viajando a 28,080 km/h, fue visitada por primera vez dos meses después por la Shenzhou-8 y deshabitada en el 2016.
-En 2019 el 18 de julio tuvo una reentrada controlada sobre el Pacífico Sur, la segunda estación espacial china, Tiangong-2, luego de más de 1000 dias en órbita, siendo lanzada en setiembre de 2016 para 2 años de operación.
-En 2020, el 5 de mayo fue lanzado en su vuelo inaugural, mision Y1, con dos cargas útiles de prueba el LM-5B Y1 (según el diseño, el LM-5 es capaz de colocar 25,000 kg en órbita baja y el LM-5B 14,000 kg en órbita de transferencia Geoestacionaria ) , y cuyos restos siguieron una trayectoria de reingreso que paso sobre Sydney, New Calcedonia, Fiji, cruzó el continente americano, sobre California y New York, luego Africa, hasta que cayeron el 13 de mayo en Costa de Marfil cerca de la villa de Manhonou, registrando algunos daños menores. Hasta ese momento fue el 4to objeto mas grande en hacer una reentrada no controlada desde el espacio, donde se cuentan: el Skylab (1979) de la NASA, la estacion MIR Rusa (2001), el Transbordador Columbia de la NASA (2003), y la primera etapa de este Long March 5B (2020).
-En el 2021, el 29 de abril, otro cohete, el LM-5B Y2, fue lanzado para dejar en órbita el primer módulo de la estación espacial: el «Tianhe», y el 9 de mayo reingresaron los restos, esto por unos dias generó una situación de alerta, que según la ESA era vigente para el continente americano al sur de Nueva York, África y Australia, ciertas partes de Asia, el sur de Japón y en Europa, España, Portugal, Italia y Grecia, hasta que finalmente esta pieza se desintegro sin incidentes sobre el Océano Índico, cercano a las Maldivas.
-En 2021, el 29 de mayo fue lanzado un LM-7 y el 15 de junio reingresaron de forma segura los restos. Este fue lanzado con un módulo de la estación espacial, la  carga robótica Tianzhou-2 .
-En junio de 2022, el dia 5, fue lanzado un cohete Long March 2F (CZ-2F) que transportó a tres astronautas chinos a la estación espacial, en la misión Shenzhou-12. Luego la última etapa tuvo una reentrada el dia 21 de forma controlada como estaba prevista, reingresando sobre el Atlántico, cerca de las costas de Marruecos, y terminando de desintegrarse sobre el Mediterráneo.
-En 2022, lanzado el 24 de julio a las 06:22 UTC, y luego de entregar el modulo «Wentian» la segunda etapa de la estación espacial, el 30 de julio la etapa central del tercer CZ-5B Y3, reentro a la atmósfera a las 16:45 GMT al suroeste de asia y cayo en el mar de Sulu, entre Filipinas e Indonesia, de acuerdo a la CNSA.
-En el 2022, fue lanzado el 31 de octubre, día lunes, es lanzado el LM-5B Y4, el cuarto, para dejar en orbita el modulo «Mentian» de la estación espacial, luego el 4 noviembre, viernes, el resto del lanzador luego de sobrevolar centroamerica, México y los Estados Unidos realizó una reentrada descontrolada estrellándose en el oceano Pacífico a unos 1000km al oeste de Acapulco, México.
LOS LANZAMIENTOS
La existencia de un riesgo por el reingreso de un desecho espacial, por lo general, se origina como resultado de un lanzamiento destinado a órbitas bajas, que se da por que el cohete y el desecho que genera sea de gran tamaño y ha entrado en órbita momentáneamente. Estos grandes restos al reingresar, pueden ser consumidos parcialmente, Pero las grandes y pesadas piezas como los motores y tanques de titanio llegan a la superficie terrestre casi íntegros. A partir de ello el riesgo se hace latente porque al lanzar a la misma latitud que las ciudades y grandes centros poblados los restos que orbitan cruzan por encima de estos lugares.
La latitud y la inclinación de la órbita de inserción con la que el lanzador coloca las cargas utiles son los que definen este último aspecto, ahora un punto importante: los lanzamientos de los cohetes más potentes y gran tamaño, que ahora China usa también para poner en órbita baja su estación espacial, son principalmente usados para colocar cargas útiles en órbitas geoestacionarias (las más alejadas a 36.000km), o en las lunares como lo fue con las misiones apolo, así por regla o buena práctica, los grandes restos de las primeras etapas o la etapa central cuando usa boosters, no deberían alcanzár la Primera Velocidad Espacial, por lo que no entrarían en órbita y deberían caer en forma controlada e inmediata a tierra o al oceano (re-enable), o bien si alguna etapa significativamente grande alcanzaba la velocidad quedaba en órbitas más elevadas, con pocas posibilidades de reingreso, y ahora para el caso de la instalación de la Estación Espacial Internacional se uso el transbordador espacial que resultó un cargero de gran capacidad y reutilizable que eliminaba el problema de los grandes desechos en las órbitas a baja altitud y que seguia la regla. Pero los poderosos lanzamientos continuan, y los europeos, rusos, estadounidenses, y chinos, principalmente, lanzan desde latitudes lo más cercanas posibles al ecuador, se tiene asi los sitios de lanzamiento de Cabo Cañaveral, Florida, para el caso de la NASA; Bankour en Kasakistan para ROSCOSMOS; o la Guayana Francesa, para la ESA (la más cercana de todas al ecuador); y el puerto espacial de Wenchang que opera desde 2014 en la isla de Hainan para la CNSA, por lo que en muchos casos los desechos espaciales no suelen sobrevolar altas latitudes ni muchos lugares densamente poblados y por lo tanto muchos acaban en el Pacífico, los que logran parcialmente sino totalmente desintegrarse.
LOS TIPOS DE REINGRESO
Este tipo de maniobras de reingresos pueden ser entonces de dos tipos:
-Controladas, donde existe una trayectoria y lugar de reingreso predeterminado para la deposicion de los restos espaciales;
-Incontroladas : cuando el lugar y momento de reingreso no puede ser determinado con precision abriendo la posibilidad de deposición ocurra a lo largo de un amplio espectro de la trayectoria seguida.
Este ultimo procedimiento se estila como una buena práctica en ciertos casos, aunque la mayoria de las agencias espaciales con capacidad tecnológica, no lo contempla con objetos sumamente masivos.
LAS PROBABILIDADES.
Sin embargo, la probabilidad de que caigan escombros espaciales sobre lugares poblados es mínima:
1) Existe la premisa de que el 70% de la superficie de la tierra es agua y los núcleos poblados están distribuidos de forma heterogénea por el 30% restante del planeta.
2) La desintegración en la atmósfera, suele reducir la basura espacial, sobreviviendo del 20 al 40% del total de su masa.
Sobre la ejecucion de la reentrada incontrolada, ningún estado o agencia espacial viola algún tratado internacional. Solo, si los restos povocaran algun incidente o accidente al caer sobre algún lugar poblado, el estado o institución deberia hacerse responsable, de acuerdo al Tratado Internacional del Espacio, del año 1967.
LOS SEGUIMIENTOS.
Para el seguimiento de los desechos se han creado dependencias dedicadas a ello que trabajan con cooperación y uso de numerosos telescopios, radares y centros de procesamiento. En los Estados Unidos la NASA y el DoD a través de la SSN-Space Surveillance Network y la NASA Orbital Debris Program Office (ODPO); en la ESA la SST-Space Surveillance and Tracking y la oficina de desechos espaciales ESO- Space Debris Office, en Alemania. En China la academia de ciencias CAS a traves de la CSODR-Center for space Objet and Debris Redearch.(中国科学院空间目标与碎片观测研究中心). En Rusia el «KIAM Centre on Collection, Processing and Analysis of Information on Space Debris» (CCPAISD), que incluye el «KIAM space debris data center» del » Keldysh Institute of Applied Mathematics, Russian Academy of Science (KIAM RAS)».

Con sus observaciones se llevan catalogos, o las llamadas bases de datos, donde se les asigna un código especifico por ejemplo el «International Designator» tambien conocido como COSPAR ID y NSSDC ID; y por otra parte el NORAD «Catalog number» de los Estados Unidos para que abarcan los objetos intactos, aunque tambien se tiene para los debris el USSTRATCOM del DoD, tambien el escuadron de control espacial No. 18 (18SPCS – U.S. Space Force’s 18th Space Control Squadron) proporciona el catálogo de NORAD a traves del Space-Track.org en línea para los usuarios registrados. Para la ESA en tanto se dispone del DISCOS (Database and Information System Characterizing Objects in Space). En cuanto China, esta estableció en el 2000 el plan «Space Debris Action Plan» (“空间碎片行动计划”) contentivo de tres proyectos principales, el «Space Debris Detection and Early Warning Project» (空间碎片探测预警工程”) con la base de datos como objetivo, el «Space Debris Protection Project» (“空间碎片防护工程” ) con el diseño de un experto sistema de protección, y el «Space Environmental Protection Project» ( “空间环境保护工程”) con el establecimiento del estándar para la mitigación de los riesgos de los desechos espaciales, por otra parte recientemente China libero el 28 de enero de 2022 el  «China’s Space Program: A 2021 Perspective», donde contempla mejorar el monitoreo de los desechos espaciales en los próximos 5 años, aun cuando no se conoce de una base de datos de aceso público. En Rusia se lleva una base de datos dedicada «KIAM Space Debris Database for Space Situation Awareness» desarrollada en 2005 a pedido de la academia de ciencias de Rusia (RAS) para colectar los datos desde la «international scientific optical Network»(ISON). Incluyendo la identificacion de objetos, analisis preciso de los datos recolectados, determinacion de las orbitas (OD), basados en metodos numéricos de propagación, mantenimiento y actualización diaria de la lista de órbitas asi como la programación de las observaciones.
EL PROCEDIMIENTO DE EVASIÓN
Ahora en cuanto al procedimiento que rige una maniobra de evasión de residuos en órbita es similar en todos los casos. Un satelite de órbita baja comunmente entre los 500km de altura circunscribe una órbita en promedio 90minutos, y si además es una orbita polar en sincronia con el sol como lo son los satélites de observación, una estación de control tiene una visión limitada en un tiempo variable que puede llegar a ser de alrededor de 10 minutos , dos veces al dia. Variaciones sustanciales de la orbita: inclinación, altura, u otros cambian la frecuencia de capacidad de enlace asi como la misión designada. Cuando un centro de cómputo y análisis determina que algún fragmento de desecho está en una probable ruta de colisión con alguna nave que puede o no ser de su jurisdicción, se le advierte a sus operadores, normalmente con mas de 48hs de anticipación del evento. Pero la probabilidad de colision es solo una estimación basada en una «nube» de probabilidad que envuelve la nave forma de un «tabaco» (elipsoide), así, si se estima que fragmento cruza el borde en esa nube con una aproximación que por ejemplo alcanza los 30m se dice que la probabilidad de impacto es 1 de 100, si pasa más alejado para probabilidad se reduce y pasa a ser 1 de cientos, miles o millones. Asi los datos de la orbita (parámetros orbitales) del escombro se simulan comparados con los datos precisos de la nave espacial proporcionados por el centro de operacion en la estacion de control, lo que se llama validación mediante propagación de las orbitas, los equipos de dinamica orbital y de operaciones deberan discutir los resultados y si se considera necesario, las eventuales maniobras, que debe ser validada nuevamente antes de su eventual ejecución y que usualmente consiste en que en la próxima oportunidad de vista del satelite se le envie una serie de instrucciones, que se almacenara en su memoria para que en momento determinado próximo encienda los propulsores y cambie su altitud en decenas o cientos de metros, y asi logre evadir la posibilidad de impacto
LAS CANTIDADES Y SUS ORÍGENES
Existen, según la ESA, estimados a mediados del 2022 que unas 10.000 Ton de desechos orbitan la Tierra, muchos de ellos bajo los 2.000 km de altitud, donde sus orígenes han sido producto de:
– unos 6.250 cohetes (que constituyen el 80% de los desechos),
-unos 2460 lanzamientos con motores de combustible sólido, que libera óxido de aluminio (Al2O3) en forma de polvo de tamaño micrométrico y partículas de escoria de tamaño de mm a cm.
-bajo el efecto en las superficie de los artefactos, de la incidencia de radiaciones ultravioletas extremad, particulas atomicas cargadas, oxigeno atómico, microimpactos, llegan a erosionar partículas por el orden de micrómetros a mm.
-el resultado de cuando los «núcleos» de los reactores nuclear Buk Rusos fueron eyectados en órbitas superiores (de 890 km donde tardarian entre 300 6 1000 años en reentrar en la atmósfera)  después del final de la operación de los satélites rusos de reconocimiento oceánico por radar en la década de 1980. De 31 reactores apagados con 30kg de uranio 235 aun en orbita, y salvo 2 que previamente reentraron, en 16 de estos eventos de eyección, numerosas gotas de líquido refrigerante del reactor (una aleación de sodio y potasio de bajo punto de fusión) fueron liberadas al espacio.
-Un experimento norteamericano en octubre 21 de 1961, y el 9 de mayo de 1963 llamado «Project Needles» o apodado «West Ford», que libero 20 kg de finos hilos de cobre, de 1.8cm de largo (igual que media longitud de onda de 8GHz) en órbita, tanto como 480 millones, para una prueba de comunicación de larga distancia. Se aseguraba que en 2 años habrían reentrado a la atmósfera terrestre empujados por ls presión del viento solar, algo que no sucedio completamente. En 1961 el dispositivo de despliegue operó solo un dia, por lo que en 1963 se realizó el segundo intento, donde esa vez desplegó en orbita polar la totalidad de los hilos recortados a una altura de 3.500km. De acuerdo a la NASA, solo el 25 al 45% se dispersaron correctamente residiendo sobre los 2500km, según observaciones hechas a mediados de los 90, y que a la vez se mantenian unos 46 acumulaciones remanentes donde 9 presentaban un perigeo menor a 2000km, eventualmente la SSN, solo ha catalogado 7 acumulaciones aún en órbita con una sección transversal de radar de 0.06 a 0.6m. En tanto se estima según la ESA que existan y por algunas décadas, cientos o quiza miles de acumulaciones aún orbitando, algunas quiza demasiado pequeñas como para ser detectadas.
– unos 13.630 satélites lanzados, donde solo orbitan 8.850 satelites y de ellos solo 6.700 aún están operativos, sumados además,
-unos 630 casos que han resultado en alguna clase de fragmentación, algunos por accidentes, incluso por explosión de las baterias o del combustible remanente a raiz del calor producto de la friccion con la atmósfera, aunque también por eventos intencionales.
CASO EMBLEMÁTICOS
Algunos casos emblematicos:
-1991[COLISIÓN] El Cosmos 1934
«1988-023A, 18985», inoperativo, de la constelación Parus y un escombro del «1977-062C, 13475», satélite de la constelación Tsikada, el 23 de diciembre de 1991, generando 3 fragmentos detectados. [*el COSMOS 1934 (1988-023A, 18985), lanzado en 1988; correspondian a 6 satélites de la constelación Parus o  Parouss  ( «Парус» «Vela» , de uso militar y similar al sistema Transit, de los EE.UU., proveia información de localización para el sistema Tsklon-B) Fueron lanzados 99 de ellos dede 1974 al 2010, estos estaban distribuidos en seis planos inclinados a 82.6 grados y de 30 grados de separación; en tanto el escombro del inoperativo satelite soviético COSMOS 926 (1977-062C, 13475), lanzado el 8 de julio de 1977 pertenece a la constelación Tsikada (versión civil del Parus, para buques civiles y militares, y cuyas naves eran estabilizados por gradiente gravitacional, fue predecesora del Glonass, y operativos desde 1978 y el ultimo lanzado en 1985, 22 en total), localizados en una órbita con 82.9° de inclinacion y 1000 km de altura y espaciados en 4 planos separados en 45° entre si, cada plano debia contar con al menos un satélite. Ambos fueron sistemas de navegación por satélite soviético para sus submarinos y buques con precision de 100m a 300m , y que se basaban el corrimiento Doppler (Doppler-shifted) de transmisiones VHF (aproximadamente entre 150 y 400 MHz.  Los sistemas proporcionaba algunas capacidades de comunicación en algunos satélites ]
-2004[ROTURA] Defense Meteorological Satellite Program (DMSP) spacecraft–F11 (1991-082A, 21798) el 15 de abril de 2004 Defense Meteorological Satellite Program, A poco más de 800km de altura, produjo 85 escombros, y no se confirmó la causa.
-2015[ROTURA] Defense Meteorological Satellite Program (DMSP) spacecraft–F13 (1995-015A, 23533) el 3 de febrero de 2015, A poco más de 800km de altura, produjo 238 escombros, y se confirmó la causa por una falla en las baterias.

-2015[ROTURA] NOAA-16 (2000-055A, 26536) el 25 de noviembre de 2015, A poco más de 800km de altura, produjo 458 escombros, y no se confirmó la causa.
-2021[ROTURA] NOAA-17 (2002-032A, 27453) el 10 de marzo de 2021, A poco más de 800km de altura, produjo 96 escombros, y no se confirmó la causa.
-1996[COLISIÓN] En 1996, 7 de julio colision por primera vez de dos un artefacto operativo con otro objetos artificial catalogados en el espacio. Un fragmento de una etapa descartada de un cohete Ariane 4 V-75 (1986-019RF, 18208) golpeo pero no destruyó al microsatelite Cerise (1995-033B, 23606), que efectuaba mediciones radiometricas del espacio, siendo estabilizado por gradiente gravitacional ( gravity-gradient stabilization boom) , de 50kg y estando a unos 670 km de altura y en orbita polar a unos 14km/s, como resultado se detecto un repentino cambio de actitud con un tambaleo del satelite y debio ser reprogramado en órbita para ser recuperado. Se reportaron dos fragmentaciones de acuerdo al 18-SPCS.
-2007[COLISIÓN] En enero de 2007, la pueba antisatelite ASAT de China contra el FengYun-1C, a 865km, se estima que incremento la basura espacial en un 25%.
-2009[INTENCIONAL] En el 2009, el 10 de febrero, un satelites militar ruso inoperativo, el Cosmos-2351 destruyo accidentalmente al de telecomunicaciones americano Iridium-33, a 776km, generando mas de 1800 fragmentos de al menos 10cm y 300.000 de al menos 1cm De ellos se estimó que a lo largo de 5 años al tanto como la mitad reentraria y se consumirían en la atmósfera. Este evento junto al del 2007 del satelite chino, según la nasa incremento en un 75% la cantidad de residuos espaciales.
-2021[COLISIÓN] En el 2021, el 18 de marzo, el satelite meteorologico chino, Yunhai 1-02 ( 2019-063A, 44547), a 780km de altura fue golpeado, pero no destruido, por uno de los restos de un cohete ruso Zenit-2(SL-16) (objeto 1996-051Q, 48078), que lanzo el satelite Tselina-2 (COSMOS 2333) en septiembre de 1996, aún cuando el margen de error del sistema de seguimiento a las 3:41 de la mañana (0741 GMT) era de 1 kilómetro de separacion. Como resultado de acuerdo al 18-SPCS pudieron ser detectados al menos treinta y siete nuevos escombros. [el Zenit-2 tenian 8 piezas de escombros catalogados, que luego de la colision genero entre otros, al objeto de unos 10 a 50 centímetros de acuerdo al catálogo de Space-Track.org ) ] .
-2021[INTENCIONAL] La prueba antisatelite ASAT de Rusia (2021, 15 de noviembre), contra su propio satelite Kosmos-1408, produciendo unos 1500 fragmentos dispersos a una altura de entre 440 a 520 km.

LOS TAMAÑOS
De los desechos existentes, respecto a su diámetro, se estima que:
Unos 5.400 son de al menos 1m
Unos 34.000 son de mas de 10cm
Unos 900.000 de al menos 1cm
Unos 130 millones de al menos 1mm
De ellos, algunos pequeños fragmentos viajando a 28.000km/h (7.000km/s) se convierten en autenticos proyectiles.
LOS REINGRESOS
De la basura en orbita, de media vuelven a ingresar en la atmósfera:
Cada año más de 100 toneladas en total.
Cada dos semanas alguno de más de 2Tn
Cada semana de alguno de más de 1.000 kg.

Algunos fragmentos, los más cercanos a los tierra logran naturalmente hacer reentrada a la tierra, bien sea por el arrastre del la atmósfera, la gravedad del sol y la luna y por la radiación solar. Sin embargo la mayoría de las estrategias plantedas para mitigar el problema de la basura espacial consiste en arrastrar de una forma u otra los cuerpos hacia la atmósfera para su desintegración.
LOS RIESGOS
Es que el verdadero peligro por los daños no está cuando la basura reingresa, sino en que la acumulación en órbita puede alcanzar un punto critico, donde a partir de un impacto se produciría una reacción en cadena de sucesivas colisiones con todo lo que orbite a esa altura, lo que es conocido como el «síndrome de Kessler», y eso si que se convertiría en una auténtica catastrofe: La ‘Tragedia de los Comunes».

https://www.hispaviacion.es/category/espacio/
https://www.esa.int/Space_Safety/Space_Surveillance_and_Tracking_-_SST_Segment
https://www.cdstm.cn/gallery/media/mkjx/kxzy/201202/t20120202_323524.html
https://www.lavozdegalicia.es/noticia/sociedad/2022/11/05/cohete-chino-descontrolado-cayo-pacifico-paso-junto-galicia/0003_202211G5P23991.htm
https://www.wired.com/2013/08/project-west-ford/
Stage of the Chinese Long March 5B rocket fell into the Sulu Sea
https://universemagazine.com/en/stage-of-the-chinese-long-march-5b-rocket-fell-into-the-sulu-sea/
China confirms Long March 5B core crashes into Sulu Sea
https://cosmosmagazine.com/space/china-confirms-long-march-5b-return/
https://www.space.com/space-junk-collision-chinese-satellite-yunhai-1-02
National Aeronautics and Space Administration Orbital Debris Quarterly News Volume 25, Issue 4 December 2021.

Haz clic para acceder a Final%20ODQN%2025-4_12-15-2021.pdf

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