martes, 14 de diciembre de 2010

El modelo Legend: anticipando colisiones en el espacio.


Entorno orbital de la Tierra según la ESA.

El pasado mes de setiembre un viejo satélite no operativo de la NASA sufrió daños que generaron una serie de fragmentos en una franja orbital a 530 km de altura. El Unites States Space Surveillance Network (SSN) detectó estos fragmentos y avisó a la NASA y se modificó la órbita de la Estación Espacial Internacional para evitar lo que sería una colisión catastrófica.

Según Nicholas L. Johnson, el responsable de la NASA en materia de residuos espaciales, los eventos como el del pasado setiembre se han vuelto el doble de probables que hace dos años atrás. El problema de la basura espacial y sus consecuencias sobre la explotación de los recursos orbitales, es cada vez más complejo, y además en pleno crecimiento: se estima en que cada año hay 300 nuevos residuos de tamaño mayor que 10 cm. Esta situación compromete no sólo a las misiones actuales, sino que especialmente a las futuras misiones orbitales.

Aproximadamente medio millón de residuos espaciales rodean nuestro planeta, en distintas altitudes y órbitas. El tamaño de estas partículas de basura espacial es del orden de una bolita (canica) y 15.000 de estos residuos tienen un tamaño mayor al de un puño. Se desplazan a velocidades orbitales, un máximo de casi 29.000 km/h, lo que convierte a estas piezas en la principal amenaza a satélites, naves tripuladas, y estaciones espaciales. Una colisión con un residuo de estas características significaría la destrucción asegurada de casi cualquier satélite conocido.



Gráfico que muestra el crecimiento de residuos espaciales de tamaño mayor a diez centímetros. En rojo el total de objetos, en violeta residuos desprendidos de diversas misiones, en azul satélites, en naranja residuos como consecuencia de las misiones y en verde lanzadores espaciales en órbita. La tasa anual de crecimiento es de 300!. Fuente: NASA.


 Ante esta situación la NASA ha desarrollado el más sofisticado de los modelos disponibles para estudiar la dinámica orbital de estos residuos: el Legend (low-Earth to geosynchronicus enviroment debris), un modelo tridimensional que permite estudiar la evolución histórica de los residuos espaciales a escala global. Partiendo de la base de datos generada desde 1957, año de nacimiento de la Era Espacial, hasta nuestros días el sistema cubre todas las franjas orbitales de nuestro planeta, desde los 200 km hasta los 50.000km.

 El modelo provee de un conjunto de datos fundamentales sobre los residuos como ser el tamaño, velocidad, latitud y longitud, densidad volumétrica; pero además permite simular la evolución de esta nube de residuos que rodea nuestro planeta. Los objetos incorporados al modelo incluyen cuerpos de lanzadores ya utilizados, satélites activos y fuera de servicio, fragmentos desprendidos de diversas misiones, y los residuos de NaK de los satélites soviéticos equipados con reactores nucleares. El modelo permite manejar información de partículas de un tamaño mínimo de 1 mm de diámetro, lo que lo sitúa como superior a los modelos utilizados por el U.S. Command Joint Space Operations Center.

De esta manera con el  Legend se obtienen diversos escenarios pasados para poder testear y perfeccionar el modelo, y cumplir su principal objetivo: anticipar futuras colisiones de residuos espaciales. Se estima que el Legend puede prever las colisiones con un período de advertencia de 72 horas, al igual que otros modelos, pero con la diferencia que el rango de predicciones se puede extender hasta 100 años. Toda esta información se analiza en un ambiente tridimensional que permite simular el entorno orbital con una precisión sin precedentes y en diversas modalidades.

 Algunos resultados de estas simulaciones se pueden apreciar en el siguiente gráfico:


El gráfico representa el acumulado de colisiones entre objetos mayores o iguales a 10cm. La curva obtenida con el Legend comienza en 2009, y los eventos marcados en rojo corresponden a colisiones ocurridas en 1991, 2005 y 2009. Se representan tres escenarios futuros: en rojo (BAU: Business As Usual) según el régimen actual de lanzamientos, en azul (PMD: Post Mission Disposal) si se utilizaran procedimientos activos para disminuir los residuos luego de los lanzamientos, y en verde (NFL: No Future Launches) si no se realizaran nuevos lanzamientos!. 

Uno de los responsables del modelo Legend, J.C. Liou estimó el año pasado que el modelo anticipa 178 colisiones para los próximos 200 años sólo en las órbitas bajas de la Tierra, de las cuales 83 de ellas tendrían consecuencias catastróficas, esto es, significaría la destrucción total  de los sistemas eventualmente involucrados. Esto arroja un promedio de 1 colisión cada 5 años. Esto incluye a la colisión que se produjo el año pasado entre un satélite norteamericano Iridium y el satélite ruso Cosmos, que dejó una estela de más de 2000 residuos detectables y de trayectoria orbital conocida.

El escenario futuro es extremadamente preocupante a tal grado que existe un cambio profundo de la visión que disponemos sobre la disponibilidad del recurso orbital. Anteriormente se consideraba al espacio orbital de la Tierra como prácticamente inagotable e "infinito".
Diversas interpretaciones sobre el problema de los residuos espaciales anteriormente propuestas, como por ejemplo el llamado "Síndrome de Kessler" han adquirido mayor atención por parte de las agencias espaciales. El síndrome hace mención a un estudio publicado por el astrofísico que trabajaba en la NASA Donal Kessler y que, en breves palabras, considera que una serie de colisiones en el espacio puede degenerar en un "efecto dominó" que colapse las órbitas bajas de la Tierra. Esta hipótesis se publicó inicialmente en 1978 y fue muy controvertido, sus estimaciones están en concordancia con los datos que provee el modelo Legend según un reciente trabajo publicado por Kessler y colaboradores.

Las consecuencias del estado actual de situación se están tomando muy enserio, y se están desarrollando numerosas propuestas para mitigar el efecto de incremento de número de residuos espaciales cuyo alcance es difícil de prever en el corto plazo, y para las cuales no existen soluciones mágicas o de efecto inmediato.



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 la colisión entre el Iridium y el Cosmos y sus consecuencias.






[Vía: Technology Review, de dónde provienen las gráficas]












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