Negocios espaciales y basura espacial

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Ha terminado la saga de los transbordadores espaciales y vienen los severos recortes a la NASA. ¿Significa esto el fin de la era espacial o de los negocios en el espacio? Pues no. La basura espacial parece un nuevo campo de actividad económica.

Distraídos por la crisis

Estamos tan metidos en la crisis que olvidamos lo espacial, vivimos tanto en los números que se nos olvida la realidad que está allá arriba.  Actualmente el espacio se usa para muchas cosas, además de usarse para satélites militares y de predicción de clima.  La TV, la telefonía, el internet, son algunos cuantos negocios de gran importancia que utilizan el espacio, satélites alrededor de la Tierra, y que no se van a acabar con la crisis.  Estos negocios están y estarán amenazados por un problema muy grave: La basura espacial.  La solución, por supuesto, consiste en recoger la basura espacial.  ¿Puede la recolección de basura espacial convertirse en un negocio?  Entendamos la problemática y la solución.

1950 hasta hoy: Llenamos la órbita de basura

Tras la primera incursión en el espacio, el ser humano ha ido llenando el espacio de basura, y no se trata sólo de satélites que dejan de servir, sino que también hay pedazos de cohete que pertenecen a la última etapa de un vuelo que dejó esa basura allí, herramientas o piezas que se dejaron flotando por olvido o negligencia.  También hay fragmentos de basura que resultan de colisiones ocurridas con anterioridad.  Ya los centros de mando terrestres tienen que estar monitoreando para alertar a la estación ISS sobre la cercanía de la basura espacial.  En vuelos de transbordador espacial ya se ha reportado la colisión de varios fragmentos de basura espacial muy pequeña contra la nave.  El telescopio Hubble ha recibido impactos pequeños también.  También se ha tenido que mover satélites con propulsión propia de sus órbitas para evitar choques y ha habido casos donde la cercanía de las trayectorias ha sido de 15 metros.

¿Cuál es el problema de los impactos de basura espacial?  En la órbita baja los objetos viajan a velocidades cercanas a los 7.5 km por segundo, y todas las órbitas están ubicadas en un plano orbital que pasa por el centro de la Tierra (o muy cerca, considerando la distribución de la masa del planeta).  Esto significa que dos planos orbitales inclinados entre sí, con órbitas que estén a la misma altura en el punto de intersección de planos, son puntos donde puede ocurrir choque de basura espacial.  La velocidad de impacto dependerá del ángulo entre los planos orbitales y por supuesto la velocidad orbital a una altura dada.  Con esas velocidades hasta un grano de arena que flota en el espacio puede resultar muy peligroso.  Cruzarse con escombros de basura espacial termina siendo como cruzar una autopista con los ojos cerrados, con la diferencia de que las autopistas manejan muy bajas velocidades.  El resultado de cruzarse en el camino de la basura espacial se ha retratado de manera dramática en la película de Alfonso Cuarón, Gravity.  Esta película retrata muy bien un problema que ha sido largamente ignorado: La basura espacial.  También existe la serie animada japonesa Planetes que toca el tema de la basura espacial.  Parece que cuando hablamos del espacio, la basura espacial parece ser el tema más atractivo que se nos ofrece actualmente, tiene el mayor potencial de despertar interés en la gente común, y quizás también entre otras audiencias que pagarían por deshacerse de ella, porque necesitan hacerlo.

Las colisiones espaciales causarán la existencia de fragmentos que al chocar con otros objetos causarán la existencia de otros fragmentos.  Como el campo de gravedad de la Tierra no es esférico, sino que hay perturbaciones causadas por la luna y el sol, así como los movimientos de masas en la Tierra, los objetos en el espacio terminan dispersándose alrededor de la Tierra, creando una capa de peligrosa basura que cierra el camino al uso de órbitas para su explotación comercial o para exploración espacial.  A este fenómeno se le llama "síndrome Kessler".  Un documental de la ESA explica con lujo de detalles el serio problema de la basura espacial que ya ha pasado los límites seguros (Video: The WAR on SPACE DEBRIS).

More than 500,000 pieces of debris, or “space junk,” are tracked as they orbit the Earth. They all travel at speeds up to 17,500 mph, fast enough for a relatively small piece of orbital debris to damage a satellite or a spacecraft. The rising population of space debris increases the potential danger to all space vehicles, but especially to the International Space Station, space shuttles and other spacecraft with humans aboard. - Space Debris and Human Spacecraft

Current strategies emphasize debris mitigation, as there is no practical method for debris removal. Raytheon BBN Technologies (BBN) and the University of Michigan will study the Space Debris Elimination (SpaDE) system to remove debris from orbit by firing focused pulses of atmospheric gases into the path of targeted debris. - Space Debris Elimination (SpaDE)

GAO found that: (1) most current NASA designs to protect the space station and crew from debris are outdated, since they rely on a 1984 model of the space environment, which underestimates the increasing amount of debris the space station will encounter; (2) although NASA has instructed its space centers to incorporate a 1991 model into their designs, the centers have not yet implemented the change, as it will negatively affect design, cost, and scheduling; (3) the overall NASA protection strategy for space debris is insufficient; (4) before NASA completes critical design reviews in early 1993, it must make decisions regarding tradeoffs between costs to protect the station, possible scheduling delays, and acceptable risks to station safety; and (5) NASA has been working with other space-faring nations to avoid further debris creation, and has made progress in estimating the current and future severity of the debris problem. - Delays in Dealing With Space Debris May Reduce Safety and Increase Costs

Puedes descargar el add-on AGI Satellite Database para Google Earth que muestra todos los objetos grandes que están hoy en la órbita. Con este addon se puede ver la magnitud del problema de la basura espacial, pues los satélites en servicio son una pequeña fracción de todos los objetos que están allí flotando, inservibles.

Con el tiempo, la cantidad de objetos aumentará con las colisiones hasta que ya será un problema tan grande que la explotación comercial del espacio puede enfrentar altísimos costos.  Y eso ocurrirá simplemente sin hacer nada al respecto, con la basura que ya existe allá arriba.  El costo no sólo se refiere a la implementación de protección contra choques, sino demandas judiciales contra las empresas que tiene los objetos que impactan.

Problemas técnicos para recoger la basura

¿Por qué entonces nadie recoge la basura para tener más orbitas explotables?  El tema  tiene que ver con el gasto de propelente para empujar un cambio de inclinación orbital, pasar de una órbita con una inclinación a otra órbita con inclinación distinta, es decir, pasar de un plano orbital a otro.  El cambio de plano orbital es una de las maniobras que más propelente consume, comparable con un viaje interplanetario (transferencia planetaria).

Cuando miras el space shuttle, imaginarías que su tanque de combustible incluye el cambio de inclinación orbital, pero no es así.  El plano orbital está más o menos fijo en el espacio (sujeto a las perturbaciones gravitacionales) y como la Tierra da vueltas, un punto sobre la Tierra a cierta distancia del ecuador pasaría dos veces por el plano orbital, debido a la rotación de la Tierra.  Los despegues de space shuttle suelen realizarse cuando el punto de despegue se aproxima al plano orbital, de modo que la nave se inserta directamente en ese plano.  Y puedes ver la indecente cantidad de combustible que usa para lograrlo.  Para un cambio de inclinación orbital se necesita mucho más.

El propelente es un generador de momentum (impulso) que se define como el producto de la masa por la velocidad.  Los cohetes de combustión tienen una velocidad fija a la cual sale el chorro y la manera en que logran más impulso es empujando más masa.  El problema de esto es que si llenas más de combustible, hay más masa que empujar también, por lo que parte del combustible empuja la nave y otra parte empuja el combustible.  Esto significa que la cantidad de masa para aumentar el impulso no tiene un comportamiento lineal.  Para resolver este problema, han tratado de mejorar una variable llamada "impulso específico" o ISP que es el cambio de momentum por unidad de masa, o dicho de otra manera es cuanto empujas al usar ese combustible, una medida de eficiencia.

Con el tiempo se ha ido desarrollando sistemas más eficientes que usan la combustión, y los motores SSME del space shuttle tienen una altísima eficienia, pero aún no es suficiente.  Los motores iónicos ofrecen una alternativa, porque en lugar de tener velocidad fija del chorro y usar más masa, pueden acelerar más la masa, por lo que se ocupa menos masa de propelente.  Sin embargo, estos motores suelen usar propelentes muy exóticos.

Una alternativa viable podría ser el motor VASIMR, el motor de plasma, que usa un propelente no tan exótico.  La fuente de energía ya existe para este motor. Parece una muy buena opción para recoger basura espacial y su eficiencia es altísima.  Con un motor de combustión un viaje a Marte podría durar 7 meses, y con el VASIMR duraría unos 39 días (High-Tech VASIMR Rocket Engine Could Tackle Mars Trips, Space Junk and More).

To clear the GEO it would be using VASIMR (Variable Specific Impulse Magneto plasma Rocket) system satellite thrusters which will get attached to the geostationary satellite revolving in orbit and will push them out of the Earth orbit by proving required DeltaV needed for escaping the earth gravity totally. - Space Debris Removal from Lower Earth Orbit and Geosynchronous Earth Orbit using Electrodynamic Tethers and VASIMR Technology

La ventaja de un motor que no ocupe tanta masa de propelente es que nos acerca más a la realización de maniobras de cambio de inclinación orbital, de modo que lo que queda es diseñar los mecanismos de captura de la basura, porque así como puede ser un objeto de cierta forma y tamaño estándar que permanece quieto, también puede tratarse de una nube de partículas o un objeto dañado y deformado que gira. Y sobre esto ya se está avanzando (Research program to tackle asteroid and space debris manipulation).

Clientela de la recolección de basura espacial

¿Quién pagaría por el servicio de recolección de basura?  Existen varias posibilidades. 

  • Si una empresa ve que un satélite suyo sin propulsión va a chocar con otro, podría querer que el recolector le cambiara de órbita, para evitar una demanda de otra empresa y aumentar la vida útil del satélite.
  • Si una empresa ve que basura espacial pone en riesgo su satélite, probablemente pagaría al recolector para que recoja la basura.
  • Si un país o empresa quiere usar un espacio ocupado por basura espacial, probablemente pagaría por limpiar esa órbita.
  • Si un país quiere retirar satélites con componentes secretos, podría comprar un recolector para empujar el objeto fuera de la gravedad terrestre hacia el sol.

Posibilidades hay bastantes.  Ahora bien, como en todo negocio existen riesgos.  Pero de que hay posibilidades de negocios espaciales, las hay.  Cada inversor ha de analizar sus riesgos y beneficios, como es usual, pero además tendrá que conocer un poco más acerca de cómo funcionan las cosas en el espacio.  La idea de traer este tema a colación ha sido introducir un tema que ha estado largamente ausente del debate en temas de inversiones, e iniciar el debate al respecto.  Todo el mundo piensa en invertir en petróleo, oro, o en golondrinas apocalípticas. Y por ello hemos descuidado el espacio.  Cada vez que hacemos una llamada telefónica, o navenagndo en Internet o viendo la TV, podríamos estar llamando al espacio.

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