Los desechos espaciales, también conocido como los desechos orbitales, basura espacial, y los desechos del espacio, es la colección de objetos de difuntos en órbita alrededor de la Tierra . Esto incluye todo, desde el pasado etapas de cohetes , viejossatélites , los fragmentos de la desintegración, la erosión, y las colisiones. Dado que las órbitas se solapan con nuevas naves espaciales, los escombros pueden chocar con naves espaciales en funcionamiento.

Actualmente, cerca de 19.000 piezas de desechos de más de 5 cm (2,0 pulgadas) se realiza un seguimiento, con otras 300.000 piezas de menos de 1 cm por debajo de 2.000 km de altitud. En comparación, la Estación Espacial Internacional órbita en el 300-400 kilómetros de alcance y tanto la colisión 2009 y 2007 antisat prueba hechos ocurrieron a entre 800 y 900 km.

La mayor parte de los desechos espaciales es inferior a 1 cm (0,39 pulgadas), incluyendo el polvo de los motores de cohete sólidos, productos de degradación de superficie, tales como restos de pintura, y el refrigerante liberados por RORSAT satélites nucleares. Los impactos de estas partículas causan daño erosivo, similar al chorro de arena . El daño puede ser reducido con " escudo Whipple ", que, por ejemplo, protege a algunas partes de la Estación Espacial Internacional . Sin embargo, no todas las partes de una nave espacial pueden ser protegidos de esta manera, por ejemplo, paneles solares y dispositivos ópticos (tales como telescopios, o rastreadores de estrellas ), y estos componentes están sujetos a desgaste constante por los desechos y micrometeoritos. El flujo de los desechos espaciales es mayor que meteroids por debajo de 2.000 km de altitud para la mayoría de los tamaños alrededor del año 2012.

Seguridad de los desechos de más de 10 cm (3,9 in) proviene de maniobrar una nave espacial para evitar una colisión. Si se produce una colisión, fragmentos resultantes más de 1 kg (2,2 libras) pueden convertirse en un riesgo de colisión adicional.

Como la probabilidad de colisión es influenciado por el número de objetos en el espacio, hay una densidad crítica, donde la creación de nuevos desechos se teoriza que ocurra más rápido que las diversas fuerzas naturales eliminarlos. Más allá de este punto, que ha abandonado la reacción en cadena puede ocurrir que pulveriza todo en órbita, incluidos los satélites de funcionamiento. Llamado el " síndrome de Kessler ", se debate si ya se ha alcanzado la densidad crítica en ciertas bandas orbitales.

Un síndrome Kessler fugitivo haría que los útiles bandas difíciles de usar en órbita polar, y aumentar considerablemente el costo de los lanzamientos y misiones espaciales. La medición, mitigación de crecimiento y la eliminación activa de los desechos espaciales son las actividades dentro de la industria espacial de hoy.

Historia

Micrometeoroides

En 1946, durante la lluvia de meteoritos Giacobinid , Helmut Landsberg recogió varias pequeñas partículas magnéticas que aparentemente están involuntariamente asociados con la ducha. Fred Whipple estaba intrigado por esto y escribió un artículo que demostraron que las partículas de este tamaño eran demasiado pequeños para mantener su velocidad cuando se encontraron con la atmósfera superior . En lugar de ello, rápidamente se desaceleró y luego cayeron a la Tierra sin fundir. Para la clasificación de este tipo de objetos, que acuñó el término " micro-meteoritos ".

Whipple, en colaboración con Fletcher Watson del Observatorio de Harvard , dirigió un esfuerzo para construir un observatorio para medir directamente la velocidad de los meteoros que se podían ver. En ese momento no se conocía el origen de los micrometeoritos. Las mediciones directas en el nuevo observatorio se utilizaron para localizar la fuente de los meteoros, lo que demuestra que la mayor parte del material se queda de cometas colas, y que nada de esto podría ser demostrado que tienen un origen extra-solar. Hoy Se entiende que los meteoros de todo tipo son material sobrante de la formación del sistema solar, que consiste en partículas de la nube de polvo interplanetario u otros objetos confeccionados con este material, como los cometas.

Los primeros estudios se basaron en sólo mediciones ópticas. En 1957, Hans Pettersson realizó una de las primeras mediciones directas de la caída de polvo espacial en la Tierra, a que la estimación sea 14,3 millones de toneladas por año. Esto sugiere que el flujo de meteoritos en el espacio era mucho más alto que el número basado en observaciones del telescopio. Tal alto flujo presenta un riesgo muy grave para las misiones más profundo en el espacio, específicamente los de alto órbita Apollo cápsulas. Para determinar si la medición directa era exacta, un número de estudios adicionales seguido, incluyendo el programa de satélite Pegasus . Estos mostraron que la tasa de meteoritos que pasan a la atmósfera, o flujo, estuvo en línea con las mediciones ópticas, alrededor de 10.000 a 20.000 toneladas por año.

Blindaje de micrometeoritos

El trabajo de Whipple es anterior a la carrera espacial y resultó útil para la exploración del espacio no comenzó hasta unos años más tarde. Sus estudios han demostrado que la probabilidad de ser golpeado por un meteorito lo suficientemente grande como para destruir una nave espacial era muy remota. Sin embargo, una nave espacial sería casi constantemente golpeado por micrometeoritos, aproximadamente del tamaño de granos de polvo.

Whipple ya había desarrollado una solución a este problema en 1946. Originalmente conocido como un "tope de meteoros", y ahora se llama el escudo Whipple , se trata de una película delgada de aluminio realizado a corta distancia del cuerpo de la nave espacial.Cuando un micrometeoritos golpea el papel de aluminio, que se evapora en un plasma que se propaga rápidamente. En el momento en este plasma cruza el hueco entre el escudo y la nave espacial, que se difunde de manera que es incapaz de penetrar en el material estructural por debajo. El escudo permite a un cuerpo de la nave que se construirá a sólo el espesor necesario para la integridad estructural , mientras que el papel de aluminio añade poco peso adicional. Esa nave es más ligero que una con paneles diseñados para parar directamente a los meteoros.

Para las naves espaciales que pasan la mayor parte de su tiempo en órbita, un poco de variedad del escudo Whipple ha sido casi universal desde hace décadas. La investigación posterior demostró que la fibra de cerámica escudos tejidos ofrecen una mejor protección a hipervelocidad (~ 7 km / s ) partículas que los de aluminio escudos de igual peso. Otro diseño moderno utiliza múltiples capas de tela flexible , como en la NASA 's Transhab módulo ampliable morada espacio.

Kessler asteroide estudio

Como las misiones espaciales se trasladaron fuera de la Tierra y en el espacio profundo, surgió la pregunta acerca de los peligros planteados por el cinturón de asteroides medio ambiente, que sondas tendrían que pasar a través de viajes al exterior del sistema solar . Aunque Whipple había demostrado que el entorno cercano a la Tierra no era un problema para los viajes espaciales, la misma profundidad de análisis no había sido aplicada a la banda. A partir de finales de 1968, Donald Kessler publicó una serie de documentos que estiman la densidad espacial de los asteroides. El principal resultado de este trabajo fue la demostración de que los riesgos en tránsito por el cinturón de asteroides podría mitigarse, y el máximo flujo posible era acerca de la mismo que el flujo en el espacio cercano a la Tierra. Algunos años más tarde, las Pioneer y Voyager misiones demostraron que esto es cierto transitando exitosamente esta región.

La evolución del cinturón de asteroides había sido estudiado como un proceso dinámico ya que se consideró por primera vez por Ernst Öpik . Papel seminal de Öpik considera el efecto de la influencia gravitatoria de los planetas en los objetos más pequeños, especialmente los asteroides de Marte de cruce, y señaló que su vida útil prevista era del orden de miles de millones de años. Una serie de trabajos exploró este trabajo aún más, usando órbitas elípticas para todos los objetos y la introducción de una serie de refinamientos matemáticos. Kessler utilizó estos métodos para estudiar las lunas de Júpiter, el cálculo de vida útil que se espera del orden de miles de millones de años y la demostración de que varias de las lunas exteriores eran casi con toda seguridad el resultado de colisiones recientes.

NORAD, Gabbard y Kessler

Desde los primeros días de la carrera espacial , el Comando de Defensa del Espacio Aéreo Norteamericano (NORAD) ha mantenido una base de datos de todos los lanzamientos de cohetes conocidos y los diversos objetos que llegan a la órbita, como resultado - no sólo los propios satélites, pero los escudos aerodinámicas que protegían ellos durante el lanzamiento, cohetes de refuerzo etapa superior que los colocaron en órbita, y en algunos casos, las etapas inferiores también. Esto fue conocido como el Catálogo Espacio de objetos cuando se creó con el lanzamiento del Sputnik en 1957. NASA publicó las versiones modificadas de la base de datos en la empresa común de dos líneas conjunto de elementos de formato a través de correo, ya partir de la década de 1980, la CelesTrak Bulletin Board System (BBS) que re-publicada.

Los rastreadores que alimentaron esta base de datos estaban al tanto de una serie de otros objetos en órbita, muchos de los cuales fueron el resultado de las explosiones en órbita. Algunos de estos fueron causados ​​deliberadamente durante la década de 1960 contra satélites arma (ASAT) las pruebas, mientras que otros son el resultado de las etapas de cohetes que habían "volado" en órbita como propulsor restos ampliado en un gas y rotura de sus tanques. Puesto que estos objetos sólo se está realizando un seguimiento de una manera casual, un empleado de NORAD, John Gabbard, se encargó de mantener una base de datos separada de la mayor cantidad de estos objetos como pudo. El estudio de los resultados de estas explosiones, Gabbard ha desarrollado una nueva técnica para predecir las trayectorias orbitales de sus productos. " diagramas Gabbard "(o parcelas), ya han sido ampliamente utilizados. Junto con Preston Landry, se utilizaron estos estudios para mejorar drásticamente el modelado de la evolución orbital y la decadencia.

Cuando la base de datos del NORAD se convirtió en la primera disposición del público en la década de 1970, Kessler aplicó la misma técnica básica desarrollado para el estudio del cinturón de asteroides a la base de datos de objetos conocidos. En 1978, Kessler y Burton Cour-Palais co-autor de la colisión de frecuencia fundamental de satélites artificiales: La creación de un cinturón de escombros, que mostró que el mismo proceso que controla la evolución de los asteroides podría causar un proceso de colisión similar en bajo la órbita terrestre (LEO), pero en lugar de miles de millones de años, el proceso tomaría sólo unas décadas. El documento concluye que hacia el año 2000, las colisiones de desechos formados por este proceso serían más numerosos que los micrometeoritos ya que el riesgo de ablación primaria de naves espaciales en órbita.

En el momento presente no parecía ser motivo de gran preocupación, ya que se sostiene ampliamente que la fricción de la atmósfera superior sería de órbita los escombros más rápido de lo que se estaba creando. Sin embargo, Gabbard era consciente de que el número de objetos en el espacio era poco representadas en los datos del NORAD, y estaba familiarizado con los tipos de residuos y su comportamiento. Poco después de que se publicó el artículo de Kessler, Gabbard fue entrevistado sobre el tema, y se acuñó el término " síndrome de Kessler "para referirse a las regiones orbitales donde los escombros se había convertido en un problema importante. El reportero usó el término literal, y cuando fue recogido en un Popular Science artículo en 1982, el término llegó a ser ampliamente utilizado. El artículo 1982 ganó el Premio Nacional de Periodismo de la Asociación de Escritores de Aviación / Espacio.

Los estudios de seguimiento

A falta de datos sobre el problema de los desechos provocó una serie de estudios para caracterizar mejor el entorno LEO. En octubre de 1979 la NASA proporcionó Kessler con fondos adicionales para nuevos estudios del problema. Varios enfoques fueron utilizados por estos estudios.

Los telescopios ópticos o radares de onda corta se utilizaron para medir con más precisión el número y tamaño de los objetos en el espacio. Estas mediciones demostraron que el recuento de la población publicada era demasiado bajo por lo menos 50%. Antes de que este se creía que la base de datos NORAD era esencialmente completa y representó al menos la mayoría de los grandes objetos en órbita. Estas mediciones demostraron que algunos objetos (generalmente las naves espaciales militares de EE.UU.) fueron eliminados deliberadamente de la lista de NORAD, mientras que muchos otros no fueron incluidos porque eran considerados sin importancia, y la lista no podían explicar fácilmente objetos de menos de 20 cm (7,9 in) de tamaño . En particular, los restos sobrantes de la explosión de las etapas de cohetes y varias décadas de 1960 pruebas antisatélite sólo fueron rastreados de una manera casual, con la base de datos principal.

Nave espacial-volado fueron examinados con microscopio en busca de pequeños impactos. Secciones del Skylab y el Apollo CSM se enfrentaron que habían sido recuperados. Cada estudio demostró que el flujo de los desechos fue mucho mayor de lo esperado, y que los escombros ya fue la fuente primaria de colisiones en el espacio. LEO ha demostrado ser sujeto a la Síndrome de Kessler, tal como se define en un principio. Véase también Solar Maximum Mission , el Fondo para eventos de larga duración de la exposición , del transbordador espacial misiones.

En 1981 Kessler descubrió el 42% de todos los residuos catalogados fue el resultado de sólo 19 eventos, en su mayoría explosiones de etapas de cohetes gastados, especialmente EE.UU. cohetes Delta . Kessler hizo este descubrimiento usando métodos de Gabbard contra campos de escombros conocidos, que revocó la celebrada anteriormente creencia de que los restos más desconocido era de pruebas ASAT de edad. El Delta sigue siendo un caballo de batalla del programa espacial de EE.UU., y había muchos otros componentes de Delta en órbita que aún no habían explotado.

Un nuevo síndrome Kessler

A través de la década de 1980, la Fuerza Aérea de los EE.UU. publicó un programa experimental para determinar lo que sucedería si los desechos chocó con satélites u otros desechos. El estudio demostró que el proceso fue totalmente a diferencia del caso micrometeor, y que muchas de las grandes trozos de escombros se crearía que sí sería una amenaza de colisión. Esto conduce a una preocupante posibilidad - en lugar de la densidad de basura es una medida del número de elementos lanzados en órbita, era ese número más cualquier nueva escombros causada cuando chocaron. Si el nuevo escombros no decae desde la órbita antes de impactar otro objeto, el número de elementos de escombros seguirá creciendo incluso si no había nuevos lanzamientos.

En 1991 Kessler publicó un nuevo trabajo utilizando los mejores datos disponibles entonces. En "colisiones en cascada: Los límites del crecimiento de la población en la órbita baja de la Tierra" se mencionan las conclusiones de la USAF sobre la generación de desechos. Aunque la gran mayoría de objetos de desecho por número era de peso ligero, como manchas de pintura, la mayoría de la masa era en los desechos más pesados, sobre 1 kg (2,2 libras) o más pesado. Este tipo de masa sería suficiente para destruir cualquier nave espacial en el impacto, creando más objetos en el área de la masa crítica. A medida que la Academia Nacional de Ciencias puso:

Un objeto de 1 kg impactando a los 10 km / s, por ejemplo, es probablemente capaz de catastróficamente romper una nave de 1.000 kg si se logra un elemento de alta densidad en la nave espacial. En una ruptura tal, se crearían numerosos fragmentos de más de 1 kg.

Análisis de Kessler llevó a la conclusión de que el problema podría ser categorizada en tres regímenes. Con una densidad lo suficientemente baja, la adición de los desechos a través de impactos es más lenta que su velocidad de desintegración, y el problema no se convierte en importante. Más allá de eso es una densidad crítica donde el plomo desecho adicional a las colisiones adicionales. A densidades superiores a este punto crítico, la tasa de producción es mayor que las tasas de descomposición, dando lugar a una "cascada", o la reacción en cadena , que reduce la población en órbita a los objetos pequeños en el orden de unos pocos cm de tamaño, haciendo cualquier tipo de actividad espacial muy peligrosa. Esta tercera condición, la reacción en cadena, se convirtió en el nuevo uso del término "Síndrome de Kessler".

En un recorrido histórico por escrito a principios de 2009, Kessler resumió la situación sin rodeos:

Actividades espaciales agresivos sin garantías adecuadas podrían acortar significativamente el tiempo entre colisiones y producir un riesgo intolerable para las futuras naves espaciales. Algunas de las actividades más peligrosas para el medio ambiente en el espacio incluyen grandes constelaciones como los propuestos inicialmente por la Iniciativa de Defensa Estratégica a mediados de la década de 1980, las grandes estructuras tales como las consideradas en la década de 1970 para la construcción de centrales de energía solar en la órbita terrestre, y la lucha contra guerra por satélite que utiliza sistemas probados por la URSS, los EE.UU. y China en los últimos 30 años. Tales actividades agresivas podrían crear una situación en que un solo fallo satélite podría dar lugar a fallos en cascada de varios satélites en un período de tiempo mucho más corto que en años.

Crecimiento Escombros

Frente a este escenario, ya en la década de 1980 la NASA y otros grupos dentro de los EE.UU. trataron de limitar el crecimiento de los desechos. Una solución particularmente eficaz fue implementado por McDonnell Douglas en el refuerzo de Delta, haciendo que el refuerzo se alejan de su carga útil y luego ventilar cualquier propelente restante en los tanques. Esto eliminó la acumulación de presión en los tanques que habían causado que exploten en el pasado. Otros países, sin embargo, no eran tan rápidos en adoptar este tipo de medida, y el problema siguió creciendo a lo largo de la década de 1980, especialmente debido a un gran número de lanzamientos en la Unión Soviética .

Una nueva batería de estudios seguido como NASA, NORAD y otros trataron de entender mejor exactamente lo que era el ambiente. Cada uno de estos estudios ajustar el número de piezas de desechos en esta zona masa crítica hacia arriba. En 1981, cuando se publicó el artículo de Schefter se colocó en 5.000 objetos, pero una nueva batería de detectores en el Electro-Optical profundo de Vigilancia Espacial de base en tierra del sistema encontró rápidamente nuevos objetos dentro de su resolución. A finales de 1990 se pensaba que la mayoría de los 28.000 objetos lanzados ya había decaído y sobre 8500 se mantuvo en órbita. En 2005 esto se había ajustado al alza de 13.000 objetos, y un estudio de 2006 planteado esta a 19.000 como resultado de un ASAT de prueba y una colisión de satélites. En 2011, la NASA dijo que se está realizando un seguimiento de 22.000 objetos diferentes.

El crecimiento en el recuento de objetos, como resultado de estos nuevos estudios ha dado lugar a un intenso debate dentro de la comunidad espacial sobre la naturaleza del problema y advertencias anteriores. Después de 1991 la derivación de Kessler, y actualizaciones a partir de 2001, el entorno LEO dentro de los 1.000 km (620 millas) de altitud debe estar ahora dentro de la región en cascada. Sin embargo, sólo un incidente grave se ha producido: la colisión de satélites 2009 entre el Iridium 33 y Cosmos 2251. La falta de una cascada evidente en el corto plazo ha llevado a una serie de quejas que las estimaciones originales sobreestimado el tema. Kessler ha señalado que el inicio de una cascada no sería evidente hasta que la situación estaba muy avanzado, lo que podría tomar años.

Un modelo de la NASA 2006 sugirió que, incluso si no hay nuevos lanzamientos se llevaron a cabo, el medio ambiente seguiría contener a la población conocida entonces-hasta cerca de 2055, momento en el que se incrementaría por sí mismo. Richard Crowther del británico de Defensa Evaluación e Investigación de la Agencia afirmó que cree que la cascada se iniciará alrededor de 2015. La Academia Nacional de Ciencias, que resume la opinión de los profesionales, señaló que existía un acuerdo generalizado de que dos bandas de espacio LEO, 900 y 1.000 km (620 millas ) y 1.500 km (930 millas) altitudes, ya estaban más allá de la densidad crítica.

En la Conferencia del Aire y del Espacio Europeo de 2009, de la Universidad de Southampton , Reino Unido investigador, Hugh Lewis predijo que la amenaza de los desechos espaciales se elevaría un 50 por ciento en la próxima década y cuadruplicar en los próximos 50 años. Actualmente, más de 13.000 llamadas cercanas se realiza un seguimiento semanal.

Un informe publicado en 2011 por el Consejo Nacional de Investigación de los EE.UU. advirtió a la NASA que la cantidad de basura espacial que orbita la Tierra estaba en el nivel crítico. Algunos modelos de computadora mostraron que la cantidad de desechos espaciales "ha alcanzado un punto de inflexión, con la suficiente actualmente en órbita para colisionar continuamente y crear aún más escombros, aumentando el riesgo de las fallas de la nave espacial". El informe ha llamado a las regulaciones internacionales para limitar los desechos y la investigación sobre la eliminación de los residuos.

Caracterización

Grande vs pequeño

Cualquier discusión de los desechos espaciales en general, clasifica los desechos grandes y pequeños. "Grande" no se define por su tamaño tanto como la capacidad actual para detectar objetos de algún límite de tamaño inferior. En general, los grandes se toma como 10 cm (3,9 pulgadas) de ancho o más grande, con masas típicas del orden de 1 kg (2,2 libras). Lógicamente se seguiría que los desechos pequeños sería algo más pequeño que eso, pero en hecho de la de corte es normalmente 1 cm (0,39 pulgadas) o más pequeño. Escombros entre estos dos límites normalmente sería considerado "grande" también, pero va no medida debido a nuestra incapacidad para realizar un seguimiento de ellos.

La gran mayoría de los residuos se compone de objetos más pequeños, de 1 cm (0,39 pulgadas) o menos. La actualización de mediados de 2009 a la NASA escombros FAQcoloca el número de artículos grandes de escombros de más de 10 cm (3,9 in) a 19.000, entre 1 y 10 centímetros (3,9 pulgadas), aproximadamente 500.000, y que los elementos de escombros menores de 1 cm (0,39 in ) supera a decenas de millones de personas. En términos de masa, la gran mayoría del peso total de los escombros se concentra en objetos de mayor tamaño, usando números del 2000, cerca de 1.500 objetos que pesen más de 100 kg (220 lb) cada uno representan más del 98% de las 1.900 toneladas de escombros que se conocían entonces en la órbita baja de la tierra.

Desde desechos espaciales proviene de los objetos hechos por el hombre, la masa total posible de escombros es fácil de calcular: es la masa total de todos los organismos de las naves espaciales y cohetes que han alcanzado la órbita. La masa real de los desechos será necesariamente menor que, como las órbitas de algunos de estos objetos tienen ya decayó. Como la masa de escombros tiende a estar dominado por los objetos más grandes, la mayoría de ellos hace mucho tiempo se han detectado, la masa total se ha mantenido relativamente constante a pesar de la adición de muchos objetos más pequeños. Utilizando la cifra de 8.500 artículos de escombros conocidos a partir de 2008, la masa total se estima en 5.500 t (£ 12 millones).

Escombros en LEO

Cada satélite, sonda espacial y la misión tripulada tiene el potencial de crear desechos espaciales. Cualquier impacto entre dos objetos de masa considerable puede Spall off escombros metralla de la fuerza de la colisión. Cada trozo de metralla tiene el potencial de causar un daño mayor, creando aún más basura espacial. Con una colisión lo suficientemente grande (como la que existe entre una estación espacial y un satélite difunto), la cantidad de desechos en cascada podría ser suficiente para hacer que la órbita baja de la Tierra, esencialmente inutilizable.

El problema en LEO se ve agravado por el hecho de que hay pocos "órbitas universales" que mantienen a la nave espacial en los anillos de particulares, a diferencia de GEO, una sola órbita ampliamente utilizado. El más cercano serían las órbitas síncronas solares que mantienen un ángulo constante entre el sol y el plano orbital. Pero los satélites LEO están en diferentes planos orbitales que ofrecen cobertura global, y las 15 órbitas por día típico de LEO satélites resultados en los enfoques frecuentes entre pares de objetos.Desde órbitas síncronas solares son polares, las regiones polares son puntos de paso comunes.

Después se crea desechos espaciales, perturbaciones orbitales significan que la dirección del plano orbital cambiará con el tiempo, y por lo tanto pueden ocurrir colisiones desde prácticamente cualquier dirección. Las colisiones de este modo por lo general se producen a velocidades relativas muy altas, típicamente de varios kilómetros por segundo. Tal colisión normalmente crear un gran número de objetos en el rango de tamaño crítico, como era el caso en la colisión 2009. Es por esta razón que el Síndrome de Kessler se aplica más comúnmente sólo a la región de la LEO. En esta región una colisión creará escombros que recorrerá otras órbitas y este aumento de la población lleva a efecto cascada.

En las órbitas terrestres de baja más utilizados para misiones tripuladas, 400 km (250 millas) y más abajo, la resistencia del aire residual ayuda a mantener las zonas claras. Las colisiones que ocurren bajo esta altitud son un problema menor, ya que dan lugar a órbitas fragmento que tiene el perigeo en o por debajo de esta altitud. La altitud crítica también cambia como resultado del clima espacial ambiente, lo que hace que la atmósfera superior se expanda y contraiga. Una expansión de la atmósfera conduce a una mayor resistencia a los fragmentos, lo que resulta en una vida útil más corta órbita. Una atmósfera expandida durante algún período de tiempo en la década de 1990 es una de las razones de la densidad de los desechos orbitales se mantuvo baja durante algún tiempo. Otra fue la rápida reducción de los lanzamientos por parte de Rusia, que se llevó a cabo la gran mayoría de los lanzamientos durante los años 1970 y 80.

Los escombros en las zonas altas

A mayor altitud, donde la resistencia atmosférica es menos significativo, el decaimiento orbital lleva mucho más tiempo. Poca resistencia atmosférica , perturbaciones lunares y solares presión de radiación pueden traer poco a poco de escombros a altitudes más bajas, donde se desintegra, pero a gran altura esto puede tomar miles de años. Así, mientras estas órbitas son generalmente menos utilizada que la LEO, y la aparición de un problema es más lento como resultado, los números progresan hacia el umbral crítico mucho más rápidamente.

La cuestión es especialmente problemático en las valiosas órbitas geoestacionarias (GEO), donde los satélites son a menudo agrupados sobre sus "objetivos" en tierra primaria y comparten la misma trayectoria orbital. perturbaciones orbitales son importantes en GEO, causando la deriva longitud de la nave espacial, y una precesión del plano de la órbita si no se realiza ninguna maniobra. Los satélites activos mantienen su estación a través de los propulsores, pero si se convierten en inoperables se convierten en una preocupación de colisión (como en el caso de Telstar 401 ). Se ha estimado que es uno de cerca (a menos de 50 metros) el enfoque por año.

Por el lado positivo, las velocidades relativas de GEO son bajos, en comparación con las que existen entre los objetos en órbitas bajas de la tierra en gran parte al azar. El impacto velocidades pico en alrededor de 1,5 km / s (0.93 mi / s). Esto significa que el campo de escombros de una colisión no es lo mismo que una colisión LEO y no plantea el mismo tipo de riesgos, por lo menos en el corto plazo. Sería, sin embargo, es casi seguro que golpee el satélite fuera de servicio. Estructuras a gran escala, como satélites de energía solar , sería casi seguro que sufrir grandes colisiones en períodos cortos de tiempo.

En respuesta, la UIT ha puesto exigencias cada vez más estrictas en la capacidad de mantenimiento de la estación de nuevos satélites y exige que los propietarios garantizan su capacidad para moverse con seguridad los satélites fuera de sus posiciones orbitales al final de su vida. Sin embargo, los estudios han sugerido que incluso los requisitos de la UIT existentes no son suficientes para tener un efecto importante sobre la frecuencia de colisión. Además, la órbita GEO es demasiado lejos para hacer mediciones precisas del campo de escombros existente para los objetos de menos de 1 m (3 pies 3 pulgadas), por lo que la naturaleza exacta del problema existente no es bien conocida. Otros han sugerido que estos satélites pueden mover a espacios vacíos dentro de GEO, lo que requeriría menos maniobras y hacer que sea más fácil predecir los movimientos futuros. Un riesgo adicional es presentado por los satélites en otras órbitas, especialmente los satélites o refuerzos quedaron varados en órbita de transferencia geoestacionaria , que son motivo de preocupación debido a las grandes velocidades por lo general de cruce.

A pesar de estos esfuerzos en la reducción de riesgos, las colisiones de naves espaciales han llevado a cabo. El satélite de la ESA telecomunicaciones Olympus-1 fue alcanzado por un meteorito el 11 de agosto de 1993 y dejó a la deriva. El 24 de julio de 1996, Cerise , un francés de microsatélites en una LEO sincronizada con el sol, fue alcanzado por fragmentos de un cohete Ariane-1 H -10 booster etapa superior que había estallado en noviembre de 1986. El 29 de marzo de 2006, el ruso Express-AM11 satélite de comunicaciones fue golpeado por un objeto desconocido que la hacía funcionar. Afortunadamente, los ingenieros tuvieron suficiente tiempo en contacto con la nave para enviar a una órbita de aparcamiento fuera de la órbita geoestacionaria.

Las fuentes de los desechos

Nave espacial Dead

Los satélites que orbitan la Tierra abandonados

En 1958 los Estados Unidos lanzaron Vanguard I en una órbita terrestre media (MEO). Se convirtió en una de las piezas de la supervivencia más largos de los desechos espaciales hechas por el hombre, y en octubre de 2009 es la pieza más antigua de basura todavía en órbita.

En un catálogo de lanzamientos conocidos hasta julio de 2009, la Unión de Científicos Preocupados lista 902 satélites operativos. Se trata de una población conocida de 19.000 objetos de gran tamaño y cerca de 30.000 objetos jamás realizadas. Por lo tanto, los satélites operacionales representan una pequeña minoría de la población de objetos hechos por el hombre en el espacio. El resto son, por definición, los escombros.

Una serie particular de satélites presenta una preocupación adicional. Durante los años 1970 y 80, la Unión Soviética puso en marcha una serie de satélites de vigilancia naval como parte de su RORSAT programa (Océano Radar reconocimiento por satélite). Estos satélites fueron equipadas con un BES-5 del reactor nuclear con el fin de proporcionar suficiente energía para operar sus sistemas de radar. Los satélites fueron normalmente impulsaron a una altura media órbita cementerio , pero hubo varios fallos que dieron lugar a los materiales radiactivos que llega al suelo (ver Kosmos 954 y Kosmos 1402 ).Incluso aquellos dispuestos éxito de hoy se enfrentan a un problema de los desechos de los suyos, con una probabilidad calculada de 8% que uno va a ser perforado y liberar su refrigerante a través de cualquier período de 50 años. Los refrigerantes auto-formas en gotas hasta alrededor de algunos centímetros de tamaño y estos representan una fuente significativa de escombros de los suyos.

Equipos Perdido

Según Edward Tufte 'libro s' de ideación de la información ", los objetos de los desechos espaciales han incluido un guante perdido por el astronauta Ed White en el primer estadounidense en el espacio-walk (EVA), una cámara de Michael Collins perdió cerca de la nave espacial Gemini 10 , bolsas de basura arrojados por los soviéticos cosmonautasen todo el Mir 15 años la vida de la estación espacial; . una llave inglesa y un cepillo de dientes Sunita Williams de la misión STS-116 perdieron una cámara durante la EVA.En un EVA para reforzar un panel solar desgarrado durante la misión STS-120 , un par de pinzas se perdió y durante la misión STS-126 , Heidemarie Stefanyshyn-Piper perdió una bolsa de herramientas tamaño de un maletín en una de EVAs de la misión.

Boosters

Etapas más bajas, como los cohetes de combustible sólido del transbordador espacial, o el Saturno IB etapa del programa Apolo era, no llegan a velocidades orbitales y no agregan a la carga masiva en órbita. Las etapas superiores, como el Superior Inercial Etapa , empezar y terminar su vida productiva en órbita. Boosters que permanecen en órbita son un problema de los desechos en serio, y uno de los principales eventos de impacto conocidos se debió a un refuerzo de Ariane.

Durante los primeros intentos para caracterizar el problema de los desechos espaciales, se hizo evidente que una buena proporción de todos los residuos se debe a la ruptura de cohete etapas superiores, particularmente no pasivada etapas. A pesar de que la NASA y la USAF hacer rápidamente los esfuerzos para mejorar la supervivencia a largo plazo de sus impulsores, con la adición de un requisito de misión para la etapa superior de pasivación , otros lanzadores no implementaron cambios similares.

El 11 de marzo de 2000, un chino Gran Marcha del 4 etapa superior CBERS-1/SACI-1 explotó en órbita y creó una nube de escombros.

Un evento de magnitud similar ocurrió el 19 de febrero de 2007, cuando un ruso Briz-M fase de refuerzo explotó en órbita sobre el sur de Australia. El refuerzo se había lanzado el 28 de febrero 2006 que lleva un Arabsat-4A satélite de comunicaciones, pero un mal funcionamiento antes de poder utilizar la totalidad de su propulsor. La explosión fue capturado en la película por varios astrónomos, pero debido a la trayectoria de la órbita de la nube de escombros ha sido difícil de cuantificar mediante radar. Al 21 de febrero de 2007, se habían identificado más de 1.000 fragmentos. Un tercer caso de ruptura se produjo el 14 de febrero de 2007, registrado por Celes Trak. Ocho rupturas se produjeron en 2006, el más descanso -ups desde 1993.

Otra Briz-M se separó el 16 de octubre 2012 después de fracasar en el lanzamiento de protones, de 6 de agosto. La cantidad y la gravedad de los escombros aún no se ha determinado.

Los escombros y como arma

Una fuente importante de escombros en el pasado fue la prueba de armas anti-satélite llevadas a cabo por los EE.UU. y la Unión Soviética en la década de 1960 y 70. Los archivos de elementos NORAD sólo contenían datos para las pruebas soviéticas, y no fue hasta mucho más tarde se identificó que los restos de las pruebas de los Estados Unidos. En el momento en el problema de los desechos se entiende, la prueba ASAT generalizada había terminado. Única arma activa del estadounidense, Programa 437 , fue cerrada en 1975.

Los EE.UU. reiniciado sus programas de ASAT en los años 1980 con el Vought ASAT ASM-135 . Una prueba de 1985 destruyó un 1 t (2.200 libras) de satélites de órbita de 525 km (326 millas) de altitud, la creación de miles de piezas de desechos espaciales mayores de 1 cm (0.39 pulgadas). Debido a que tuvo lugar en la altitud relativamente baja, la resistencia atmosférica causó la gran mayoría de los residuos de gran tamaño a decaer desde la órbita dentro de una década. Después de la prueba de EE.UU. en 1985, hubo una moratoria de facto sobre dichas pruebas.

De China fue ampliamente condenado después de su prueba de misiles anti-satélites 2007 , tanto por las implicaciones militares, así como la enorme cantidad de escombros que creó. Este es el mayor incidente más basura espacial en la historia en términos de nuevos objetos, que se estima han creado más de 2.300 piezas (actualizado 13 diciembre 2007) de los desechos objeto de control (tamaño aproximado pelota de golf o más grandes), más de 35.000 piezas de 1 cm (0,4 pulgadas) o más grandes, y 1 millón de piezas de 1 mm (0,04 pulgadas) o más grandes. La prueba se llevó a cabo en la parte del espacio cercano a la Tierra más densamente poblada de satélites, ya que el satélite objetivo orbitaba entre 850 kilometros (530 millas) y 882 kilometros (548 millas). Dado que la resistencia atmosférica es muy baja en esa altitud , los restos podrían ser menos propensos a volver a la Tierra. En junio de 2007, de la NASA nave espacial medioambiental Terra fue el primero en realizar una maniobra con el fin de prevenir los impactos de estos desechos.

El 20 de febrero de 2008, los EE.UU. lanzaron un misil SM-3 desde el USS Lake Erie especialmente para destruir un satélite espía defectuoso EE.UU. cree que está llevando 1,000 libras (450 kg) de tóxicos hidrazina propulsor. Ya que este evento ocurrió a unos 250 km (155 millas) de altitud, todos los escombros resultantes tienen un perigeo de 250 km (155 millas) o más bajo. El misil estaba dirigido a reducir deliberadamente la cantidad de residuos tanto como sea posible , y de acuerdo a las fuentes estatales de Estados Unidos, que habían decaído, supuestamente a principios de 2008.

La vulnerabilidad de los satélites a una colisión con los residuos más grandes y la facilidad de lanzar un ataque de esa índole contra un satélite de bajo vuelo, ha llevado a algunos a especular que tal ataque sería dentro de las capacidades de los países que no pueden hacer un ataque de precisión como el ex EE.UU. o sistemas soviéticos. Un ataque contra un gran satélite de 10 toneladas o más podría causar un enorme daño al medio ambiente LEO.

Aspectos operacionales