Imagínese como un astronauta que realiza experimentos científicos y acrobacias aéreas impresionantes. Radios de control de misión que todo el personal de la estación espacial debe evacuar a los vehículos de rescate porque un pedazo de escombros espaciales mortales se dirige hacia usted.
Este escenario no es ciencia ficción. En junio de 2011 Revista espacial informaron que "a seis miembros de la tripulación a bordo de la Estación Espacial Internacional se les dijo que se refugiaran en ... dos naves espaciales rusas Soyuz". A medida que más satélites lleguen al final de su vida operativa, habrá más emergencias de basura espacial en el espacio y en el suelo, sin duda con resultados menos agradables. Nuestra joven sociedad de transporte espacial ha tenido suerte hasta ahora: la EEI ha podido evitar la basura espacial, y los satélites caídos y descontrolados han caído afortunadamente en los océanos. Pero un día nuestra suerte se acabará.
Sin embargo, hay esperanza. Un nuevo artículo titulado Eliminación de restos orbitales con láser publicado en arXiv propone el uso de un sistema de láser pulsado de alta potencia de la Tierra para crear chorros de plasma en pedazos de desechos espaciales, ralentizándolos ligeramente, haciendo que vuelvan a entrar y se quemen en la atmósfera o caigan al océano.
Claude Phipps y su equipo de una compañía de alta tecnología llamada Photonic Associates describieron su método, llamado Eliminación de desechos orbitales láser (LODR), que utiliza tecnología láser de 15 años que ahora está disponible.
El equipo reconoció que "treinta y cinco años de mala limpieza en el espacio han creado varios cientos de miles de escombros espaciales de más de un cm en la ... banda de órbita terrestre baja (LEO)". Puede que no parezcan objetos grandes, pero con la densidad de energía de la dinamita, incluso una gran cantidad de pintura puede causar daños importantes.
Eliminar los escombros es una tarea urgente porque la cantidad de escombros que actualmente se encuentra en el espacio plantea una "cascada de colisión desbocada", con objetos que chocan entre sí, creando aún más piezas de escombros.
Existen otras soluciones además de crear un chorro de plasma, pero tienden a ser menos efectivas y más caras. Se podría usar un láser para moler un objeto en polvo, pero esto crearía un aerosol fundido incontrolable, lo que empeoraría el problema.
Agarrar el objeto o adjuntar un kit de desorbita puede ser efectivo. Desafortunadamente, requieren mucho combustible debido a la necesidad de acelerar para atrapar el objeto, lo que lleva a una solución más costosa: alrededor de $ 27 millones por objeto. Finalmente, existe la opción nuclear de liberar un gas, niebla o aerogel para reducir la velocidad de los objetos, pero esto afectaría tanto a las naves espaciales operativas como a las no operacionales.
En su artículo, Phipps y su equipo dicen que eliminar la basura espacial mediante la creación de un chorro de plasma de unos segundos de duración con un láser es la mejor solución, ya que cuesta solo $ 1 millón por objeto grande extraído y unos pocos miles por objetos pequeños. Además, los objetos más pequeños se pueden desorbitar en una sola órbita, y una constelación de "167 objetos diferentes se pueden abordar (golpear con un láser) en un día, lo que da 4.9 años para volver a entrar" en la atmósfera.
Los 167 objetos deben ser rastreados cuidadosamente para no cambiar sus caminos de fatalidad para peor; sin embargo, es posible usar el sistema para ajustar las órbitas de basura espacial. Dicho esto, los niveles actuales de seguimiento de desechos espaciales no son adecuados para implementar LODR, pero existe un doble beneficio de una eliminación más fácil y una mejor evitación con un mejor seguimiento de desechos. Un mejor seguimiento permitirá un mejor control del punto de reingreso y la modificación de la órbita con LODR, si es necesario.
¿Cómo puede un ligero impulso de un láser modificar una órbita? Si bien el láser no expulsa los escombros del aire, sigue siendo efectivo debido a la naturaleza de la mecánica orbital.
Imagine un cubesat que debe eliminarse a baja altitud, en órbita perfectamente circular. El golpeteo de un láser de alta potencia y el chorro de plasma generado empujarían el cubo hacia afuera, más lejos de la Tierra (mayor altitud) y hacia una órbita más elíptica.
Esto puede parecer una idea horrible durante el tiempo que el cubesat pasa a una altitud más alta, pero a medida que se acerca al semicírculo, corta la atmósfera a una altitud más baja ya que la elipse se deforma debido a los ajustes del láser. Dado que una altitud baja corresponde a una mayor resistencia, el cubo se desacelera y se bloquea en una órbita más baja. Esta es la razón por la cual las órbitas altamente elípticas se llaman órbitas de transferencia, ya que cambian de carril en la carretera del espacio. Ahora, con la órbita de transferencia completa, el cubesat se ralentiza lo suficiente como para que el cubesat ya no pueda alcanzar su órbita. El cubo se cae del cielo.
La carne de la investigación para LODR se ocupa de la atmósfera, ya que el láser puede desenfocarse si no se aborda la turbulencia atmosférica. LODR es complicado porque la turbulencia en la atmósfera causa distorsiones como las que se ven sobre una carretera en un caluroso día de verano o las que se ven al mirar a través de una botella de vidrio. Esta complicación se suma a la necesidad de apuntar hacia adelante para golpear a un objetivo, al igual que la necesidad de apuntar hacia adelante para golpear a un jugador en dodgeball.
Hay dos formas de cancelar la turbulencia. Primero, uno puede hacer brillar un láser en un punto conocido de la atmósfera, excitando los átomos de sodio en esa ubicación. Conociendo la altura de este punto en el cielo, el sistema puede flexionar el espejo reflector para enfocar el punto momento por momento. Entonces puede disparar libremente.
Una segunda forma implica el uso de un espejo de Phase Conjugate (PC), también conocido como retroflector, que podría deshacer automáticamente las turbulencias enviando luz cuya variación de fase se ha invertido. Es decir, enviará de vuelta un rayo láser “distorsionado opuestamente” cuya distorsión no es hecha por la atmósfera creando un rayo láser agudo.
LODR no es una bala de plata. Cableado informa que "la principal crítica de un proyecto de este tipo vendría de la comunidad internacional, que podría temer que un láser lo suficientemente potente podría ser utilizado con fines militares, como golpear satélites enemigos". Cableado luego realizó una entrevista con Kessler; El ex científico principal de la NASA para la investigación de desechos orbitales que dijo, debido a la política involucrada, "cualquier propuesta de láser está muerta a la llegada". Sin embargo, Phipps afirma que Cableadoque "si conseguimos la cooperación internacional adecuada, nadie creería que el láser es un arma con piel de cordero".
Todavía hay problemas sin resolver, como señala Kessler, golpear la parte incorrecta de un objeto espacial tendría resultados desastrosos. "Podría golpear la parte incorrecta de un satélite o podría vaporizarse lo suficiente como para hacer que explote". A pesar de eso, un estudio cuidadoso del objeto podría evitar cualquier peligro.
