A medida que el número de naves espaciales que orbitan alrededor de la Tierra aumenta a un ritmo sin precedentes, las preocupaciones sobre las colisiones de satélites están pasando de la teoría a la realidad inmediata.
Investigadores de la Universidad de Manchester han anunciado un nuevo enfoque de modelado que remodelará la forma en que se planifican las misiones de observación de la Tierra y ayudará a proteger órbitas abarrotadas al tiempo que entrega los datos de los que depende el mundo.
Su estudio introduce un marco que incorpora el riesgo de colisión de satélites directamente en las primeras etapas del diseño de la misión.
John Mackintosh, autor principal del estudio y becario postdoctoral en la Universidad de Manchester, dijo: «Nuestra investigación aborda lo que llamamos la ‘paradoja de la sostenibilidad espacial’: el riesgo de que el uso de satélites para resolver desafíos ambientales y sociales en la Tierra pueda, en última instancia, socavar la sostenibilidad a largo plazo del propio espacio».
«Al incorporar el riesgo de colisión en el diseño inicial de la misión, podemos planificar las misiones de observación de la Tierra de manera más responsable, equilibrando la calidad de los datos con la necesidad de proteger el entorno orbital».
Pista abarrotada bajo presión
El entorno orbital de la Tierra está cada vez más poblado. Actualmente hay aproximadamente 11.800 satélites activos en el espacio y se prevé que ese número podría superar los 100.000 a finales de la década.
A medida que aumenta el hardware, aumenta el riesgo de colisiones de satélites, lo que podría crear nubes de basura espacial que persisten durante décadas.
Cada impacto genera miles de fragmentos de escombros que pueden amenazar a las naves espaciales operativas, a los astronautas y a los corredores orbitales críticos. El peligro es grande. Si los escombros se acumulan en un área particular, podrían causar una serie de colisiones que podrían hacer que la trayectoria sea insegura de usar.
Al mismo tiempo, se está acelerando la demanda de datos obtenidos desde el espacio.
El papel esencial de la observación de la Tierra
Los satélites de observación de la Tierra desempeñan un papel central en el seguimiento del cambio climático, el seguimiento del uso de la tierra, el apoyo a la producción de alimentos y el fortalecimiento de las cadenas de suministro.
También son clave para la respuesta a desastres y la protección ambiental, apoyando los esfuerzos en línea con los Objetivos de Desarrollo Sostenible de las Naciones Unidas.
Sin embargo, existe una tensión creciente entre ampliar las redes de satélites para satisfacer las necesidades globales y mantener un entorno orbital sostenible. El uso del espacio para resolver los problemas de la Tierra, si no se gestiona, podría socavar la viabilidad a largo plazo del propio espacio.
El equipo de Manchester empezó a afrontar este dilema de frente.
Revisar el diseño de la misión desde cero.
Tradicionalmente, los requisitos de rendimiento de los satélites y la evaluación del riesgo de colisión se manejaban por separado, y las consideraciones de riesgo a menudo se introducían en una etapa tardía del proceso de desarrollo. El nuevo marco cambia completamente ese orden.
En lugar de tratar el riesgo de colisión como una consecuencia, el modelo relaciona los objetivos de la misión, como la resolución de la imagen y la cobertura geográfica, con factores que influyen en la probabilidad de una colisión de un satélite.
Estos incluyen el tamaño y la masa de la nave espacial, la cantidad de satélites en una constelación, la altitud orbital y la concentración de desechos en ciertas áreas de la órbita terrestre baja.
La integración de estos elementos en la etapa de concepto permite a los planificadores de la misión evaluar las ventajas y desventajas desde el principio. Los diseñadores pueden explorar cómo el cambio de altitud o el ajuste de la resolución de la imagen afectan tanto la calidad de los datos como la exposición a los desechos.
Información sorprendente sobre el riesgo de colisión
Uno de los hallazgos clave del estudio desafía las suposiciones comunes sobre las colisiones de satélites. El peligro no alcanza su punto máximo simplemente donde la densidad de escombros es mayor.
Por ejemplo, al modelar un satélite que puede capturar imágenes con una resolución de 0,5 metros, los investigadores descubrieron que la probabilidad de colisión es mayor entre 850 y 950 kilómetros sobre la superficie de la Tierra. La zona está ubicada aproximadamente a 50 kilómetros más arriba que el área con mayor concentración de escombros.
¿Por qué ocurre un desajuste? El tamaño del satélite juega un papel importante. Las naves espaciales más grandes presentan objetivos más grandes y transportan más energía en caso de colisión, lo que aumenta tanto la probabilidad como las consecuencias de una colisión.
El estudio también destaca el equilibrio entre altitud y tamaño del escuadrón. Los satélites que operan a mayores altitudes pueden cubrir áreas más grandes, por lo que se necesitan menos satélites. Sin embargo, estas naves espaciales deben ser más grandes y pesadas para lograr imágenes de alta resolución, lo que aumenta el riesgo de colisiones individuales.
Por el contrario, las órbitas más bajas requieren más satélites para mantener la cobertura, pero cada unidad es más pequeña y menos peligrosa para sí misma.
Proteger el espacio mientras contribuimos a la tierra
El modelo de Manchester proporciona una forma práctica de gestionar las colisiones de satélites sin comprometer los objetivos de rendimiento al incorporar el análisis de colisiones en el diseño de la misión. Esto brindará a los ingenieros una imagen más clara de cómo sus elecciones tecnológicas impactan la sostenibilidad espacial a largo plazo.
Los investigadores creen que este marco puede adaptarse a una variedad de sistemas de observación de la Tierra y perfeccionarse para capturar impactos ambientales más amplios.
Las iteraciones futuras también pueden tener en cuenta cuánto tiempo permanecen en órbita los fragmentos de escombros, la probabilidad de chocar con otras naves espaciales e incluso el impacto ambiental del reingreso de un satélite.
Si se adopta ampliamente, este enfoque podría ayudar a garantizar que los esfuerzos para monitorear el cambio climático, proteger los sistemas alimentarios y fortalecer la resiliencia global no aumenten involuntariamente la congestión orbital que los amenaza.
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