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Hubble solar cell impact damage
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La impactante vida de Hubble rodeado de basura espacial

04/05/2020 489 views 9 likes
ESA / Space in Member States / Spain

Durante sus 30 años en órbita alrededor de la Tierra, el telescopio espacial Hubble de la NASA/ ESA ha sido testigo de la evolución de los vuelos espaciales, con un cielo cada vez más lleno de satélites, el lanzamiento de la Estación Espacial Internacional e impactos y explosiones que han dado lugar a nubes de desechos en rápido movimiento.

El propio Hubble ha sufrido el impacto de estos residuos, acumulando minúsculos cráteres en sus paneles solares, que dan cuenta de una vida larga y agitada en el espacio. Pero ¿qué podemos aprender de esos impactos? ¿Y qué futuro le espera a Hubble?

La astronauta Kathy Thornton arroja un panel dañado al espacio
La astronauta Kathy Thornton arroja un panel dañado al espacio

En 1993 se lanzó el transbordador de la primera misión de mantenimiento de Hubble. Al corregir la óptica del observatorio espacial, este pudo empezar a capturar las imágenes increíblemente nítidas del universo que todos adoramos.

Los astronautas de la misión también sustituyeron los paneles solares que habían sufrido fluctuaciones debido a los cambios de temperatura. Uno se eliminó en órbita y acabó desintegrándose en la atmósfera terrestre, pero el otro se trajo de vuelta a la Tierra.

Parte de la contribución de la ESA a Hubble fue diseñar, fabricar y suministrar los paneles solares a cambio de tiempo de observación, motivo por el cual el conjunto usado quedó a disposición de la Agencia para su estudio.

Esa fue una de las primeras oportunidades en la historia de la exploración espacial de ver las consecuencias en un satélite de pasar más de dos años en órbita. El equipo descubrió cientos de cráteres de impacto en la superficie de una pequeña sección del panel, con tamaños que iban de micras a milímetros de diámetro. 

Células solares construidas por la ESA y recuperadas del telescopio espacial Hubble en 2002
Células solares construidas por la ESA y recuperadas del telescopio espacial Hubble en 2002

Nueve años más tarde, los paneles volvieron a sustituirse y regresaron a la Tierra, después de haber sumado casi una década de impactos.

Este conjunto de paneles ahora está expuesto en ESTEC (Países Bajos), aunque un pequeño fragmento viajó hasta el control de misiones en ESOC (Alemania), donde se encuentra la Oficina de Desechos Espaciales.

Evidencias del bombardeo inicial de Hubble

Aunque no sabemos exactamente cuándo tuvo lugar cada impacto, estos debieron producirse durante el periodo en órbita del conjunto de paneles. Así, en ellos se encuentran pruebas únicas de su actividad durante la estancia en el espacio.

Los cráteres de impacto se estudiaron para determinar su tamaño y profundidad, pero también para buscar posibles nuevos residuos. Dado que se conocía la composición química de las células solares, los objetos impactados podrían haber dejado en los cráteres elementos o materiales extraños.

 Daño por impacto en una célula solar de Hubble
Daño por impacto en una célula solar de Hubble

La presencia de metales como el hierro o el níquel sugerirían que un impacto era de origen natural: fragmentos de asteroides y cometas conocidos como micrometeoroides. Sin embargo, los cráteres encontrados en los paneles solares de Hubble contenían pequeñas cantidades de aluminio y oxígeno, indicadores claros de actividad humana en forma de residuos del encendido de motores de cohetes sólidos.

El equipo de desechos espaciales, como parte de un esfuerzo mayor con socios tanto de la industria como del ámbito científico, fue capaz de identificar la forma y el tamaño de estos cráteres con modelos de encendido de cohetes de la época, y acabó encontrando una coincidencia entre los cráteres observados y los esperados.

¿Hubble sufrió daños?

Un icono de formación estelar
Un icono de formación estelar

Estas pequeñas partículas, con tamaños que van de micrómetros a un milímetro, habrían chocado contra Hubble a velocidades relativas de 10 km/s, aunque no tuvieron efectos pronunciados en el satélite, que sigue capturando imágenes asombrosas del universo.

Estos impactos se producen con cierta frecuencia en todo tipo de satélites y la principal consecuencia es la degradación, gradual pero continua, en la cantidad de energía que pueden producir los paneles solares.

Las nuevas misiones aprovechan un modelo creado por el equipo de desechos espaciales basándose en datos tempranos de impacto de Hubble para predecir cuántos impactos se puede esperar en cada misión y qué efectos tendrán en la energía solar.

Hubble aún vive bajo la amenaza de una colisión

Hubble en órbita
Hubble en órbita

Imaginemos a Hubble en órbita, dentro de un cubo de 1 x 1 x 1 km. De media, en cualquier momento habrá un objeto de una micra dentro de ese cubo, ya que en cada kilómetro cúbico de espacio alrededor de la Tierra hay un pequeño residuo espacial.

En principio no parece mucho, pero recordemos que tanto Hubble como estos minúsculos fragmentos viajan a 7,6 km/s con relación a la Tierra. Gran parte de las colisiones no se producen de frente, sino en ángulo, por lo que la velocidad relativa de los impactos asciende a unos 10 km/s.

Para simplificar, imaginemos que estas partículas viajan a 10 km/s con relación a un Hubble inmóvil. Así, cada segundo se cruzarían diez de estos objetos por el espacio cúbico de Hubble. Si tenemos en cuenta que los paneles solares del telescopio ocupan una gran superficie, pues miden unos 7 x 2 m, aumenta la probabilidad de que acaben encontrándose con un gran número de estos proyectiles.

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Distribución de la basura espacial en órbita alrededor de la Tierra
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Hoy Hubble sufre una amenaza similar por la presencia de pequeños residuos espaciales a la que experimentaba poco después de su lanzamiento. Aunque se siguen formando partículas del orden de micras, la atmósfera a esa baja altitud, 547 km por encima de la superficie terrestre, también barre un gran número de ellas.

En cambio, el riesgo que suponen los objetos más grandes es, lamentablemente, cada vez mayor. Los fragmentos de residuos de 1-10 cm son demasiado pequeños como para catalogarse y rastrearse desde tierra, pero bastarían para destruir un satélite entero. A la altitud de Hubble, la probabilidad de colisión con uno de estos objetos se ha duplicado desde principios de los años 2000, pasando del 0,15 % al 0,3 % al año.

Hubble vive donde se desplegarán las megaconstelaciones

Cobertura de las megaconstelaciones
Cobertura de las megaconstelaciones

En la actualidad se están lanzando algunos satélites cuya órbita no se puede modificar. Así, al finalizar su vida útil no se pueden maniobrar, sino que pueden insertarse en altitudes relativamente bajas para que, con el tiempo, la atmósfera terrestre los atraiga y acaben desintegrándose. Estas altitudes incluyen la región en la que se halla Hubble.

Además, el número total de satélites operativos que se van a desplegar en esta región parece llamado a aumentar rápidamente. Ciertas constelaciones de internet de banda ancha, la mayor de las cuales está previsto que contenga miles de satélites, tienen la vista puesta en esta región.

Seguridad espacial en la ESA

Muestra de impacto a gran velocidad
Muestra de impacto a gran velocidad

Para evitar la formación de más basura espacial por colisiones, el Programa de Seguridad Espacial de la ESA está desarrollando tecnologías de “evasión automatizada de colisiones” que, al automatizar el procesos de toma de decisiones en tierra, harán que la evasión de colisiones resulte más eficiente.

Pero ¿qué hacemos con la basura que ya está en el espacio? Por primera vez en la historia, la ESA ha puesto en marcha una misión de retirada activa de desechos, que eliminará de forma segura un objeto actualmente en órbita. El objetivo de la misión ClearSpace-1 será una pieza del cohete Vespa, de 100 kg, que quedó en órbita tras el segundo vuelo del lanzador Vega de la ESA en 2013.

Con una masa de 100 kg, su tamaño es similar al de un satélite pequeño. Además, su forma relativamente simple y su construcción robusta hacen que sea un primer candidato ideal, antes de pasar a capturas mayores y más difíciles en misiones posteriores, que con el tiempo también incluirán capturas multiobjeto.

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