Una nueva estación láser abre el camino hacia la reducción de desechos

Desde el rastreo de satélites hasta la reducción de residuos

Imagine una serie de láseres instalados en la Tierra,  apuntando hacia el cielo en busca de satélites y fragmentos de basura espacial con el fin de medir sus posiciones y trayectorias para evitar posibles colisiones catastróficas. No hace falta un gran esfuerzo: esta es casi la realidad cotidiana que se vive en la nueva estación de emisión láser Izaña 1 (IZN-1) de la ESA, situada en Tenerife.  

IZN-1, desarrollada y actualmente gestionada por la ESA, es un banco de pruebas de tecnologías futuras, instalado a mediados de 2021 en el Observatorio del Teide. 

Tras varios meses de pruebas y procesos de puesta en marcha, la estación, el telescopio y el láser dirigen, desde julio del pasado año, su haz de luz verde concentrada hacia el cielo con el fin de detectar, rastrear y observar de cerca satélites activos.

En la actualidad, el láser funciona a 150 mW, pero su potencia pronto se actualizará para poder rastrear, además, basura espacial mediante un láser infrarrojo mucho más potente, con una potencia media de 50 vatios.

«En la actualidad, desde la estación Izaña de la ESA solo es posible rastrear satélites equipados con retrorreflectores, que representan una pequeña parte de la población total», explica Clemens Heese, responsable de Tecnologías Ópticas.

«La estación se actualizará en los próximos dos años para poder cumplir con las mismas funciones para el caso de objetivos no cooperativos, refiriéndose ante todo a basura espacial y satélites antiguos aún no equipados con parches retrorreflectores».

El primero de muchos en Europa

Si bien existen docenas de estaciones de seguimiento por láser repartidas a lo largo de toda Europa, la doble funcionalidad de la estación Izaña convierte a esta última en la primera de su tipo. Construida por la empresa alemana DiGOS, la estación Izaña, operada por control remoto, también se puede utilizar para establecer comunicaciones ópticas y está destinada a convertirse en un sistema robótico completamente autónomo y de última generación. Se espera que sea la primera de otras muchas similares en todo el mundo.

La tecnología, relativamente nueva en la historia de las observaciones terrestres de los desechos espaciales, permitirá a la estación rastrear los objetos inertes hasta entonces invisibles que acechan sobre nuestros azules cielos diurnos.

Como nuevo miembro de la familia de la Seguridad Espacial de la ESA, Izaña-1 proporciona apoyo para evitar colisiones vitales, así como un banco de pruebas para nuevas tecnologías sostenibles, como la transferencia de impulso láser o la coordinación del tráfico espacial.

Esa capacidad de rastreo de satélites y basura espacial en Europa podría contribuir a la construcción y acceso a un catálogo europeo de objetos espaciales.

Láseres en el espacio: ¿son seguros?

Pero ¡cuidado!, por encima de nosotros también hay pájaros, aviones y astronautas. ¿No implica un riesgo inaceptable apuntar con láseres al cielo? Por suerte, los láseres utilizados para el rastreo de satélites y desechos espaciales decepcionarían a cualquier villano de una película de James Bond que se precie de serlo.

En cualquier caso, la estación IZN-1 utilizará una potencia inferior a 100 vatios, lo que le confiere alrededor de una vigésima parte de la energía de un calentador eléctrico.

Estas fuentes de luz localizada emiten breves pulsos luminosos hacia su objetivo, determinando así la distancia, velocidad y órbita con precisión milimétrica, calculada a partir del tiempo que tarda la luz en completar el viaje de ida y vuelta hasta la fuente.

Aunque este tipo de láseres no se acercan (por ahora), ni mucho menos, a sus homólogos empleados para cortar o incluso empujar los objetos hacia los que apuntan, sí que pueden dañar el instrumental óptico sensible de los satélites, al igual que interferir el trafico aéreo.

«Que un láser incida sobre un avión puede ser muy peligroso, pues sus pilotos podrían distraerse y, en el peor de los casos, perder el control de la nave», explica Andrea di Mira, ingeniero de optoelectrónica de la ESA.

«Tenemos un cuidado exquisito para que esto no suceda, gracias a un conjunto de sensores que escanean el cielo en busca de aviones para garantizar que nuestros láseres no se aproximen a ellos».

Estos láseres también tienen el potencial de alterar las observaciones de telescopios que estudian el cielo nocturno. Para evitarlo, el Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) puso en marcha el Sistema de Control de Tráfico Láser (LTCS). El software de este sistema contribuye a evitar colisiones entre la luz láser y las zonas de observación, del mismo modo que el IZN-1 ayuda a evitar las «colisiones» entre objetos en órbita. Además, optar por un rango de frecuencias infrarrojo para la emisión láser permite minimizar los conflictos con los astrónomos.

Un paso clave hacia el control del tráfico espacial

Como parte del acelerador Protect de la ESA, la agencia está otorgando prioridad a la protección de los activos espaciales contra el creciente problema de los desechos espaciales, así como a los efectos de los fenómenos solares extremos o al clima espacial.

A medida que la nueva era espacial sigue avanzando hacia su pleno desarrollo, no dejan de lanzarse al cielo enormes constelaciones satelitales consistentes en millares, e incluso decenas de miles de satélites.

Los costosos métodos actuales empleados para evitar colisiones se tornarán inútiles a medida que sigan aumentando estas cifras. Por este motivo, la comunidad espacial internacional necesitará establecer algún método de control del tráfico espacial.

Para ello, será de vital importancia determinar de manera tan precisa como rápida la ubicación, la velocidad y la órbita de los objetos espaciales. En este sentido, la estación IZN-1 de la ESA constituirá un banco de pruebas muy necesario para desarrollar esta tecnología, mucho más precisa que los métodos de radar actuales.

Un láser que apunta hacia el futuro

En un futuro próximo, la estación IZN-1 de la ESA será una estación de seguimiento de desechos espaciales y satélites totalmente autónoma y altamente productiva. También se utilizará para poner a prueba el concepto de «Red de seguimiento láser de desechos espaciales », destinado a elaborar un catálogo de satélites.

Por lo que respecta a la comunicación óptica, la estación también se actualizará para recibir señales con una velocidad de datos muy elevada —de hasta 10 gigabits o superior, de conformidad con la normativa internacional al respecto— procedentes de satélites situados en la órbita terrestre baja, a unos 400 km de distancia de nuestro planeta.

Izaña pasará a formar parte de la planificada Red Europea de Núcleos Ópticos, el primer servicio operativo de estaciones terrestres de comunicación óptica de su categoría disponible para la comunidad espacial comercial general.

Además de todo esto, la estación ofrece la oportunidad desarrollar y probar tecnologías que permitan la «transferencia de impulso por medio de láser», en la que los láseres no sólo arrojarían luz sobre residuos, sino que los empujarían muy suavemente hacia nuevas órbitas, sacándolos de trayectorias que pudieran ocasionar posibles colisiones y de las rutas orbitales más transitadas.

Mientras la familia de la Seguridad Espacial de la ESA le da la bienvenida a IZN-1, también le abre los brazos a un prometedor futuro de tecnologías sostenibles, cruciales para un porvenir responsable, tanto en órbita como mas allá de ella.

Protección de la vida actual

En la actualidad de nuestra vida cotidiana —tanto en el espacio como en la propia Tierra— dependemos de tecnologías interrelacionadas. Pero esta infrasestructura, al igual que todo lo que depende de ella, es vulnerable.

Las tormentas solares pueden dañar las redes eléctricas, interrumpir las telecomunicaciones y poner en peligro los satélites, junto con los servicios vitales que estos nos brindan. Al mismo tiempo, en la medida en que ponemos en órbita cada vez más satélites, incrementamos también la cantidad de desechos arrojados al espacio, lo que aumenta de manera drástica los riesgos de colisión para las misiones actuales y futuras. En este sentido, nuestros actuales éxitos podrían conllevar fracasos futuros.

Enmarcado en la visión de futuro de la ESA, el nuevo acelerador “Protect” garantizará la resiliencia de las tecnologías de las que depende la modernidad. Al detectar e indicar, de manera anticipada, situaciones de riesgo relacionadas con tormentas solares incipientes, este acelerador contribuirá a proteger nuestras infraestructuras tanto en el espacio como en la Tierra. Asimismo, al fomentar el uso sostenible de las orbitas alrededor de la Tierra —un recurso finito y limitado—, garantizaremos que los beneficios espaciales continúen siendo accesibles a las generaciones futuras.