NORAD, Gabbard e KesslerEdit
Willy Ley previu em 1960 que “Com o tempo, um número de tiros tão acidentalmente demasiado sortudos irá acumular-se no espaço e terá de ser removido quando a era do voo espacial tripulado chegar”. Após o lançamento do Sputnik 1 em 1957, o Comando de Defesa Aeroespacial Norte-Americano (NORAD) começou a compilar uma base de dados (o Catálogo de Objetos Espaciais) de todos os lançamentos de foguetes conhecidos e objetos que chegam à órbita: satélites, escudos protetores e foguetes impulsionadores de alto e baixo estágio. Mais tarde, a NASA publicou versões modificadas da base de dados em conjunto de elementos de duas linhas, e durante o início dos anos 80 o sistema de quadro de avisos CelesTrak re-publicou-as.
Os rastreadores que alimentaram o banco de dados estavam cientes de outros objetos em órbita, muitos dos quais eram o resultado de explosões em órbita. Alguns foram causados deliberadamente durante os testes de armas anti-satélite (ASAT) dos anos 60, e outros foram o resultado de fases de explosão de foguetes em órbita à medida que os restos de propulsores se expandiam e rompiam seus tanques. Para melhorar o rastreamento, John Gabbard, funcionário da NORAD, manteve uma base de dados separada. Ao estudar as explosões, Gabbard desenvolveu uma técnica para prever os caminhos orbitais dos seus produtos, e os diagramas (ou parcelas) de Gabbard são agora amplamente utilizados. Estes estudos foram usados para melhorar a modelagem da evolução e decadência orbital.
Quando a base de dados NORAD se tornou disponível publicamente durante a década de 1970, o cientista da NASA Donald J. Kessler aplicou a técnica desenvolvida para o estudo da faixa de asteróides à base de dados de objetos conhecidos. Em 1978, Kessler e Burton Cour-Palais foram co-autores de “Frequência de Colisão de Satélites Artificiais”: The Creation of a Debris Belt”, demonstrando que o processo de controle da evolução dos asteróides causaria um processo de colisão semelhante na LEO em décadas e não em bilhões de anos. Eles concluíram que por volta de 2000, os destroços espaciais ultrapassariam os micrometeoróides como o principal risco ablativo de orbitar as naves espaciais.
Na época, pensava-se que o arrasto da atmosfera superior iria destruir os destroços mais rapidamente do que foi criado. Entretanto, Gabbard estava ciente de que o número e tipo de objetos no espaço estavam sub-representados nos dados da NORAD e estava familiarizado com seu comportamento. Em entrevista logo após a publicação do artigo de Kessler, Gabbard cunhou o termo síndrome de Kessler para se referir ao acúmulo de detritos; ele se tornou amplamente utilizado após seu aparecimento em um artigo de 1982 da Popular Science, que ganhou o Prêmio Nacional de Jornalismo da Aviation-Space Writers Association 1982.
Estudos de acompanhamentoEditar
A falta de dados concretos sobre detritos espaciais motivou uma série de estudos para melhor caracterizar o ambiente LEO. Em outubro de 1979, a NASA forneceu à Kessler financiamento para mais estudos. Várias abordagens foram utilizadas por esses estudos.
Telescópios ópticos e radar de comprimento de onda curto foram utilizados para medir o número e tamanho de objetos espaciais, e essas medidas demonstraram que a contagem da população publicada era pelo menos 50% baixa demais. Antes disso, acreditava-se que a base de dados NORAD representava a maioria dos grandes objetos em órbita. Alguns objectos (tipicamente naves espaciais militares americanas) foram omitidos da lista NORAD, e outros não foram incluídos por serem considerados sem importância. A lista não podia contabilizar facilmente objetos de tamanho inferior a 20 cm (7,9 pol.) em particular, detritos de estágios de explosão de foguetes e vários testes anti-satélite dos anos 60.
Naves espaciais retornadas foram examinadas microscopicamente para pequenos impactos, e seções do Skylab e do Módulo de Comando/Serviço Apollo que foram recuperadas foram encontradas. Cada estudo indicou que o fluxo de detritos era maior do que o esperado e que os detritos eram a principal fonte de micrometeoróides e colisões de detritos orbitais no espaço. LEO já demonstrou a síndrome de Kessler.
Em 1978, Kessler descobriu que 42% dos detritos catalogados eram o resultado de 19 eventos, principalmente explosões de estágios gastos de foguetes (especialmente foguetes Delta dos EUA). Ele descobriu isso primeiro identificando aqueles lançamentos que foram descritos como tendo um grande número de objetos associados a uma carga útil, depois pesquisando a literatura para determinar os foguetes usados no lançamento. Em 1979, esta descoberta resultou no estabelecimento do Programa de Detritos Orbitais da NASA após um briefing para a gerência sênior da NASA, derrubando a crença anteriormente defendida de que a maioria dos detritos desconhecidos eram de antigos testes ASAT, e não de explosões de foguetes de estágio superior dos EUA, que aparentemente poderiam ser facilmente gerenciados através do esgotamento do combustível não utilizado do foguete Delta de estágio superior após a injeção da carga útil. A partir de 1986, quando se descobriu que outras agências internacionais estavam possivelmente enfrentando o mesmo tipo de problema, a NASA expandiu seu programa para incluir agências internacionais, sendo a primeira a Agência Espacial Europeia.:2 Vários outros componentes Delta em órbita (Delta era um cavalo de batalha do programa espacial americano) ainda não tinham explodido.
Uma nova síndrome de KesslerEdit
Durante os anos 80, a Força Aérea Americana (USAF) conduziu um programa experimental para determinar o que aconteceria se os detritos colidissem com satélites ou outros detritos. O estudo demonstrou que o processo diferia das colisões com micrometeoróides, com grandes pedaços de detritos criados que se tornariam ameaças de colisão.
Em 1991, Kessler publicou “Collisional cascading: The limits of population growth in low Earth orbit” com os melhores dados então disponíveis. Citando as conclusões da USAF sobre a criação de detritos, ele escreveu que embora quase todos os objetos de detritos (tais como manchas de tinta) fossem leves, a maior parte de sua massa estava em detritos de cerca de 1 kg ou mais pesados. Essa massa poderia destruir uma nave espacial no impacto, criando mais detritos na área de massa crítica. De acordo com a Academia Nacional de Ciências:
Um objeto de 1 kg impactando a 10 km/s, por exemplo, é provavelmente capaz de quebrar catastroficamente uma espaçonave de 1.000 kg se atingir um elemento de alta densidade na espaçonave. Em tal quebra, numerosos fragmentos maiores que 1 kg seriam criados.
A análise do Kessler dividiu o problema em três partes. Com uma densidade baixa, a adição de detritos por impactos é mais lenta que a sua taxa de decaimento e o problema não é significativo. Além disso, há uma densidade crítica, onde detritos adicionais levam a colisões adicionais. Em densidades além dessa produção de massa crítica excede a decadência, levando a uma reação em cadeia em cascata, reduzindo a população em órbita a pequenos objetos (vários centímetros de tamanho) e aumentando o perigo da atividade espacial. Esta reação em cadeia é conhecida como síndrome de Kessler.
Em uma visão geral histórica do início de 2009, Kessler resumiu a situação:
Atividades espaciais agressivas sem salvaguardas adequadas poderiam encurtar significativamente o tempo entre colisões e produzir um perigo intolerável para futuras naves espaciais. Algumas das atividades ambientalmente mais perigosas no espaço incluem grandes constelações como as inicialmente propostas pela Iniciativa de Defesa Estratégica em meados dos anos 80, grandes estruturas como as consideradas no final dos anos 70 para a construção de estações de energia solar na órbita da Terra, e guerra antisatélite usando sistemas testados pela URSS, EUA e China durante os últimos 30 anos. Tais atividades agressivas poderiam criar uma situação em que uma única falha de satélite poderia levar a falhas em cascata de muitos satélites em um período muito menor do que anos.