NORAD, Gabbard y KesslerEditar
Willy Ley predijo en 1960 que «con el tiempo, un número de estos disparos accidentalmente demasiado afortunados se acumulará en el espacio y tendrá que ser eliminado cuando llegue la era de los vuelos espaciales tripulados». Tras el lanzamiento del Sputnik 1 en 1957, el Mando de Defensa Aeroespacial de Norteamérica (NORAD) comenzó a recopilar una base de datos (el Catálogo de Objetos Espaciales) de todos los lanzamientos de cohetes conocidos y de los objetos que alcanzaban la órbita: satélites, escudos protectores y cohetes impulsores de la etapa superior e inferior. La NASA publicó posteriormente versiones modificadas de la base de datos en conjunto de elementos de dos líneas, y durante los primeros años de la década de 1980 el sistema de tablón de anuncios CelesTrak volvió a publicarlas.
Los rastreadores que alimentaban la base de datos estaban al tanto de otros objetos en órbita, muchos de los cuales eran el resultado de explosiones en órbita. Algunas fueron provocadas deliberadamente durante las pruebas de armas antisatélite (ASAT) de la década de 1960, y otras fueron el resultado de etapas de cohetes que estallaron en órbita al expandirse el propulsor sobrante y romper sus tanques. Para mejorar el seguimiento, el empleado del NORAD John Gabbard mantuvo una base de datos independiente. Estudiando las explosiones, Gabbard desarrolló una técnica para predecir las trayectorias orbitales de sus productos, y los diagramas (o gráficos) de Gabbard son ahora ampliamente utilizados. Estos estudios se utilizaron para mejorar la modelización de la evolución y decadencia orbital.
Cuando la base de datos del NORAD se hizo pública durante la década de 1970, el científico de la NASA Donald J. Kessler aplicó la técnica desarrollada para el estudio del cinturón de asteroides a la base de datos de objetos conocidos. En 1978, Kessler y Burton Cour-Palais fueron coautores de «Collision Frequency of Artificial Satellites: The Creation of a Debris Belt», demostrando que el proceso que controla la evolución de los asteroides provocaría un proceso de colisión similar en LEO en décadas y no en miles de millones de años. Llegaron a la conclusión de que, en torno al año 2000, los desechos espaciales superarían a los micrometeoritos como principal riesgo ablativo para las naves espaciales en órbita.
En aquel momento, se pensaba que el arrastre de la atmósfera superior desorbitaría los desechos más rápido de lo que se creaban. Sin embargo, Gabbard era consciente de que el número y el tipo de objetos en el espacio estaban infrarrepresentados en los datos del NORAD y estaba familiarizado con su comportamiento. En una entrevista realizada poco después de la publicación del artículo de Kessler, Gabbard acuñó el término síndrome de Kessler para referirse a la acumulación de desechos; su uso se generalizó tras su aparición en un artículo de Popular Science de 1982, que ganó el Premio Nacional de Periodismo de 1982 de la Asociación de Escritores de Aviación-Espacio.
Estudios de seguimientoEditar
La falta de datos concretos sobre los desechos espaciales impulsó una serie de estudios para caracterizar mejor el entorno LEO. En octubre de 1979, la NASA proporcionó a Kessler financiación para realizar nuevos estudios. Estos estudios utilizaron varios enfoques.
Se utilizaron telescopios ópticos y radares de longitud de onda corta para medir el número y el tamaño de los objetos espaciales, y estas mediciones demostraron que el recuento de población publicado era al menos un 50% demasiado bajo. Antes de esto, se creía que la base de datos del NORAD daba cuenta de la mayoría de los objetos grandes en órbita. Se descubrió que algunos objetos (normalmente, naves espaciales militares estadounidenses) se omitían en la lista del NORAD, y otros no se incluían porque se consideraban poco importantes. La lista no podía dar cuenta fácilmente de los objetos de menos de 20 cm (7,9 pulgadas) de tamaño -en particular, los restos de la explosión de las etapas de los cohetes y varias pruebas antisatélite de la década de 1960.
Las naves espaciales devueltas fueron examinadas microscópicamente en busca de pequeños impactos, y las secciones del Skylab y del Módulo de Mando/Servicio Apolo que se recuperaron resultaron estar picadas. Todos los estudios indicaron que el flujo de desechos era mayor de lo esperado y que los desechos eran la principal fuente de micrometeoritos y colisiones de desechos orbitales en el espacio. LEO ya demostró el síndrome de Kessler.
En 1978, Kessler descubrió que el 42 por ciento de los desechos catalogados eran el resultado de 19 eventos, principalmente explosiones de etapas de cohetes gastados (especialmente cohetes Delta estadounidenses). Lo descubrió identificando primero los lanzamientos en los que se describía un gran número de objetos asociados a una carga útil, y luego investigando la literatura para determinar los cohetes utilizados en el lanzamiento. En 1979, este hallazgo dio lugar a la creación del Programa de Residuos Orbitales de la NASA, tras una reunión informativa con la alta dirección de la NASA, lo que echó por tierra la creencia anterior de que la mayoría de los residuos desconocidos procedían de antiguas pruebas ASAT, y no de explosiones de cohetes de la etapa superior de EE.UU. que aparentemente podían gestionarse fácilmente agotando el combustible no utilizado del cohete Delta de la etapa superior tras la inyección de la carga útil. A partir de 1986, cuando se descubrió que otras agencias internacionales posiblemente estaban experimentando el mismo tipo de problema, la NASA amplió su programa para incluir agencias internacionales, siendo la primera la Agencia Espacial Europea.:2 Otros componentes del Delta en órbita (el Delta era un caballo de batalla del programa espacial estadounidense) aún no habían explotado.
Un nuevo síndrome de KesslerEditar
Durante la década de 1980, la Fuerza Aérea de los Estados Unidos (USAF) llevó a cabo un programa experimental para determinar qué ocurriría si los desechos colisionaran con satélites u otros desechos. El estudio demostró que el proceso difería de las colisiones de micrometeoritos, creándose grandes trozos de escombros que se convertirían en amenazas de colisión.
En 1991, Kessler publicó «Collisional cascading: Los límites del crecimiento de la población en la órbita baja de la Tierra» con los mejores datos entonces disponibles. Citando las conclusiones de la USAF sobre la creación de desechos, escribió que, aunque casi todos los objetos de desecho (como las motas de pintura) eran ligeros, la mayor parte de su masa estaba en desechos de 1 kg (2,2 lb) o más pesados. Esta masa podría destruir una nave espacial en caso de impacto, creando más escombros en la zona de masa crítica. Según la Academia Nacional de Ciencias:
Un objeto de 1 kg que impacta a 10 km/s, por ejemplo, es probablemente capaz de romper catastróficamente una nave espacial de 1.000 kg si golpea un elemento de alta densidad en la nave. En tal ruptura, se crearían numerosos fragmentos de más de 1 kg.
El análisis de Kessler dividió el problema en tres partes. Con una densidad lo suficientemente baja, la adición de restos por impactos es más lenta que su tasa de descomposición y el problema no es significativo. Más allá hay una densidad crítica, en la que la adición de escombros provoca colisiones adicionales. A densidades superiores a esta masa crítica, la producción supera la desintegración, lo que da lugar a una reacción en cadena en cascada que reduce la población en órbita a objetos pequeños (de varios centímetros de tamaño) y aumenta el peligro de la actividad espacial. Esta reacción en cadena se conoce como el síndrome de Kessler.
En un resumen histórico de principios de 2009, Kessler resumió la situación:
Las actividades espaciales agresivas sin las salvaguardias adecuadas podrían acortar significativamente el tiempo entre colisiones y producir un peligro intolerable para las futuras naves espaciales. Algunas de las actividades más peligrosas para el medio ambiente en el espacio incluyen grandes constelaciones como las propuestas inicialmente por la Iniciativa de Defensa Estratégica a mediados de la década de 1980, grandes estructuras como las consideradas a finales de la década de 1970 para la construcción de estaciones de energía solar en la órbita terrestre, y la guerra antisatélite con sistemas probados por la URSS, EE.UU. y China en los últimos 30 años. Estas actividades agresivas podrían crear una situación en la que el fallo de un solo satélite podría provocar fallos en cascada de muchos satélites en un periodo mucho más corto que años.