Nicholas Dallmann es ingeniero de investigación en el Laboratorio Nacional de Los Álamos, una instalación del Departamento de Energía de Estados Unidos. Ha contribuido con este artículo a las Voces de los Expertos de Space.com: Op-Ed &Insights. El proyecto que describe está financiado por la Investigación y Desarrollo Dirigidos por el Laboratorio de Los Álamos.
En la película de 2013 «Gravity», la basura espacial casi mata a Sandra Bullock. Aunque esa historia era definitivamente una ficción (y una ficción sensacionalista), la amenaza de la basura espacial es real, tanto que la NASA tiene toda una oficina dedicada a su seguimiento y mitigación. Y el año pasado se celebró la primera conferencia internacional dedicada exclusivamente a la basura orbital.
Hay buenas razones para estar preocupados. En la actualidad, unos 2.000 satélites operativos orbitan la Tierra -por no hablar de otros 3.000 no operativos- y se prevé que esa cifra se dispare. Este año está previsto el lanzamiento de más de 1.500 satélites. (Compárese con 2018, cuando solo se lanzaron 365.)
Relacionado: La basura espacial explicada: La amenaza de los desechos orbitales (infografía)
El espacio puede ser grande, pero está cada vez más lleno, y eso es un problema real. La órbita baja de la Tierra, o LEO, donde viajan la mayoría de los satélites, es un recurso natural. Y al igual que otros recursos naturales, tenemos que gestionarlo con cuidado. Basta con que unos pocos satélites colisionen para que se produzca el efecto Kessler: una reacción en cadena en la que más desechos provocan más colisiones, lo que podría no sólo dañar o destruir prácticamente todas las naves espaciales en la órbita baja, sino también inutilizar esa parte del espacio durante décadas.
¿Pero qué pasaría si se pudieran maniobrar los satélites en curso de colisión fuera de peligro? Lo creas o no, eso no es fácil de hacer. La mayoría de los satélites que se envían a la órbita terrestre baja, sobre todo los pequeños y los cubesats, no tienen sistemas de propulsión porque suelen ser pesados y caros. Además, suponen un riesgo adicional para el cohete que transporta el satélite al espacio, así como para cualquier otra carga útil que se suba a él. Esto se debe a que el sistema de propulsión de cohetes más común utiliza combustible líquido para cohetes, que es extremadamente volátil. Si eres un pequeño cubesat que viaja en un cohete de varios millones de dólares y tu voluble sistema de propulsión explota durante el lanzamiento o en el viaje al espacio exterior, habrás acabado con toda la misión. Hablando de un mal día.
La solución más fácil es utilizar combustible sólido para cohetes. Es de alto empuje, mucho más seguro y de bajo costo, además de que puede ser almacenado por períodos de tiempo extremadamente largos. Pero el combustible sólido para cohetes tiene un gran inconveniente: No se puede detener y reiniciar. Una vez que se enciende, tiene una sola combustión. Eso es todo. Y eso es un problema para evitar los desechos. Para evitar la colisión cambiando de órbita, se necesitan al menos dos encendidos independientes: uno para apartarlo rápidamente y otro para volver a colocarlo en su órbita correcta. Para retirar el satélite de la órbita, es probable que también se necesiten varios quemados.
En el Laboratorio Nacional de Los Álamos estamos trabajando para cambiar esta situación. Recientemente hemos desarrollado y demostrado la capacidad de detener y reiniciar los motores de cohetes sólidos muchas veces, algo que nunca se había hecho antes.
Relacionado: Limpieza de la basura espacial: 7 formas salvajes de destruir la basura orbital
Cómo funciona
Un cohete sólido es sencillo, con sólo unos pocos componentes principales. Incluye una cámara de combustión que contiene un sistema de ignición y un propulsor, y una tobera de escape. Recientemente hemos desarrollado un sistema de propulsión más seguro con combustible sólido y oxidante sólido separados. Sin embargo, para que nuestro sistema de cohetes sólidos pudiera detenerse y reiniciarse, necesitábamos desarrollar un sistema de ignición reutilizable y una forma reajustable de extinguir una combustión.
Para la ignición, sustituimos la pirotecnia tradicional por agua. Con nuestro sistema, un satélite se lanzaría con un pequeño tanque de agua benigna. Una vez en órbita y justo antes del encendido, un electrolizador separaría el agua en gases de hidrógeno y oxígeno. En el momento de la ignición, el hidrógeno y el oxígeno se inyectarían rápidamente en la cámara de combustión y se encenderían mediante una chispa. La llama resultante encendería el propulsor sólido.
El siguiente reto era averiguar cómo extinguir la combustión. Hace tiempo que se sabe que una rápida descompresión de la cámara puede hacer que un cohete sólido se extinga de forma fiable, pero ¿cuál es la mejor forma de hacerlo? El año pasado desarrollamos una tobera de aerospacios con una zona de estrangulamiento modificable. Una vez que la combustión ha alcanzado el cambio de velocidad deseado, el área de estrangulamiento se abriría, descomprimiendo la cámara y extinguiendo la combustión. Cuando se necesita otra quema del cohete, el área de estrangulamiento se restablece a su posición original. Se repite según sea necesario.
Recientemente hemos demostrado múltiples quemados independientes de un solo cohete sólido en bancos de pruebas estáticos en Los Álamos. El siguiente obstáculo será una demostración en órbita. Estamos trabajando ahora para perfeccionar nuestro sistema y buscando una oportunidad para la demostración.
También estamos estudiando el desarrollo de una carga útil que esté aislada del satélite principal y que contenga su propia energía, tenga comunicaciones de bajo ancho de banda con la tierra, tenga control de actitud para establecer el apuntamiento para una quema y esté equipada con nuestro sistema de cohetes sólidos. Con esta carga útil, la evitación de desechos y la desorbitación podrían llevarse a cabo muchos años después de que el satélite haya llegado al final de su vida útil.
Los cohetes sólidos no son la respuesta a todos los desafíos potenciales para abordar el problema de la basura espacial, pero su simplicidad, la facilidad de escalar al tamaño de la nave espacial, el alto empuje y ahora los múltiples empujes independientes los convierten en un gran candidato para evitar los desechos orbitales y la desorbitación. Nuestra esperanza es que, algún día, estos cohetes viajen a bordo de todos los satélites lanzados al espacio, manteniendo la LEO segura y utilizable durante milenios.
- Últimas noticias sobre basura espacial y desechos orbitales
- Cubosats: diminutas y versátiles naves espaciales explicadas (infografía)
- Las «matrículas» de los satélites y el reencendido del combustible de los cohetes podrían evitar los accidentes de la basura espacial
Sigue todos los temas y debates de Expert Voices -y forma parte de la discusión- en Facebook y Twitter. Las opiniones expresadas son las del autor y no reflejan necesariamente las del editor.
Oferta: ¡Ahorre un 45% en ‘Todo sobre el espacio’ ‘Cómo funciona’ y ‘Todo sobre la historia’!
Por tiempo limitado, puede contratar una suscripción digital a cualquiera de nuestras revistas científicas más vendidas por sólo38 al mes, o un 45% de descuento sobre el precio estándar durante los tres primeros meses.Ver Oferta
Noticias recientes