El síndrome de Kessler. Un problema de gravedad.

INTRODUCCIÓN

El 4 de octubre de 1957, la Unión Soviética logró un hito en la historia de la humanidad al lanzar el primer satélite artificial terrestre, el Sputnik 1. Junto a este se lanzaron otros dos objetos a los que, generalmente, nadie presta atención pero que, como veremos, resultarán fundamentales en esta historia.

La cosa no se quedó con el Sputnik 1. Apenas un mes después, la URSS lanzó el Sputnik 2, con Laika a bordo, heroína involuntaria de la misión. El 1 de febrero de 1958, los Estados Unidos replicaron con el Explorer 1. La carrera espacial estaba servida. Aquel 1958 hubo en total 28 intentos de lanzamiento orbital.

Desde entonces se han seguido lanzando satélites. En estos momentos, ordenados por la fecha de su primer lanzamiento, Rusia, Estados Unidos, Europa, Japón, China, India, Israel, Irán, Corea del Norte y Corea del Sur disponen de capacidad de lanzamiento orbital. Desde aquel lejano 1958 hasta 2015, el ritmo rondó el centenar de satélites al año.

En 1978, los científicos de la NASA Donald J. Kessler y Burton G. Cour-Palais publicaron un artículo en la revista Journal of Geophysical Research titulado «Collision Frequency of Artificial Satellites: The Creation of a Debris Belt«. En él, argumentaban que la creciente cantidad de objetos en órbita incrementaba la probabilidad de colisiones entre estos. Dado que una colisión podía producir nuevos objetos, la probabilidad de más colisiones iba a aumentar. Se producía así un efecto retroalimentado: cuantas más colisiones se producían, más probable era que se produjeran nuevas colisiones.

La obra de ficción que ha alcanzado más popularidad tratando el tema ha sido la película Gravity (2013), dirigida por Alfonso Cuarón. El filme arranca mostrando un transbordador espacial (Explorer) realizando tareas de mantenimiento del telescopio espacial Hubble cuando recibe un aviso de que los rusos han destruido un satélite fuera de servicio. La metralla generada por la explosión produce una descontrolada reacción en cadena, impactando con más satélites que generan más metralla. El Explorer recibe la orden de regresar a tierra inmediatamente, pero es demasiado tarde. Pronto, el transbordador recibe el impacto de los restos, quedando destruido, y solo sobreviven dos de sus tripulantes: Ryan Stone (Sandra Bullock) y «Matt» Kowalski (George Clooney). A partir de allí, la película narra las peripecias de estos dos supervivientes (en especial, las de Ryan Stone) para tratar de volver a la tierra. La película fue un éxito de taquilla y crítica, y entre la comunidad de aficionados a la astronáutica está especialmente bien considerada puesto que, a pesar de lógicas licencias, es muy fiel a los vehículos espaciales y a la ciencia que los gobierna.

Pero, antes de hablar del síndrome de Kessler, es necesario explorar «un poco» el espacio, examinar qué encontramos allí y entender las leyes (naturales y humanas) que lo gobiernan.

LA GUÍA DE CARRETERAS GALÁCTICA

El espacio será, como decían en Star Trek, la última frontera. Pero, del mismo modo que si usted quiere ir a tomar sol y playa en España, no va a Toledo, la gente no va a “la última frontera” a lo loco sino que hay órbitas predefinidas con diversos usos y ventajas. Conviene analizar los distintos tipos de órbita terrestre en uso:

• ÓRBITA BAJA TERRESTRE (Low Earth Orbit – LEO): Se trata del tipo de órbita más común, puesto que es la que requiere menos energía y, como veremos, es en la que hay más objetos y, por lo tanto, donde se centra el problema. Se define como LEO toda órbita (generalmente circular) entre 200 y 2000 km de altura y su inclinación respecto al ecuador terrestre es variable.
• ÓRBITA HELIOSINCRÓNICA (Sun Synchronous Orbit – SSO): Se trata de un tipo particular de LEO en la cual, cada vez que el satélite sobrevuela un lugar, lo hace a horas fijas. Esto resulta muy útil para establecer comparaciones de cómo cambia la superficie. Por ello, muy socorrida para satélites de observación terrestre, ya sean científicos, comerciales o militares. Todas son circulares y tienen inclinaciones muy elevadas, yendo prácticamente del Polo Norte al Polo Sur.
• ÓRBITA POLAR: Caso particular de LEO en el que el objeto va del Polo Norte al Polo Sur. Es muy similar a la heliosincrónica y tiende a usarse con fines científicos.
• ÓRBITA MEDIA TERRESTRE (Medium Earth Orbit – MEO): Se trata de órbitas generalmente circulares, ubicadas entre 2000 y 35786 km de altura e inclinación variable. En esta se encuentran, sobre todo, satélites de navegación, más conocidos por el nombre de la red estadounidense (GPS). El número de objetos en esta órbita es escaso.
• ÓRBITA MUY EXCÉNTRICA (High Excentric Orbit – HEO): Órbitas con perigeos cercanos a la Tierra (cientos de kilómetros) y apogeos muy elevados (decenas de miles de kilómetros). Usadas con finalidades científicas y de comunicaciones, con pocos objetos.
• ÓRBITA MOLNIYA (del ruso Molniya “rayo”): Caso más extendido de las HEO. Se trata de una órbita muy excéntrica (600×40000 km), inclinada 63,4º, destinada a satélites de comunicaciones que cubren zonas árticas (para esas latitudes los satélites geoestacionarios no son muy útiles por estar muy bajos en el horizonte). Usada mayoritariamente por Rusia.
• ÓRBITA DE TRANSFERENCIA GEOESTACIONARIA (Geostationary Transfer Orbit – GTO): No encontraremos satélites operativos en esta órbita, pero sí numerosas etapas que han colocado satélites destinados a órbita geostacionaria.
• ÓRBITA GEOESTACIONARIA (Geostationary Earth Orbit – GEO): Órbita circular, ubicada sobre el ecuador terrestre, a 35785 Km de altura. La particularidad de esta órbita es que un satélite ubicado en ella tarda exactamente 24 horas en dar una vuelta a la Tierra y, visto desde la superficie, parece permanecer estático en el cielo. Bastante usada, en especial por enormes satélites de comunicaciones.
• ÓRBITA CEMENTERIO: Ubicadas por encima de GEO, destinadas a satélites geoestacionarios que terminan su vida útil (de ahí su nombre).
• ZONAS LAGRANGIANAS (U ÓRBITAS HALO): No se trata verdaderamente de órbitas terrestres, pero merecen mención especial. Los satélites ubicados en ellas se encuentran en una posición fija respecto a otros cuerpos celestes. Por ejemplo, en el Lagrangiano 1 Sol-Tierra, se forma una línea recta entre el Sol, el satélite y la Tierra. Estas posiciones son empleadas por un número reducido de satélites, siempre con fines científicos.

Como hemos comentado, la situación es particularmente grave en la zona LEO dado el elevado número de objetos existentes y el hecho de que se cruzan a velocidades muy elevadas (unos 7,8 km/s o, si lo prefiere, 28000 km/h), lo que convierte a LEO en un auténtico campo de minas. En GEO hay mucho más espacio, las velocidades son más moderadas (unos 3 km/s) y contamos con la gran ventaja de que todos los satélites mantienen la misma órbita, por lo que las velocidades relativas entre ellos son pequeñas. El único gran problema en GEO es que cada satélite debe mantener una posición determinada si quiere prestar servicio (para entendernos, un satélite de comunicaciones indio debe permanecer sobre la India o no servirá de nada). Para el resto de órbitas, la preocupación es menor. Como una imagen vale más que mil palabras, véase la Ilustración 1.

Conviene advertir que en la ilustración los objetos no están representados a escala. Los satélites son tan pequeños en comparación con el tamaño de la Tierra que, si observamos la Tierra desde el espacio, estos no se ven.

No obstante, como el cine lo aguanta todo, en la simpática Wall-E (2008), dirigida por Andrew Stanton, se ve esa “nube” de escombros. La película nos narra las aventuras y desventuras de un robot que tiene la ardua tarea de limpiar la tierra de la basura que han dejado los humanos. En el momento en el que Wall-E abandona el planeta, se puede observar cómo este está rodeado de una generosa burbuja de basura espacial. En la película se plasma acertadamente que dicha burbuja de escombros se encuentra LEO. Como bola extra, Wall-E se topa con el Sputnik 1 (una licencia artística, el Sputnik 1 reentró en la atmósfera terrestre 3 meses después de su lanzamiento).

FAUNA Y FLORA ESPACIAL

Ahora ya sabemos qué órbitas hay en nuestro entorno, pasemos a examinar qué hay en ellas.

SATÉLITES ACTIVOS: Obviamente, lo que queremos lanzar a órbita son satélites y de estos hay una buena cantidad. Actualmente hay más de 7000 satélites activos en órbita terrestre, la mayor parte en LEO.

Pero hay más objetos, que no tienen utilidad alguna. No son más que BASURA ESPACIAL.

SATÉLITES NO ACTIVOS: Una vez un satélite deja de funcionar, este puede permanecer mucho tiempo en órbita (en el siguiente apartado tendrá más detalles).

ETAPAS DE COHETES: Los satélites no se colocan en el espacio ellos solitos; se precisa un cohete para hacerlo. La última etapa de un cohete espacial acompaña al satélite a órbita, por lo que siempre se queda en órbita. Obviamente, esas etapas no sirven absolutamente de nada tras el lanzamiento.

OBJETOS RELACIONADOS CON EL LANZAMIENTO: Los satélites no se colocan de cualquier manera en el cohete. Para acondicionarlos se emplean adaptadores de carga y sistemas de lanzamiento múltiple que terminan también en órbita. En los primeros lanzamientos de la historia, algunas cofias (que protegen al satélite durante el tránsito atmosférico) también se dejaban en órbita.

Como comentamos al iniciar el artículo, aquel 4 de octubre de 1957, la Unión Soviética colocó tres objetos en órbita. Uno es el famoso Sputnik 1, los otros dos eran la etapa central del cohete y la cofia. En un lanzamiento de Ariane 5 con dos satélites, en órbita quedaban, además de estos, la etapa superior y el sistema de lanzamiento múltiple.

Sin embargo, todo esto solo constituye una pequeña fracción de los objetos (y basura) que hay en órbita. Ahora viene la parte del león.

DEGRADACIÓN DE OBJETOS: Las etapas no se pensaron inicialmente para resistir las duras condiciones espaciales durante años y demostraron tener la molesta tendencia a desprenderse de partes como los aislantes térmicos. Los satélites también sufren este efecto, especialmente en los paneles solares.

ROTURA ACCIDENTAL: Esta es la fuente principal de objetos (y basura) en órbita. Desde el advenimiento de la era espacial hasta ahora se han detectado 645 roturas de objetos en órbita, lo cual no está nada mal. El último año del que tenemos datos (2023) se produjeron 5 incidentes de este tipo. El origen principal (aproximadamente el 30%) de estas roturas accidentales es la propulsión, lo cual no es sorprendente si tenemos en cuenta que todos los cohetes (y muchos satélites) llevan combustible a bordo. Cada una de estas explosiones origina cientos de nuevos objetos. Otra fuente importante (4%) es un fallo eléctrico (especialmente, baterías). La fricción con la atmósfera también se lleva su parte, pero esto no nos debe preocupar porque significa que el objeto se encuentra muy bajo. Las colisiones se llevan, de momento, una proporción muy pequeña (3%), por lo que el síndrome de Kessler parece, de momento, un poco lejano. Por último, comentar que un porcentaje muy elevado (alrededor de un 25%) es de origen desconocido (al menos para el gran público, puede que el propietario/fabricante sí lo sepa y no nos lo quiera decir).

DESTRUCCIÓN DELIBERADA: Se trata de la fuente más criticable de todas. Aunque muy llamativas, solo el 10% de la basura espacial procede de destrucciones deliberadas. Están originadas, sobre todo, por pruebas de armas antisatélite, más conocidas por el acrónimo ASAT (AntiSATellite). Aunque el alcance de los ASAT es alto secreto, Estados Unidos, la Unión Soviética/Rusia, China e India han tenido la genial idea de realizar ensayos en órbita, incrementando estupendamente la cantidad de basura espacial (cada ensayo origina una nube de escombros con cientos de nuevos objetos). Las últimas pruebas de estas potencias fueron Fengyun-1C (2007, China, 3000 objetos), USA-193 (2008, Estados Unidos, 178 objetos), Microsat-R (2019, India, 400 objetos) y Kosmos 1408 (2021, Rusia, 1500 objetos). Otras destrucciones deliberadas se han ocasionado por la autodestrucción de satélites con el fin de evitar que caigan en manos enemigas (el ejemplo más significativo son los satélites rusos de clase Orlets) y la rotura deliberada de los satélites soviéticos de clase RORSAT (estos satélites contaban con un reactor nuclear a bordo y una vez terminada su misión, el satélite destruía a propósito las conexiones del reactor para eyectarlo a gran altura y evitar así que cayera a tierra).

Vale, ¿y cuántos objetos hay en total en órbita terrestre? La pregunta no es fácil de responder puesto que no somos capaces de detectarlos todos. Según el modelo MASTER de la Agencia Espacial Europea (ESA), en 2016 había lo siguiente:

• 34000 objetos mayores de 10 cm
• 900000 objetos de 1 a 10 cm
• 128 millones de objetos de 1 mm a 1 cm

La evolución de estos objetos ha sido creciente, como podemos observar en la Ilustración 2

Tal vez usted piense que un objeto de 1 cm de diámetro es un problema menor. Sin embargo, cuando este objeto se mueve a 7,8 Km/s (28000 Km/h) la cosa cambia. Los impactos en órbita se producen a velocidades relativas entre 0 y 18 Km/s y, si el “proyectil” mide más allá de unos milímetros, el “blanco” va a sufrir graves daños (solo las naves tripuladas se diseñan para soportar impactos y, a pesar de eso, objetos mayores de 1 cm causarían la ruptura del casco y, por tanto, la pérdida del aire a bordo). Para colmo, recordemos que ni siquiera sabemos bien cuántos hay ni dónde están, lo que convierte LEO en un campo de minas.

EL LADO ESMIRRIADO DE LA FUERZA

Si sale un momento a mirar el cielo y observa detenidamente la Luna comprobará que esta no tiene motores y, a pesar de eso, lleva girando alrededor de la Tierra desde hace miles de millones de años. Esto es así porque, en una primera aproximación, la única fuerza que se ejerce sobre la Luna es la gravitatoria y esta no la acelera ni la frena.

Pero, si examinamos el asunto más en detalle, sí hay otras fuerzas en liza…

ROZAMIENTO ATMOSFÉRICO: Como todos sabemos, en el espacio no hay aire así que nadie puede oír tus gritos. Sin embargo, no hay una frontera inequívoca entre la atmósfera terrestre y el vacío del espacio. Conforme ascendemos, simplemente, el aire se va enrareciendo. Hay propuestas de dónde fijar la frontera entre atmósfera y espacio para todos los gustos, desde los 30 km hasta los 1,6 millones de km, aunque la más popular son los 100 km de altura (conocida como Línea de Kármán).

¿Cómo afecta eso a los satélites? Pues, obviamente, si el “vacío” del espacio no es tan vacío, algo de rozamiento hay. Ese rozamiento frenará el satélite hasta que, inevitablemente, reentre en la atmósfera terrestre.

¿Cuánto tardará un satélite en reentrar debido a la fricción atmosférica? Pues dependerá de múltiples factores: altura, superficie, masa, forma y actividad solar (una mayor actividad solar expande la atmósfera terrestre, por lo que los objetos se frenan más). Pero, a modo meramente ilustrativo, podemos poner unos datos aproximados:

ALTURA	TIEMPO HASTA LA REENTRADA (APROX.)
150 Km	90 minutos
250 Km	10 días
350 Km	6 meses
450 Km	5 años
550 Km	55 años

Obsérvese que alturas menores de 350 km no son recomendables salvo para naves tripuladas. Por el contrario, en alturas mayores de 600 km los satélites tardarán una eternidad en volver a la Tierra y, por tanto, se acumularán sin solución de continuidad. Finalmente, órbitas de unos 500-600 km resultan las más convenientes para el tema que nos ocupa, puesto que permiten a nuestro satélite permanecer activo muchos años y, al mismo tiempo, sacarlo de en medio en un tiempo razonable.

PRESIÓN DE LA LUZ: Aunque no se lo crea, la luz empuja. En órbita terrestre la luz del Sol crea un empuje de 10^-5 N/m² (el equivalente al peso de 1 mg por metro cuadrado). Esta ridícula fuerza es imperceptible para un humano y es por ello que podemos tomar el Sol plácidamente sin notar en la cara los puñetazos de Rocky Balboa. Pero en el espacio donde, recordémoslo, no hay rozamiento, esa ridícula fuerza es capaz de hacer grandes cosas. Si usted planea lanzar una sonda interplanetaria tendrá que tenerla en cuenta, de otro modo terminará desviándose decenas o centenares de miles de kilómetros de su objetivo. Mediante una gran superficie, podemos incluso convertir la luz en la fuente principal de impulsión; a esta forma de moverse por el universo se la conoce como vela solar.

¿Cómo afecta la luz del Sol a los objetos en órbita terrestre? Cuando un objeto va hacia el Sol, la luz de este lo frena a razón de 10^-5 N/m². Cuando ese mismo objeto se aleja del Sol, la luz de este lo acelera a razón de 10^-5 N/m². ¿Eh, qué? Puede pensar que, después de tanta parrafada, el efecto final es nulo. Pero no. La clave está en el efecto Doppler.

Todos hemos experimentado el efecto Doppler. Cuando un tren se acerca, su sonido es más agudo, y cuando ese mismo tren se aleja, su sonido es más grave. Eso mismo le sucede a la luz. Para el satélite que se mueve hacia el Sol, la luz se “corre” al azul y para el satélite que se aleja del Sol, la luz se “corre” al rojo. Más allá de jugar con los colorines, la gracia del asunto es que la luz azul es más energética que la luz roja. Dicho de otro modo: cuando el objeto se acerca al Sol, se frena más que lo que acelera cuando se aleja. El efecto final es que la luz del Sol frena al objeto.

¿De cuánto estamos hablando? Bueno, si la presión de radiación de 10^-5 N/m² le parecía ridículamente pequeña, la diferencia existente para un satélite en LEO que va hacia el Sol de uno que se aleja es de solo el 0,005% de esta, es decir una esmirriada fuerza de 5·10^-9 N/m² (equivalente a 50 mg por kilómetro cuadrado).

Un efecto parecido es el Poynting-Robertson, que hace que un objeto que orbite la Tierra, al “chocar” de frente contra la luz que emite nuestro planeta, se vea frenado. El efecto es análogo a correr bajo la lluvia: dado que la lluvia impactará más de frente que por la espalda, nos estará frenando. De nuevo, no parece gran cosa y no lo es.

Finalmente, debemos tener en cuenta que el objeto también emite luz por sí mismo o, mejor dicho, radiación infrarroja debido a que está caliente. En general, este efecto se puede despreciar dado que los objetos suelen emitir de forma isotrópica (igual en todas direcciones), pero cuando no es así nos podemos llevar sorpresas. El caso más sonado es el de las sondas Pioneer 10 y 11, que se desviaban de su trayectoria prevista unos inexplicables 400 km al año. Conocido pomposamente como “anomalía de las Pioneer” intrigó a los científicos durante décadas y se propusieron todo tipo de explicaciones revolucionarias, desde un nuevo planeta hasta correcciones de la teoría de gravedad pero al final resultó bastante más prosaico: la anomalía se debía a que las sondas tenían una fuente de calor (un generador de radiosótopos) ubicada en un extremo.

PERTURBACIONES GRAVITACIONALES: La Tierra no es perfectamente esférica, lo que perturba la órbita de los objetos que la orbitan. Este efecto se nota especialmente en LEO pero no tiende a subir ni bajar la altura. Para órbitas altas (HEO, GTO y GEO), es la influencia del Sol y la Luna las que toman el mando pero, de nuevo, podemos esperar milenios a que el efecto sea notorio.

PERTURBACIONES MAGNÉTICAS: Un objeto en órbita terrestre cruza zonas con diferente intensidad del campo magnético. Si el objeto está formado por un material conductor, se establece una corriente que genera un campo magnético propio que se opone al movimiento. Dicho de otro modo: frena al satélite. Por desgracia, se precisa de una gran longitud conductora que este efecto tenga importancia.

En resumen, tenemos que por debajo de los 600 Km, el rozamiento atmosférico da buena cuenta de los objetos en órbita en un tiempo razonable. Por encima de ahí hay que esperar siglos o milenios a que diversos efectos menores den cuenta de ellos, un tiempo inaceptable. Como muestra, el Vanguard 1, el cuarto satélite de la historia y segundo de los Estados Unidos, lanzado en 1958 en una órbita de 654×3969 km, sigue allí y no se prevé que regrese a la atmósfera terrestre hasta el año 2200 (aproximadamente).

La ciencia ficción ha jugado acertadamente con el concepto de que los objetos en órbita pueden permanecer mucho tiempo en ella. Por ejemplo, la película Space Cowboys (2000), dirigida por Clint Eastwood, nos presenta un satélite de soviético de comunicaciones que amenaza con caer a la Tierra tras décadas en el espacio. Los Estados Unidos intentan rescatar al satélite fuera de control y, dado los años que hace que se construyó, solo los astronautas más maduritos saben cómo funciona. Para colmo, una vez allí descubren que el satélite “de comunicaciones” lleva armas nucleares a bordo, por lo que impedir que vuelva a la tierra se convierte en una imperiosa necesidad.

EL SÍNDROME DE KESSLER ¿REALIDAD O FICCIÓN?

Ahora que ya tenemos la teoría, pasemos a la práctica. ¿Es el síndrome de Kessler algo que vaya a suceder pasado mañana, como en Gravity? ¿Es un problema real pero que se manifestará a largo plazo? ¿O es un mero alarmismo infundado?

La Agencia Espacial Europea (ESA) es una de las que más ha estudiado el tema. Haciendo números, estas son sus conclusiones (Ilustración 3).

Las conclusiones de la NASA son similares, aunque algo menos pesimistas. En lugar de predecir un crecimiento exponencial como la ESA, predice un crecimiento lineal… Pero crecimiento igualmente. Obsérvese que, según estas previsiones, incluso si detuviéramos todos los lanzamientos, el número de objetos en órbita seguiría aumentando.

¿De dónde vendrían todos estos objetos? Como se puede imaginar, conforme el número de objetos crezca, las colisiones lo harán con ellos (Ilustración 4).

Aunque parece que no veremos una cascada de colisiones a lo Gravity, ciertamente vamos camino a un Síndrome de Kessler a cámara lenta.

Houston, tenemos un problema.

LOS RENGLONES TORCIDOS DEL DERECHO ESPACIAL

Si las leyes de la naturaleza le parecen complicadas, las humanas no lo son menos. La legislación espacial es un batiburrillo de derecho aeronáutico y marítimo, agitado con un poco de buenismo internacional desdentado. La base fundamental sobre la que se sustenta el derecho espacial lo constituye el “Tratado sobre los principios que deben regir las actividades de los Estados en la exploración y utilización del espacio ultraterrestre, incluso la Luna y otros cuerpos celestes”, promulgado por la ONU en 1996 y que, en estos momentos, han firmado 115 países (incluyendo todos los países con capacidad de lanzamiento salvo Irán e Israel). Dado que el nombrecito se las trae, es habitual referirse a él simplemente como el Tratado del Espacio Exterior.

Obviando las partes que no nos interesan y resumiendo las que sí, el Tratado estipula lo siguiente:

• ARTÍCULO I: Las actividades espaciales están abiertas al beneficio de todas las naciones y cualquier país es libre de explorar la órbita terrestre y más allá.
• ARTÍCULO II: No se puede reclamar la propiedad del espacio o cualquier objeto celeste.
• ARTÍCULO IV: En el espacio están prohibidas las armas de destrucción masiva y las pruebas de armamento. Los cuerpos celestes solo pueden usarse con finalidades pacíficas.
• ARTÍCULO VI: Los firmantes son responsables de sus propias actividades espaciales, incluyendo las privadas, y las regularán adecuadamente.
• ARTÍCULO VII: Las naciones se hacen responsables del daño que causen sus actividades.
• ARTÍCULO VIII: Los objetos lanzados al espacio quedan bajo jurisdicción y propiedad de quien lo ha lanzado. Esto incluye la basura espacial e incluso los objetos que vuelven a la tierra.
• ARTÍCULO XII: Cualquier objeto lanzado al espacio debe ser accesible a otras naciones. Esta medida debe ser recíproca y debe efectuarse en condiciones de seguridad.

Una persona moderadamente sagaz se da cuenta inmediatamente de que este bonito compendio de intenciones no se cumple en buena medida o, si lo hace, es para causar problemas. Volviendo al tema de la basura espacial, el asunto está así:

• Artículo II: Dado que no se puede reclamar la propiedad de una zona de espacio, no hay impedimento a que alguien coloque 10000 satélites a, pongamos, 550 Km de altura.
• Artículo IV: Ya hemos hablado de los ensayos de armas ASAT, por lo que sabemos por dónde se han pasado algunos este artículo.
• Artículo VI: A efectos prácticos, los países ponen poco freno a sus propias actividades pero les da un berrinche con las extranjeras.
• Artículo VII: No existe mecanismo que garantice la asunción de responsabilidades por parte del propietario del objeto que ha causado el problema.
• Artículo VIII: Eso genera la kafkiana situación de que cualquier trozo de basura espacial está bajo jurisdicción de quien la generó y si una nación ajena pretende “limpiarla” debe pedir permiso.
• Artículo XII: Aplicado debidamente facilitaría que todas las naciones pudieran limpiar la basura espacial de las demás. No obstante, de momento ningún país ha dado tal permiso por los peligros (reales o imaginados) que ocasionaría a su seguridad nacional.

ÉRAMOS POCOS Y PARIÓ ELON MUSK

Como hemos comentado, durante seis décadas, el ritmo de lanzamiento de satélites se mantuvo a un ritmo estable, con más de cien satélites colocados en órbita anualmente. Eso cambió radicalmente a partir de 2015. Actualmente se lanzan miles de satélites al año y el ritmo sigue in crescendo, especialmente en LEO (Ilustraciones 5&6).

Dos son los motivos de esta intensificación del tráfico espacial:

• MINIATURIZACIÓN: Gracias a los avances en electrónica, ahora es posible lanzar satélites de unos pocos kilos que tengan capacidades que antes estaban reservadas a los grandes ejemplares, lo que los hace asequibles para pequeños países, universidades, pymes e incluso grupos de aficionados. Hasta la fecha, el récord lo ostenta el cohete indio PSLV, que en 2023 lanzó 104 satélites en el mismo vuelo.
• REUTILIZACIÓN: La reutilización ha sido, desde los albores de la astronáutica, el Santo Grial que todos anhelaban. El motivo es evidente: construir un cohete espacial es carísimo y desecharlo tras un único vuelo un desperdicio. Todo cambió cuando en el 2015 el cohete Falcon 9 (de SpaceX, empresa de Elon Musk) estrenó con éxito su versión reutilizable. Con la reutilización, el coste de enviar carga al espacio se desplomó de los 10000 $/kg de la competencia a unos 2000 $/kg del Falcon 9&Heavy (las cifras exactas dependen del tipo de órbita y de si se listan precios ofertados o costes de producción). Por añadidura, la reutilización posibilita lanzar muchos más cohetes. En el 2023 el Falcon 9&Heavy se lanzó 91 veces y este 2024 pretenden superar los 100 lanzamientos.

Así pues, nos encontramos con un número inusitadamente elevado de lanzamientos, cada uno lanzando un número inusitadamente elevado de satélites. Muchos de estos son de tamaño minúsculo (nanosatélites) y, afortunadamente, se tienden a colocar en órbita suficientemente baja para que se desorbiten por rozamiento atmosférico en tiempo razonable. Por otro lado tenemos gigantescas constelaciones de satélites (megaconstelaciones) con cientos o incluso miles de ejemplares. He aquí una tabla de las megaconstelaciones más prometedoras:

NOMBRE	EMPRESA	PAÍS	ALTURA	PLANEADOS	OPERATIVOS	ESTADO
Starlink	SpaceX	EE.UU.	550 Km	12000	7000	Operativa
OneWeb	Eutelsat	Francia	1200 Km	648	634	Operativa
Qianfen	SSST	China	800 Km	14000	18	Despliegue
Kuiper	Amazon	EE.UU.	600 Km	3236	2 (prot)	Desarrollo
Guowang	SatNet	China	?	13000	1 (prot)	Desarrollo
IRIS	Varias	UE	500-600 Km	560	0	Desarrollo
Marafón	Varias	Rusia	750 Km	264	0	Desarrollo

La tabla debe tomarse a modo meramente ilustrativo. El despliegue de estas constelaciones es algo muy dinámico (recordemos que en un único lanzamiento se suelen desplegar decenas de ejemplares), por lo que el número de satélites existentes en un momento dado baila en poco tiempo. Algunos de estos planes no verán nunca la luz o sufrirán recortes. Otros aparecerán de forma inesperada. Para rematarlo, algunos proyectos están envueltos en secretismo y no hay confirmación oficial de las intenciones.

Lo que queda claro es que, mientras algunos proyectos (Starlink, Kuiper e IRIS) han tenido la decencia de poner sus satélites en órbitas en las que decaen en un tiempo razonable, otros (OneWeb, Qianfen y Marafón) los colocarán a alturas en las que los satélites no van a bajar ellos solitos en mucho tiempo. Llama poderosamente la atención Guowang, que pretende lanzar la friolera de 13000 satélites y no nos dice dónde.

Como recordaremos, cualquiera tiene derecho a lanzar un satélite donde le venga en gana. Pero ¿qué sucede si una determinada órbita está plagada de 10000 objetos? Obviamente, uno se va a buscar otra. Se ha establecido, por tanto, una trepidante carrera a la búsqueda de las mejores órbitas. El primero que llega y planta sus miles de cachivaches, se la queda. Estos okupas espaciales son alentados por sus propios gobiernos, que prefieren un okupa propio a un okupa hostil.

MEDIDAS PASIVAS CONTRA LA BASURA ESPACIAL

La primera medida a adoptar contra la basura espacial es, evidentemente, no generar más y eso se logra con unas medidas relativamente sencillas:

• CONTROLAR LOS OBJETOS EN ÓRBITA: Para poder controlar los objetos en órbita y, especialmente, evitar colisiones, es imprescindible saber dónde están y qué trayectoria siguen. Existen diversas bases de datos de objetos en órbita. Una de las más conocidas es el Registro de Objetos Lanzados al Espacio Exterior de la ONU, donde deberían registrarse todos los satélites (pero no se hace seguimiento de los objetos en órbita ni tampoco la basura). Digo “debería” porque alrededor del 20% de los satélites no se reportan a la ONU, una tendencia que ha permanecido constante desde los albores de la Era Espacial. Otra muy socorrida es la que realiza la North American Aerospace Defense Command (más conocida por sus siglas NORAD). Para los objetos inertes es necesario ir a su caza, para ello se emplean radares (especialmente útiles en LEO), telescopios (especialmente útiles en órbitas altas) y, en menor medida, láseres y otros satélites. Por ejemplo, la ESA dispone de una antena de radar de 34 metros de diámetro ubicada cerca de Bonn (Alemania), capaz de detectar objetos de 2 cm a 1000 km de distancia y un telescopio de 1 metro de diámetro ubicado en el Teide (España), capaz de detectar objetos de 10 cm en GEO.
• NO EFECTUAR DESTRUCCIONES DELIBERADAS: Esta es la parte más fácil técnicamente, basta que las “grandes potencias” no hagan el cafre con sus ilegales pruebas ASAT y nos libraremos de una buena cantidades de basura indeseada.
• EVITAR LAS DESTRUCCIONES ACCIDENTALES: Aunque es inevitable una cierta dosis de accidentes, se deben tomar medidas para evitarlos. Las etapas y satélites que no se usen y no se puedan deorbitar deben, al menos, vaciarse de energía (combustible y electricidad) para que no puedan explotar. Parece fácil pero no lo es tanto. Por ejemplo, desde 2018 cuatro etapas Centaur se han desintegrado en órbita, una cantidad muy superior a lo que tocaría estadísticamente y que revela que algo no se está haciendo bien. Tory Bruno (director general de United Launch Alliance) no es de la misma opinión y se limitó a decir que “todas las etapas Centaur se dejan inertes al terminar su misión. Se expulsan propelentes y gases y se descargan las baterías, por lo que no queda energía residual”. Tal vez las Centaur explotan por magia… 
• COLOCAR LOS SATÉLITES A MENOS DE 600 KM DE ALTURA: Siempre ha habido una buena cantidad de satélites que se colocaban a muy baja altura. Hoy en día, afortunadamente, casi todos los nanosatélites y la mayor parte de las megaconstelaciones se ubican en esta región que asegura que se desintegran en un tiempo aceptable. A pesar de eso, como hemos visto, sigue habiendo abonados a órbitas más altas de forma no justificada.
• EVITAR COLOCAR OBJETOS RELACIONADOS: Es inevitable colocar satélites y etapas en órbita, pero no es obligatorio colocar en órbita independiente otros objetos. Los cohetes que están entrando en servicio actualmente evitan, en la medida de lo posible, dejar sueltos dispositivos como adaptadores de carga con el fin de minimizar el problema de la basura espacial.
• DEORBITAR LOS OBJETOS QUE YA NO SE USAN: Hasta el año 2000 prácticamente nadie deorbitaba deliberadamente los satélites y etapas en desuso. Con suerte, los colocaban suficientemente bajos para que reentraran en la atmósfera ellos solos (aprox el 40% de los satélites y el 60% de las etapas en LEO lo hacían). Estos números han mejorado con el tiempo. Actualmente el porcentaje de satélites que regresan a tierra solos es de alrededor del 90% y para las etapas de cohetes el 50% se hace reentrar deliberadamente y otro 30% reentra ella sola. Respecto a GEO, el porcentaje de satélites que acaban en órbita cementerio ha pasado del 50% en el 2000 al 90% en la actualidad.

Todo esto están muy bien, pero recordémoslo, incluso si detuviéramos los lanzamientos mañana mismo, el número de objetos en órbita seguiría subiendo. ¿Ha llegado el momento de arremangarnos y pasar a la acción?

MEDIDAS ACTIVAS CONTRA LA BASURA ESPACIAL

Por “medidas activas” nos referimos a aquellas que tomamos para limpiar la basura espacial ya existente. La idea es interceptar, acoplarse y mover la basura espacial allá donde no moleste. Lo ideal sería desintegrarla en la atmósfera terrestre, pero si eso no es posible, al menos ponerla en una órbita donde reingrese en un tiempo razonable o en una órbita cementerio.

Primero, las malas noticias. Los satélites y las etapas abandonadas no se han diseñado para que algo se acople a ellas, y si están girando fuera de control, peor aún.Para ello, debemos tomar soluciones imaginativas como usar las toberas de los motores para meter una sonda (ver MEV-1, más abajo) o usar una especie de pinzas (ver ClearSpace-1, más abajo). Para los restos de satélites o etapas destruidos, la cosa se pone más complicada y se requeriría una bolsa, recipiente, etc. Cualquier cambio de órbita requiere un gasto de combustible (y no olvidemos que no hay gasolineras en el espacio, así que el número de misiones que podría efectuar nuestro remolcador sería limitado). Por ejemplo, suponiendo que la basura+interceptor se encuentren en una órbita circular de 800 km de altura y queremos reducir la órbita a una elíptica 800×100 km (el mínimo requerido para una reentrada controlada), el gasto de combustible sería del 6,6% de la masa del conjunto. Puede no parecer mucho, pero significa que, en el mejor se los casos, el satélite barrendero podría efectuar 2 o 3 misiones de limpieza antes de quedarse sin combustible. Si queremos que sirva para limpiar más de un trozo de chatarra espacial, el satélite barrendero tendrá que volver a subir (con el consiguiente gasto de combustible). Peor se pone la cosa si tenemos en cuenta que, además de subir y bajar, el satélite barrendero muy probablemente tenga que cambiar la inclinación del plano de la órbita, la longitud del nodo ascendente y el argumento del periastro. Cambiar cualquiera un mísero grado supone alrededor del 4,5% del peso en forma de combustible. A efectos prácticos, probablemente los satélites barrenderos solo podrán limpiar un objeto.

Ante estos problemas se han planteado soluciones. Las toberas de los motores son excelentes lugares por los que meter una sonda de captura. Se han probado redes y arpones. El gasto en combustible se puede minimizar mediante motores iónicos o, directamente, dejando que el trabajo lo haga la luz del Sol (mediante una vela solar) o el campo magnético terrestre (mediante un cable electrodinámico). Pero, posiblemente, el método más ingenioso para librarnos de la basura espacial sea usar la propia basura espacial para impulsar el satélite barrendero. No hay mal que por bien no venga.

Existen iniciativas en esta dirección. Por ejemplo, en 2021 China lanzó el satélite Shijian 21. Una vez en órbita, interceptó y se acopló al Beidou-2 G2, un satélite inactivo que estaba ubicado en GEO. Tras el acoplamiento, el Shijan 21 llevó al Beidou-2 G2 a una órbita cementerio, lo abandonó allí y regresó a GEO. Otro ejemplo: en 2020 Estados Unidos lanzó el MEV-1, que se acopló al Intelsat 901, activo pero fuera de servicio, para ponerlo de nuevo a trabajar. La ESA lanzó un satélite de demostración tecnológica (llamado prosaicamente RemoveDEBRIS) en 2018 que probó la navegación, captura con arpón y con red y el despliegue de una vela solar. La siguiente misión europea (ClearSpace-1) despegará en 2025. Su misión: acoplarse a un adaptador de carga ubicado a 800 Km de altura y realizar una reentrada controlada en la atmósfera terrestre. Es de esperar que iniciativas similares aparezcan a medio plazo.

Los estudios realizados por la ESA y la NASA recomiendan centrarse en aquellos objetos más grandes y alrededor de 700 km de altura (son las zonas más densamente pobladas y donde el rozamiento atmosférico es prácticamente inexistente). Con estas consideraciones en mente, un número de retiradas del orden de 5-10 unidades por año sería suficiente para mantener el problema de la basura espacial bajo control y no sufrir un síndrome de Kessler. Aunque una acción inmediata sería recomendable, demorarla unas décadas no sería un drama. Según la ESA, si las iniciativas de retirada de objetos se iniciaran en 2060, solo se perdería un 25% de efectividad de si se iniciaran hoy mismo.

La limpieza activa de la órbita terrestre ha entrado en la ciencia ficción. En el manga japonés Planetes (1999-2004), de Makoto Yukimura el problema de los residuos orbitales es tan imperativo que hay personas que trabajan como recolectores de basura espacial. Un trabajo, como puede imaginarse, ingrato. La obra inspiró una serie de anime de 26 capítulos, dirigida Goro Taniguchi, que se emitió entre 2003 y 2004.

OTROS PROBLEMAS DERIVADOS DE LA BASURA ESPACIAL

El hecho de que tengamos miles de objetos sobre nosotros puede hacernos temer, como a los irreductibles galos, que el cielo caiga sobre nuestras cabezas. De hecho, no es un miedo carente de sentido. Si lo que pretendemos es deshacernos de la basura espacial incinerándola en la atmósfera terrestre ¿acaso es posible que algún fragmento sobreviva a la reentrada y termine llegando al suelo? Pues sí, es posible y, de hecho, ha sucedido en más de una ocasión. Los tanques de combustible (ligeros, grandes, de formas redondeadas y muchas veces cubiertos con aislante térmico) son la parte de un cohete o satélite más propensa a llegar a la superficie. Afortunadamente, se trata de eventos raros y la superficie terrestre es muy grande, por lo que hasta el momento no han causado daños de importancia.

A parte del impacto en sí, la basura espacial puede estar compuesta de materiales peligrosos. Cohetes y satélites usan habitualmente hidracina, un combustible extremadamente tóxico (basta decir que la carga y descarga de hidracina se realiza mediante trajes herméticos y, a pesar de eso, ha habido accidentes mortales en dicha operación). Aunque la reentrada debería eliminar cualquier resto de la sustancia, si encuentra un satélite recién caído del cielo es recomendable no acercarse (esta situación se dio con el transbordador Columbia, que se desintegró en la reentrada en el 2003). Si le gustan las emociones fuertes, algunos satélites han usado energía nuclear y, sí, algunos de estos han caído al suelo. Si bien no se han producido daños al medio ambiente, la caída de los mismos ha producido situaciones de alerta, como la vivida en Canadá en 1978 cuando el satélite soviético Kosmos 954, con reactor nuclear incluido, se zambulló en la atmósfera terrestre.

Incluso si todos los satélites estuvieran compuestos por materiales inofensivos como metales y plásticos, estamos hablando de la incineración en la alta atmósfera de miles de toneladas de satélites al año. Aunque en la atmósfera se desintegran meteoritos de forma natural, su composición es bien distinta. Recientemente, la American Astronomical Society ha elevado la voz sobre los posibles riesgos que plantean la deposición en la atmósfera de elementos como aluminio y litio a un ritmo muy superior al natural.

Lo deseable es que los objetos lanzados al espacio vuelvan a Tierra de forma controlada, pero ¿dónde, concretamente? Obviamente es preferible una zona relativamente despoblada y la zona inhabitada más grande de nuestro planeta es el Pacífico Sur. No es de extrañar, por tanto, que las reentradas controladas (como por ejemplo las Progress rusas) acaben su vida allí. Todo normal y bien salvo que uno sea habitante de los Mares del Sur; aunque el riesgo sea menor, estos países protestan airadamente al ser considerados los “basureros públicos” de un problema que ellos no han generado. Claro, que quién va a hacer caso a las protestas de Kiribati o Vanuatu…

Si usted ha observado el cielo nocturno posiblemente haya visto algún satélite en el cielo. Contemplar la Estación Espacial Internacional, la Tiangong o un tren de Starlinks es inolvidable. Pero para los astrónomos profesionales la proliferación de satélites activos y basura espacial se ha convertido en un problema; un creciente número de fotografías muestra la estela de un satélite, afectando la investigación. Algunas megaconstelaciones han tomado medidas para mitigar el brillo de los satélites pero, como puede imaginar, se trata de acciones voluntarias.

CONSIDERACIONES FINALES

La exploración y utilización del espacio es uno de los grandes hitos de la humanidad y de ella obtenemos grandes beneficios aunque, como viene siendo habitual en nuestra especie, se ha realizado sin planificar debidamente las consecuencias negativas de dicha actividad. El principal es la proliferación de objetos en órbita, que causa problemas diversos, en especial las colisiones entre ellos, con un plausible efecto retroalimentado de dinámica exponencial que se conoce desde hace décadas llamado Síndrome de Kessler. Si bien, salvo para los astronautas, no existe riesgo para las personas, sería una lástima que la astronáutica muriera de éxito. No parece que exista un peligro inminente, pero conviene tomar medidas y cuanto antes mejor.

Aunque se han logrado avances considerables en la prevención de la generación de basura espacial, estos progresos son insuficientes y están sujetos a la buena voluntad de países y empresas. Es necesaria mayor implicación de las administraciones para poner freno a algunos desmanes que causan problemas perfectamente corregibles y establecer  convenios de colaboración que permitan que los residuos de un país sean recogidos por otros. Se están realizando tímidas aproximaciones al respecto. Por otro lado, tarde o temprano tendremos que abordar el tema de la eliminación activa de la basura espacial ya existente.

Grandes empresas –algunas lideradas por multimillonarios– obtienen jugosos dividendos por sus actividades espaciales. No obstante, la tarea de limpieza por las actividades espaciales va a recaer en los contribuyentes. Esta limpieza no va a salir barata. La misión ClearSpace-1 de la ESA está presupuestada en 96 M€. Si aceptamos como válida la estimación de que se van a requerir alrededor de 10 de estas misiones al año, la inversión total a sufragar por las arcas públicas rondará los 1000 M€ al año, una cantidad que no es precisamente pequeña (a modo comparativo, es más de lo que invierte la ESA en ciencia espacial). Se produce, por tanto, un caso más de privatización de los beneficios y socialización de las pérdidas que resulta éticamente inaceptable.

Tampoco está claro cómo se van a repartir las facturas. Para empezar, no todo el mundo tiene el mismo grado de culpabilidad. Obviamente, las pruebas ASAT son las más cuestionables pues dejan un enorme rastro de desperdicios y son perfectamente evitables. Las siguen aquellos trozos de basura generados por desidia y, finalmente, las que no merecen especial crítica al tratarse de accidentes imprevisibles. Por otro lado, la responsabilidad de los países no siempre cuadra con su voluntad y capacidad. Encontramos que Estados Unidos siempre ha estado en primera línea y tiene un cierto interés en la limpieza de la basura espacial. Rusia no está en condiciones de asumir ni económica ni tecnológicamente el legado basurero de la antigua Unión Soviética, por no decir que los cohetes rusos están ahora mismo más centrados en alcanzar Ucrania que los cielos. Europa y Japón siempre han tenido un papel secundario en la conquista del espacio pero parecen mostrarse especialmente interesados en recoger basura espacial. China tiene actualmente una actividad espacial muy superior a la de décadas atrás y respecto al tema de los residuos orbitales se observa bastante dejadez por su parte. Por último, la India ha tenido una responsabilidad históricamente moderada en la generación de residuos espaciales y, aunque hoy en día su capacidad es muy superior, sería un tanto incongruente solicitarle que asuma la limpieza de aquello que no ha generado.

La ciencia ficción ha plasmado de forma bastante precisa el tema de los residuos espaciales, en especial su ubicación en órbita baja terrestre. Este es un problema transgeneracional, por lo que será necesario emprender acciones de limpieza activa, además de considerar la posibilidad de que se produzca un Síndrome de Kessler.

Un artículo de Pedro P. Enguita Sarvisé

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