Preguntas frecuentes elaboradas y actualizadas por la Oficina de Desechos Espaciales de ESA/ESOC en Darmstadt (Alemania), sobre la reentrada de la estación Tiangong-1
Tiangong‑1 (天宫一号, “Palacio Celestial 1”) es un laboratorio experimental y la primera estación espacial china. Su principal objetivo era probar y perfeccionar tecnologías relacionadas con el encuentro orbital y el acoplamiento. Tiene el identificador COSPAR 2011-053A de la ONU. Fue lanzado el 30 de septiembre de 2011 a las 03:16:03.507 UTC por un cohete Larga Marcha CZ-2F desde el Centro de Lanzamiento de Satélites Jiuquan en el desierto del Gobi, Mongolia Interior (China). Durante su vida operativa se llevaron a cabo una misión no tripulada y dos misiones tripuladas, ejecutadas por la nave Shenzhou (神舟, “Nave Divina”).
¿Qué va a pasar?
La estación espacial Tiangong‑1 entrará en la atmósfera terrestre y se desintegrará sustancialmente entre marzo y abril de 2018.
A mediados de enero de 2018, la nave se encontraba a unos 280 km de altitud en una órbita que irá descendiendo inevitablemente; en su mayor parte se desintegrará debido al calor extremo generado por su paso a gran velocidad a través de la atmósfera (algunas naves, como las cápsulas Soyuz, están diseñadas para soportar la reentrada).
Tras su lanzamiento en 2011, la órbita de Tiangong‑1 comenzó a decaer de forma continua debido al rozamiento atmosférico, leve pero mayor que cero, presente incluso a 300 o 400 km de altitud. Este afecta a todos los satélites y naves en órbita baja terrestre, como la Estación Espacial Internacional (ISS), por ejemplo.
Como resultado, estas naves tienen que llevar a cabo rutinariamente ‘maniobras de impulso’ para mantener su órbita: normalmente, los controladores de tierra ordenan el encendido de los motores o propulsores de la nave durante un tiempo, acelerándola para que adquiera altitud.
Durante la vida operativa de la Tiangong‑1, desde su lanzamiento hasta diciembre de 2015, se efectuaron maniobras de mantenimiento orbital regulares para mantener una altitud operativa de entre 330 y 390 km por encima de la superficie terrestre.
¿Cuál era el plan de eliminación original?
En principio se planificó una ‘reentrada controlada’ al finalizar la vida útil de la nave.
Así, los controladores de tierra habrían ordenado el encendido de los motores, ralentizando la nave significativamente para que pudiera caer hacia la superficie. El encendido habría tenido lugar en un momento determinado para que la nave pudiera reentrar en la atmósfera y quemarse en su mayor parte por encima de una gran región deshabitada del Pacífico Sur. Las piezas que sobrevivieran caerían en el océano, lejos de cualquier zona poblada. Eso es precisamente lo que hizo la ESA, por ejemplo, con la serie de cinco naves de carga ATV entre 2008 y 2015.
No obstante, la estación Tiangong‑1 dejó de funcionar en marzo de 2016, aunque sin perder su integridad estructural. Hasta donde puede confirmarse, los equipos de tierra perdieron el control de la nave, por lo que no pueden ordenar el encendido de sus motores. Así, se espera que efectúe una ‘reentrada no controlada’.
¿Qué tamaño tiene Tiangong‑1? ¿Y qué forma?
El cuerpo principal de la nave tiene 10,4 m de longitud y está formado por dos cilindros de aproximadamente el mismo largo: un módulo de servicio y otro de experimentación. El módulo de servicio, más estrecho, se encarga de la alimentación y el control orbital. Cuenta con dos paneles solares, de unos 3 x 7 m cada uno. El módulo experimental, más ancho, comprende una sección cónica frontal cerrada, que incluye un puerto de acoplamiento, una sección cilíndrica y una sección cónica posterior. El módulo de experimentación es habitable.
Según la información disponible, la masa total de la nave era de unas 8,5 toneladas, incluido el combustible, en el momento del lanzamiento. Dado que la estación espacial excedió su vida útil prevista de dos años y siguió funcionando con éxito otros dos años más, debe haber consumido una cantidad considerable de combustible para mantener la órbita y las condiciones de habitabilidad en su interior.
Así, es probable que la masa a la reentrada sea mucho menor que la de los satélites difuntos que protagonizan reingresos no controlados unas dos veces por mes.
Mapa del área (en verde) sobre la cual podría producirse la reentrada de Tiangong 1, entre los 42,8 grados de latitud norte y los 42,8 grados de latitud sur. El gráfico de la izquierda muestra la densidad de población.
Hasta el momento, ¿hay alguien haciendo algo?
China notificó a la Oficina de Asuntos del Espacio Ultraterrestre de las Naciones Unidas (UNOOSA) la próxima reentrada y se comprometió a intensificar la vigilancia y publicar pronósticos sobre la decadencia orbital, además de solicitar una campaña internacional conjunta de seguimiento y difusión de información en el marco del Comité Interinstitucional de Coordinación en materia de Desechos Espaciales (IADC).
El IADC comprende a expertos en desechos espaciales y otras cuestiones procedentes de 13 organismos y agencias espaciales, incluyendo la NASA, la ESA, las agencias espaciales nacionales europeas, la Agencia Japonesa de Exploración Aeroespacial (JAXA), la Organización de Investigación Espacial de la India (ISRO), el Instituto Coreano de Investigaciones Aeroespaciales (KARI), Roscosmos y la Administración Espacial Nacional de China (CNSA).
Los miembros del IADC aprovecharán este acontecimiento para llevar a cabo su campaña anual de pruebas de reentrada en la atmósfera, durante la cual los participantes pondrán en común sus predicciones sobre la ventana temporal y sus respectivos conjuntos de datos de seguimiento, obtenidos de radares y otras fuentes. El objetivo es realizar verificaciones y análisis cruzados para mejorar la precisión de las predicciones de todos los miembros.
La ESA está actuando como anfitriona y administradora de la campaña, tal y como ha hecho con las anteriores veinte campañas de prueba del IADC desde 1998. Un caso especial para la ESA fue la campaña de 2013, cuando tuvo lugar la reentrada no controlada de su satélite GOCE.
En el sitio web del Organismo Espacial de Vuelos Tripulados de China se están publicando actualizaciones periódicas en chino y en inglés.
A enero de 2018, la altitud media de la estación espacial era de 280 km. Se asume que su posterior descenso y su reingreso en la atmósfera serán incontrolados en lo que se refiere a mantenimiento orbital. No obstante, esto no ha sido confirmado de forma inequívoca por las autoridades chinas, aunque se ha informado de que la actitud (orientación) de Tiangong‑1 está estabilizada.
¿Sobre qué partes de la Tierra se desintegrará?
Debido a la inclinación orbital de Tiangong‑1, de unos 42,8 grados, y a la naturaleza probablemente incontrolada de la reentrada, el punto de impacto final podría situarse en cualquier lugar del planeta entre 42,8 grados de latitud norte y 42,8 grados de latitud sur.
Reentradas de naves de la clase de Tiangong 1. Nota: el transbordador Columbia (STS-107), con una masa de 82 t, se desintegró inesperadamente durante su entrada controlada el 1 de febrero de 2003, lo que provocó la pérdida del vehículo y la tripulación.
Como puede verse en el gráfico a la derecha del mapa anterior, el lugar de la reentrada propiamente dicho no se distribuye de manera uniforme. Debido a la geometría de la órbita circular de la nave, la probabilidad de que el reingreso tenga lugar en las latitudes máxima (42,8° N) y mínima (42,8° S) es mayor que en el ecuador.
¿Por qué?
Dada la baja excentricidad y la inclinación no polar de la órbita (es decir, dado que la órbita de la estación alrededor de la Tierra es circular y en ángulo respecto del ecuador), la estación espacial pasa más tiempo cerca de los bordes de la banda de lo que hace cruzando la región ecuatorial de la Tierra. Así, la probabilidad de que la reentrada se efectúe cerca de los bordes de la banda de latitud (los extremos superior e inferior de la banda en el mapa anterior) es mayor.
¿Alguien sabrá con antelación la ubicación y la hora precisas de la reentrada?
Las trayectorias en superficie y, por tanto, las regiones de la Tierra en que podría producirse la reentrada solo se podrán pronosticar un día antes de que esta tenga lugar.
Aun así, predecir el lugar de un impacto de una entrada no controlada con un margen de kilómetros queda fuera de las capacidades técnicas actuales, debido a las complejidades del modelado de la atmósfera, la dinámica del objeto de reentrada y las limitaciones en la observación de la nave.
En general, la incertidumbre asociada a una predicción de reentrada no controlada es de alrededor del 20 % de la vida útil orbital restante. En la práctica, esto significa que hasta siete horas antes de la reentrada en sí la incertidumbre del lugar de la desintegración es una revolución orbital completa: ¡miles kilómetros más o menos!
Si la nave cuenta ahora con un sistema de control de actitud operativo, este podría dejar de funcionar al aumentar la presión dinámica (debido al descenso hacia la atmósfera) cerca de su reentrada, lo que aumentaría la incertidumbre respecto la ventana temporal de la reentrada (como sucedió, por ejemplo, en el caso de la reentrada del satélite GOCE de la ESA).
Una vez que entre en la atmósfera y se desintegre, ¿qué riesgo existe de que lleguen partes al suelo?
Tiangong 1 es una nave grande, comparable en masa y dimensiones con otras estaciones espaciales y naves de carga utilizadas con frecuencia, como los ATV de la ESA, los HTV japoneses, las Progress rusas o las estadounidenses Dragon y Cygnus.
Por la experiencia de vigilar las reentradas controladas de este tipo de naves, podemos deducir que Tiangong 1 se desintegrará durante la reentrada en la atmósfera y que algunas partes sobrevivirán al proceso y llegarán a la superficie terrestre.
Vídeo de la nave ATV 1 de la ESA en el momento de su desintegración durante su reentrada controlada en septiembre de 2008
Dada la naturaleza incontrolada de esta reentrada, la superficie en la que podrían caer fragmentos se extiende por un elipsoide curvo de miles de kilómetros de longitud y decenas de kilómetros de ancho. Aunque podría verse afectada un área extensa, es muy importante destacar que una gran parte de la Tierra está cubierta de agua o deshabitada.
Así, la probabilidad de que una persona sufra el impacto de uno de los restos de Tiangong 1 es diez millones de veces menor que la probabilidad anual de que le caiga un rayo.
En la historia de los vuelos espaciales nunca se han confirmado víctimas debido a la caída de basura espacial.
¿La reentrada de Tiangong 1 es comparable a las de naves de tamaño similar en el pasado?
Con 8,5 toneladas métricas de masa (inicial), la de Tiangong 1 no será ni por asomo la mayor reentrada no controlada en la historia de los vuelos espaciales. El récord corresponde a Skylab, con 74 toneladas.
Tiangong 1 entra en la categoría de los modernos cargueros espaciales (tripulados y no tripulados), como los ya mencionados ATV (12 t), los HTV japoneses (10 t), las naves rusas Progress (7 t) y Soyuz (7 t), las estadounidenses Dragon (7 t) o Cygnus (5 t) y la china Tianzhou (13 t). Estas masas corresponden a las naves cargadas; en la tabla siguiente se muestran en el momento de la reentrada.
¿Cómo publicará la ESA noticias o actualizaciones sobre la reentrada?
Además de las novedades publicadas en este blog, la ESA mantendrá informadas periódicamente a las autoridades de los Estados miembros de la ESA con detalles sobre la reentrada, como siempre hace en estos casos.
¿Qué está haciendo la ESA para abordar el problema de los desechos espaciales?
La ESA lidera las labores para abordar el problema de los desechos espaciales en varios frentes:
Vigilancia y seguimiento de objetos en el espacio
Al finalizar el periodo 2009-2020, el programa Conocimiento del Medio Espacial (SSA) de la ESA habrá supervisado una inversión de 200 millones de euros destinada a desarrollar sistemas de advertencia europeos para meteorología espacial, objetos cercanos a la Tierra (como los asteroides) y desechos abandonados en órbita por las actividades humanas. En el marco del SSA, la ESA está desarrollando y demostrando las tecnologías necesarias para localizar y seguir los desechos, y alertar a los operadores de satélites (que controlan nuestros satélites de navegación, telecomunicaciones e investigación científica) si hubiera necesidad de acciones evasivas.
Desarrollo de tecnologías para reducir y recuperar los desechos espaciales
La oficina Espacio Limpio de la ESA lanzó el proyecto CleanSat para apoyar a la industria europea en el desarrollo de tecnologías para naves en órbita baja terrestre plenamente conformes con la normativa sobre reducción de desechos espaciales. CleanSat abarca cuatro áreas tecnológicas: 1. Pasivación: la explosión de satélites es una fuente importante de residuos. La pasivación reduce la probabilidad de que los satélites exploten en el futuro al desactivar sus sistemas de encendido y sus baterías, y vaciando el carburante sobrante. 2. Diseño para la desaparición: muchas naves reingresan en la atmósfera. Si se utilizan materiales y diseños que se desintegren completamente, los ingenieros reducirán las probabilidades de que queden partes que lleguen a la superficie terrestre. 3. Sistemas de desorbitación: las directrices internacionales sobre basura espacial exigen que los satélites se alejen de la órbita baja terrestre antes de que transcurran 25 años tras finalizar su vida útil. La ESA está llevando a cabo estudios para desarrollar tecnologías que faciliten la salida de órbita al final de la vida operativa sin que la eficiencia de la misión se vea afectada (algunos ejemplos son los propulsores robóticos sólidos compactos para desorbitación y las ‘velas de terminación’ que podrían desplegarse para aumentar la resistencia aerodinámica y acelerar la reentrada). 4. Diseño para el servicio: implica incorporar elementos estándar en los futuros satélites, como anclajes y asas, que permitirán a las misiones robóticas de servicio capturar satélites para su retirada, reparación o repostaje.
Mientras que la primera acción para afrontar el problema de los desechos espaciales es dejar de producirlos, también es importante eliminar los residuos más grandes que actualmente se encuentran en las órbitas más transitadas, como medida preventiva para reducir la probabilidad de futuras explosiones o colisiones.
La oficina Espacio Limpio de la ESA está trabajando para preparar la primera misión de ‘retirada activa de desechos’ (ADR), denominada e.Deorbit. El objetivo de esta misión es utilizar un satélite adaptado para capturar un satélite a la deriva propiedad de la Agencia, y retirarlo de una altitud de 800-1.000 km y una trayectoria orbital casi polar. La misión también tendrá la oportunidad de demostrar las tecnologías necesarias para la caracterización de objetivos, los métodos de eliminación y los mecanismos de captura: tres áreas tecnológicas de gran interés para la ESA y la industria europea de cara a futuros vehículos espaciales de servicio.
¿Qué tecnologías específicas ayudarán a evitar futuras reentradas como esta?
Aunque no hay una tecnología específica, la principal forma de que un operador espacial evite reentradas como esta es asegurándose de que sus misiones son plenamente capaces de llevar a cabo reentradas controladas y totalmente destructivas al finalizar su vida útil. El enfoque tecnológico específico depende de la masa de la nave en cuestión:
Satélites de hasta 1-2 toneladas: tecnologías que hagan uso del ‘diseño para la desaparición’ durante su reinserción en la atmósfera. Al utilizar materiales susceptibles de quemarse completamente durante la reentrada y diseños que fomenten la desintegración completa al comienzo del proceso de reentrada, los ingenieros pueden reducir ya en la fase de construcción las probabilidades de que alguna pieza sobreviva a la reentrada y alcance la superficie terrestre.
Satélites mayores: se necesitan sistemas eficientes de desorbitación controlada. La ESA está realizando estudios para desarrollar tecnologías que faciliten la salida de órbita al final de la vida útil sin que la eficiencia general de la misión se vea afectada, como mejorar los indicadores de presión para medir con precisión la cantidad que carburante que queda en el depósito de combustible de una nave.
En el blog CleanSpace de la ESA se puede consultar más información sobre Espacio Limpio y las tecnologías que se están desarrollando en el marco del proyecto CleanSat.
Fuente: ESA
