¿Cómo se protegen la ISS y otros satélites contra los desechos espaciales?

La ISS y otros satélites protegen contra grandes escombros al re-maniobrar sus órbitas y amenazas más pequeñas mediante el empleo de escudos de colisión.

Desde que se envió el primer satélite al espacio, ciertas consecuencias no deseadas han amenazado con descarrilar la exploración del espacio exterior por parte del hombre. El más destacado de ellos es el de los desechos espaciales. Los nuevos satélites que se lancen deben tener en cuenta los desechos espaciales en sus trayectorias para evitar contratiempos. Estas diminutas partículas se mueven a velocidades extremadamente altas, órdenes de magnitud más rápido que incluso las balas de rifle de asalto más rápidas.

El creciente número de satélites que se lanzan al espacio se traduce en una mayor cantidad de desechos espaciales. Las misiones a largo plazo, como la Estación Espacial Internacional (ISS), deben permanecer continuamente alerta antes de que ocurran colisiones desastrosas.

Ahora, veamos qué medidas se han implementado en la ISS y otros satélites para abordar este grave problema.

La amenaza de los desechos espaciales

Los desechos espaciales se refieren a masas pequeñas y sólidas, tanto artificiales como naturales, que permanecen cerca de la Tierra en la órbita terrestre baja (LEO). Varían en tamaño desde unos pocos micrómetros hasta decenas de pulgadas de ancho.

Distribución del tamaño de los desechos espaciales orbitales.

Se estima que hay más de 100 millones de piezas de escombros del tamaño de un micrómetro orbitando la Tierra, alrededor de 100 millones de piezas de 1 mm o más grandes, 500,000 piezas del tamaño de una canica (~ 1 cm) y 23,000 piezas del tamaño de una canica. una pelota de béisbol. Estas piezas se mueven a velocidades de 15,700 mi / h (25266.7 km / h) y más rápido. Por contexto, la velocidad de salida de un AK-47 es de aproximadamente 1588 mi / h (2555,6 km / h) y el diámetro de la bala es de 7,62 mm. Por lo tanto, está claro que los desechos espaciales representan una amenaza existencial para los satélites y las personas que los habitan.

De hecho, en 1978, un científico de la NASA, Donald J. Kessler, predijo que más allá de un umbral crítico de concentración de escombros en LEO, otra colisión crearía un efecto en cascada, debido al cual se crearían exponencialmente más escombros, lo que conduciría a la inoperabilidad total. de LEO.

Protección contra desechos espaciales

Es imposible protegerse contra los desechos espaciales con una eficiencia del 100%, ya que hay cientos de millones de estas piezas en el espacio. La mayoría son demasiado pequeñas para rastrearlas. La NASA rastrea objetos que miden 10 cm o más, ya que su mayor tamaño permite su medición y monitoreo.

Hay tres niveles de amenaza, según el tamaño y la velocidad del proyectil. Las medidas de protección van desde maniobras orbitales para objetos grandes (que miden más de 10 cm de tamaño con un alto potencial de amenaza) hasta escudos de colisión que absorben el impacto de objetos más pequeños y menos peligrosos (que miden menos de 1 cm).

Maniobra orbital

La maniobra orbital se refiere a un cambio deliberado en la trayectoria de un satélite para evitar una colisión. La forma más sencilla de implementar esto es apagar los propulsores de cohetes, si el satélite tiene uno. Para la ISS, 30 mi

30 millas Se crea una cuadrícula de 2.5 millas en el espacio, con la nave espacial en el centro. Los objetos que miden 10 cm o más se rastrean y se mapea su trayectoria. Si el objeto se infiltra en la cuadrícula espacial de la ISS, se inicia una maniobra de evitación de escombros.

Se calcula la probabilidad de colisión. Si la probabilidad es superior a 1 / 100.000 (> 0,00001), se inicia una maniobra, pero solo si no pone en peligro los objetivos de la misión. Si la probabilidad resulta ser mayor que 1 / 10,000 (> 0,0001), entonces se inicia una maniobra, a menos que la maniobra aumente la amenaza para la tripulación. Los propulsores disparan para impartir suficiente energía cinética a la estación espacial para evitar el objeto en su espacio cercano. Una vez que el objeto ha pasado, se inicia el reingreso a la órbita original.

Escudo de Whipple

Varios diseños de Whipple Shield.

Como su nombre indica, un Whipple Shield es una barrera física para proteger contra las colisiones de escombros con un objeto de 1 cm o menos de tamaño. El escudo lleva el nombre de su inventor, Fred Whipple. Es un sistema de protección de dos etapas. El primero es un parachoques de aleación de aluminio de 0,26 cm de grosor y expuesto al espacio. Absorbe la mayor parte de cualquier colisión, lo que resulta en la rotura del objeto en pedazos aún más pequeños.

La segunda etapa es la pared de la nave espacial en sí, que está diseñada para resistir cualquier colisión de las partículas significativamente debilitadas. Hay algo de espacio entre el escudo del parachoques y la pared de la nave espacial, llamado distancia de separación, que es de 10,2 cm.

Escudo de Whipple relleno

Esta es una actualización simple del diseño de escudo anterior, donde se introduce una capa de relleno entre la capa más externa y la pared más interna de la nave espacial. El parachoques más externo es una aleación de aluminio de 0,15 cm de espesor. La distancia de separación entre el parachoques más externo y el relleno es de 5,1 cm.

El relleno se compone de dos capas: una capa de cerámica frente al escudo más externo, seguida de un polímero de propiedades de tracción adecuadas, como el Kevlar. La capa de relleno es seguida por la pared de la nave espacial, nuevamente separada por 5,1 cm. La presencia de dos capas antes de la pared de la nave espacial disminuye significativamente el riesgo de contacto con la nave espacial en sí, que es el escenario ideal.

Escudo de malla Whipple

Como sugiere el nombre, la capa más externa de este diseño consiste en una malla de aluminio (fibras muy finas de Al entrecruzadas), que absorbe el impacto inicial y rompe los escombros en partículas más finas, que luego son detenidas por la capa de relleno detrás.

Una palabra final

La protección contra escombros consiste en un sistema de múltiples etapas diseñado para atender objetos de acuerdo con su potencial de daño. El curso de acción más adecuado para partículas grandes (> 10 cm) es la maniobra orbital. Para partículas de tamaño mediano, el curso de acción depende de su detectabilidad.

Si se detectan con suficiente antelación, se inicia una maniobra orbital, dependiendo de la probabilidad de colisión y el cumplimiento de los objetivos de la misión. Si no se detectan, entonces son demasiado pequeños para causar una amenaza fatal a la nave espacial, por lo que se emplean escudos de colisión de diferentes estructuras, dependiendo de la región que protegen y la probabilidad de colisión en órbita.