BASURA ESPACIAL y SATÉLITES EN ÓRBITA

 Entrevista a José Mª Piña (autor del Tema), en "A día de hoy" de Alejandro Ávila en la emisora "Punto Radio"

ÍNDICE

DEFINICIÓN

COMPOSICIÓN - Observatorio OGS del Teide

REPERCUSIÓN EN MEDIOS

ESTIMADO EN ORBITAS

ÓRBITAS COMUNES

IMPACTOS

CAMIÓN DE BASURA CÓSMICA

SATÉLITES en ORBITAS - diversos sobre la "ISS", "Hubble", "Meteorológicos (GEO y Polares), etc.

TEMPERATURA SOPORTADA (calor o frío), POR LOS SATÉLITES ARTIFICIALES

VELOCIDADES ORBITALES

Cálculo de una órbita "GEO"

Cálculo de velocidades orbitales y alturas, para satélites

Seguimiento de misiones espaciales de la ESA, animaciones en tiempo real. posición, altura en Km y velocidad en Km/s

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DEFINICION de "BASURA ESPACIAL"

....

 

Telescopio OGS en Observatorio del Teide

 

pulsar las 4 imágenes para ampliarlas

Se llama basura espacial o chatarra espacial a cualquier objeto artificial sin utilidad, que orbita la Tierra.   

Se compone de objetos tan variadas como grandes restos de cohetes y satélites viejos, a restos de explosiones, o restos de componentes de cohetes como polvo y pequeñas partículas de pintura.

Según el ingeniero Jyri Kuusela, experto en Proyecto Basura Espacial de la "ESA" Agencia Espacial Europea, la composición de los objetos artificiales que orbitan la Tierra es aproximadamente la siguiente

Naves operativas

7%

Naves obsoletas

22%

Restos de cohetes

17%

Objetos relacionados con las misiones 

13%

Otros fragmentos

41%

REPERCUSION EN MEDIOS

  • Hace poco más de un año, el 11 de enero de 2007, los chinos lanzaron un misil balístico de rango medio desde su centro espacial de Xiang Space. Ascendió como lo que era, como un cohete, y a una órbita de baja altitud -865 Km- impactó contra un viejo satélite meteorológico, el Feng Yun 1C, que en una décima de segundo quedó convertido en ±2.000 fragmentos de entre 5 y 10 cm de lado, ±35.000 de alrededor de 1 cm y cerca de un millón de pedacitos de ± 1 mm.

    Esa era la misión encomendada al misil antisatélites. En esa décima de segundo, el volumen de desechos espaciales orbitando en torno a la Tierra aumentó en cerca de un 15 por ciento.

Estados Unidos y Rusia, que dominaban esa tecnología balística desde hacía tres décadas, dejaron de ensayar sus misiles en los años 80 precisamente para no saturar el inmenso basurero espacial en torno al planeta.

  • Un mes más tarde, el 19 de febrero de 2007, una etapa-del tipo Briz-M- de un cohete ruso Protón lanzado un año antes en una misión fallida y que había quedado en órbita con todo su combustible, explotó por la elevada temperatura derivada del rozamiento con la atmósfera. Un millar de grandes fragmentos más, de entre 1 y 10 centímetros, dando vueltas en torno a la Tierra.

  • Ahora, estos días, es de nuevo un viejo satélite el “USA 193” que ha encendido la alarma. Se trata de un artefacto espía lanzado por los Estados Unidos.  No se sabe mucho de él, no en vano es un espía. Sólo que pesa 9.072 Kg  y que, fuera de control está perdiendo altura en su órbita y a finales de este mes la fuerza de la gravedad le hará caer irremisiblemente.

  • ESTIMADO EN ORBITA

    Relacionados de interés:

    LA "ESA" RASTREA BASURA ESPACIAL DESDE EL OBSERVATORIO DEL TEIDE

    Expertos del IAC catalogan la basura espacial desde el Observatorio del Teide

Cuantificando la "Basura Espacial"

mayores de 10 cm 

± 10.500 de objetos

entre 1 y 10 cm

± 110.000 de objetos

menores de 1 cm

± 35 millones de objetos

La mayor parte de esta basura espacial se sitúa obviamente, en las órbitas más transitadas, por Satélites artificiales, de comunicaciones, militares, astronómicos, etc., etc..

Los picos de máxima densidad se hallan aproximadamente a ± 850, ± 1.000, ± 1.500, ± 2.000 y ± 36.000 kilómetros sobre nuestras cabezas.

LEO 

( Low Earth Orbit ) de baja altitud, 

hasta  ±  2.000 Km

GEO

( Geostationary Earth Orbit ) sobre paralelo 0º (ecuador de la Tierra) - "Geoestacionarias"

a  ±  35.785 Km

Los objetos pequeños, preocupantes...

Los objetos cuyo tamaño oscila entre 1 y 10 cm son los de verdad "preocupantes", según la ESA, porque son demasiado pequeños y numerosos para rastrearlos de manera individual.

Se ha calculado que un satélite con una superficie transversal de 100 metros cuadrados (incluidos los paneles solares) que orbita a 400 kilómetros de altitud, recibiría un impacto con un objeto de 10 centímetros cada 15.000 años.

  • En 1993, recuerda la ESA (Agencia Espacial Europea), la primera misión de mantenimiento encontró un orificio de más de 1 centímetro de diámetro en una antena de alta ganancia montada en el telescopio espacial Hubble.

  • En julio de 1996, el Cerise, un satélite de reconocimiento militar francés, recibió el impacto de un fragmento catalogado de la fase superior de un Ariane con la consecuencia de que una sección de 4,2 metros del mástil de estabilización por gradiente de gravedad quedó destruida.

  • Según el IAC, de 1958 a la fecha se conocen unos 62 casos de fragmentos de residuos espaciales que han caído a la Tierra, siendo de los más conocidos el ocurrido en marzo de 1977, cuando el depósito de un cohete Delta, de más de 200 kilogramos, se estrelló a escasos 50 metros de una granja texana.

  • Otro caso similar fue la caída del Skylab en 1979, el cual, en su precipitado descenso, dispersó 20 toneladas de desperdicios entre el océano Indico y Australia.

Cerca de 40% de desechos rastreables proviene de explosiones, unas 4 por año.

.....

Producción de basura, por explosión de una nave, cohete, etc.

En 1961, la primera explosión triplicó la cantidad de desechos rastreables en el espacio. 

En la década pasada, la mayoría de los operadores comenzó a emplear medidas pasivas de eliminar fuentes latentes de energía relacionadas con baterías, tanques de combustible, sistemas de propulsión. 

Pero esto sólo es insuficiente. A las tasas actuales, en 20 ó 30 años, las colisiones podrían superar a las explosiones como fuente de nuevos desechos.

CAMION DE BASURA COSMICA

A esta empresa se han abocado la "NASA" (National Aeronautics and Space Administration), la Agencia Espacial Europea, el Centro Nacional de Estudios Espaciales de Francia, la Administración Espacial China y la Organización de Investigación Espacial de India, entre otras, organismos que se han reunido para discutir la situación, coincidiendo en que lo primero es detectar la basura, lo que se realiza con la ayuda de radares. 

  • COSTES aproximados en el 2004

Luego habría que "efectuar lanzamientos limpios", es decir, enviar transbordadores a recoger esos desperdicios, ''una especie de camión de basura cósmico", pero hay que considerar el costo del lanzamiento, que puede superar los 600 mil dólares. 

Lanzar un kilogramo de carga a la órbita baja de la Tierra "LEO" 

cuesta entre 5000 y 10000 dólares

Ese mismo kilogramo de carga enviarlo a la órbita geoestacionaria "GEO" en la cual están los satélites de comunicación

coste superior a 40000 dólares

por lo cual tener este servicio de limpieza para capturar objetos que no tienen ninguna utilidad, genera rechazo por parte de muchos gobiernos que lo ven como un gasto inútil. 

Por interés relacionado:  Atrapar basura espacial con un arpón

  • SUS TAMAÑOS, CANTIDAD Y POSIBLES DAÑOS

 

OBJETOS EN ORBITA y SATÉLITES ARTIFICIALES

Satélite Astronómico "Hubble" a ± 590 Km de altura y 

período orbital de 1h32m

Satélite astronómico "Spitzer" en la banda de infrarrojos

"Estación espacial - ISS" orbitando a ± 397 Km sobre la Tierra, velocidad de ± 26.000 Km / h  y  período de 1h30m

Referente a la "Estación Espacial Internacional - ISS", interesante animación de sus  Fases de construcción y completa Exposición de sus características, funciones, compartimentos, etc., etc., más indicativo de su Posición en cada momento y ciudad sobre la Tierra.

Estación Espacial Internacional  -  "ISS"

Laboratorios

6

Inclinación órbita

51,6º

Ocupantes

7

Espacio habitable 

1.300 m3

Altitud sobre la Tierra

de 335 a 460 Km

Masa total

415 Tm

Velocidad

± 26.000 Km / h

Plazo de ejecución

del año 1998 al 2010

Período  (vueltas a la Tierra)

1 cada 90 min

Vida útil

mínimo 10 años

Tamaño ±

108 m y 74 m

Construcción

en 3 fases

.

.

Inversión

> 20.000.000.000 euros

Por su interés relacionado, ver SEGUIMIENTO DE MISIONES DE LA ESA, con indicación y animación de rutas seguidas por diferentes satélites en tiempo real, mostrando en el planisferio su posición sobre la Tierra en ese momento, con indicación de velocidad en Km / s,  altura de su órbita sobre la Tierra en Km,  Latitud y Longitud. 

Por defecto seguimiento animado de la efectuada por la "ISS", aunque se puede acceder a un listado de otras misiones de interés.

Y seguimiento particularizado por satélite en Astronomía y Física Fundamental, misiones de la ESA  La ciencia espacial ha sido el núcleo de la cooperación y el éxito en el espacio europeo desde principios de 1960. En los primeros años de este nuevo milenio, la ESA está mirando hacia el futuro, a partir de un pasado sólido, y en la actualidad trabaja para superar los retos científicos, intelectuales y tecnológicos del mañana.

Hoy en día, las misiones operados por la ESA están explorando la conexión Sol / Tierra y observar el universo desde el espacio, mientras que la planificación activa está en marcha para las futuras misiones de astronomía y astrofísica.

SATÉLITES ARTIFICIALES DIVERSOS

La palabra "satélite artificial" se convirtió en una realidad el 4 de octubre de 1957, con la colocación en órbita terrestre del "Sputnik 1". 

A partir de entonces miles de cuerpos artificiales con funciones muy diversas, han sido puestos en órbita tanto alrededor de la Tierra, como de otros planetas y satélites naturales de otros planetas, del tipo

  • Científicas,

  • Comunicaciones, etc.,

  • Militares,

  • Meteorológicos, (Geoestacionarios y Polares)

Sobre los satélites "Meteorológicos":

  • Primero fueron "Geoestacionarios" (altura ± 36.000 Km),

    • Pero pronto se vio, que captaban fenómenos de grandes superficies, toda Europa por ejemplo…, incluso las nubes más elevadas, pero no las superficiales y más importantes, por su inmediato efecto sobre la zona, siendo genéricos que no precisaban los fenómenos locales y necesarios para su estudio.

  • Actualmente se utilizan satélites "Polares" (altura ± 870 Km),

    • Que por su baja altura permiten visionar, fenómenos meteorológicos, que actúan directamente sobre una zona de la Tierra, y mediante diferentes filtros permiten captar o mejor dicho fotografiar en diferentes longitudes de onda, lo que comporta una captación más precisa de los fenómenos que suceden en la atmósfera y que naturalmente incidirán sobre una zona concreta, por ejemplo toda Cataluña o parte de ella, con muchísima mayor resolución, es decir precisión en detalles del fenómeno captado.

    • En la tabla adjunta, se citan los satélites meteorológicos "Polares" más utilizados y su altura aproximada.

Con un receptor de VHF en FM y banda estrecha y comprendida entre 137 Mhz y 138 Mhz, se pueden captar sus señales que debidamente decodificadas, captan las imágenes a visionar en nuestro PC, mediante un programa de sencilla descarga por Internet ya que hay bastantes, que sobre diversos fenómenos meteorológicos incidirán sobre nuestro zenit

Satélites en órbita Geoestacionaria. "GEO"  (Geostationary Earth Orbit), 

Situados siempre sobre el paralelo 0º (el ecuador de la Tierra) a  ±  35.785 Km

  • Los Estados Unidos tienen dos en funcionamiento el GOES-11 y el GOES-12.

    • GOES-12, designado como GOES-East, está sobre el río Amazonas y proporciona la mayor parte de la información meteorológica estadounidense.

    • GOES-11 es denominado GOES-WEST y se sitúa el este del Océano Pacífico.

  • Japón dispone de un satélite, el MTSAT-1R en medio del Pacífico a 140º E.

  • Europa dispone de tres

    • Meteosat - 6, 7 y 8, sobre el Atlántico

    • Meteosat - 5. y uno sobre Océano Índico

  • Rusia utiliza el GOMS sobre el ecuador al sur de Moscú.

  • La India también dispone de satélites geoestacionarios meteorológicos.

  • China utiliza los satélites geoestacionarios Feng-Yun (風雲), el FY-2C a 105ºE y el FY-2D a 86,5º E

Satélites en órbita "Polar",

Que rodean la Tierra a una altitud típica de ± 850 Km. de norte a sur o viceversa, pasando sobre los polos en su vuelo.

Los satélites polares están en órbitas heliosíncronas, lo que significa que pueden observar cualquier lugar de la Tierra y ver dos veces al día un lugar con las mismas condiciones generales de luz debido al tiempo solar casi constante.

Además, los satélites de órbita Polar ofrecen mayor resolución, que sus homólogos geoestacionarios debido a su cercanía con la Tierra, por lo que cada vez la tendencia es hacia los Polares.

  • Estados Unidos tiene una serie de satélites meteorológicos polares de la NOAA,

    • NOAA 17 y NOAA 18 como satélites principales,

    • NOAA 15 y NOAA 16 como secundarios,

    • NOAA 14 como suplente y NOAA 12.

  • Rusia dispone de las series de satélites Meteor y RESURS.

  • China y la India también disponen de satélites de órbita polar.

  • Interesantes, los siguientes YouTube correlativos sobre la  Estación Espacial Internacional "ISS"

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Un satélite permanece en órbita alrededor de la Tierra (o de otro cuerpo celeste) cuando la fuerza de atracción gravitacional está equilibrada con la fuerza centrífuga.

Como la fuerza de gravedad ejercida por un cuerpo celeste disminuye en proporción inversa al cuadrado de la distancia, cuanto más alto esté situado el satélite, menor será la fuerza de atracción gravitacional y menor, por consiguiente, su velocidad orbital.

  1. En principio creo... que la temperatura debería ser elevadísima (± 1000 ºC, cuando en órbita esté hacia el Sol), no obstante como el calor se manifiesta por la vibración de las moléculas del medio y en esas órbitas, las moléculas de atmósfera, etc., están muy separadas, el impacto de temperatura creo sea muy bajo.

  2. Otra cosa será el impacto térmico, que por efecto de la radiación solar reciban, que obviamente será enorme, porque no hay casi atmósfera que las filtre, lo que se transforma obviamente en calor cuando en su órbita está directamente hacia el Sol o en frío cuando no lo está. Y ambas elevado calor o frío intenso, son perjudiciales para el normal funcionamiento de la electrónica del satélite artificial y componentes como las antenas.

Así que el problema del control térmico de los satélites trabaja solo con absorción y emisión de radiación, y nada por conducción con el entorno (aunque sí conducción entre las piezas del satélite, internamente) y por supuesto nada de convección.

Para evitar el calentamiento excesivo, en la parte de su órbita que está hacia el Sol y se calienta por radiación, aparte del aislamiento pasivo se usan sistemas activos de circulación de fluidos (en tecnología rusa-soviética se usa mucho el aire, los satélites van llenos de gas y ventiladores). El exceso de calor se reconduce a radiadores que lo emiten al espacio obviamente por radiación. 

Y en la parte de su órbita que esté en sombra se enfriará por falta de radiación, y soportar un frío excesivo por debajo de cero, dificulta el funcionamiento de equipos.  Esto se resuelve con sistemas de calentamiento activo, normalmente de tipo eléctrico (para misiones a Marte y otros mundos se usan a veces calefactores radiactivos)

Las antenas se pintan de blanco, o incluso de color metálico reflectante, para que no se calienten (lo que podría deformarlas).

Para más información: https://space.stackexchange.com/questions/7827/whats-the-typical-temperature-of-a-satellite-orbiting-the-earth

Desarrollo por ejemplo, de una órbita "GEO"

La velocidad angular ) se obtiene al dividir el ángulo realizado en una revolución 360º = 2 p rad.  (1 radián = 57º17'44,8'') por su "período orbital" (el tiempo que tarda en realizar una revolución completa) es un "día sideral" =  23h 56m 04,09s = 86.164,09 seg.).   El resultado es

w = 2 p / día sideral = 2 p / 86.162,455 = 7,29 x 10-5 rad / s

r = (µ / w2)1/3 = [ (398.600 / ( 7,29 x 10-5 )2 ]1/3 = 42.163,62 Km

Siendo µ = 398.600 (parámetro fijo gravitacional de la Tierra) y el radio orbital resultante (r) es igual a  ± 42.164 Km. y restando ±  6.378 Km, del radio ecuatorial terrestre, obtenemos una altitud de  ± 35.786 Km. 

La velocidad  (v) orbital de satélites GEO se puede calcular multiplicando su velocidad angular por el radio orbital

v = w r = 7,29 x 10-5 rad / s x 42.163,62 Km = 3,07 Km / s = 11.068,84 Km / h

Velocidad esta, que un satélite artificial "GEO" necesita, para permanecer en órbita.

....

 

El punto verde y el marrón están siempre en línea, en una órbita Geoestacionaria,

Y altura sobre la Tierra de ± 36.000 Km,  con velocidad orbital de ±11.000 Km / h

  • Una órbita particularmente especial es la que está a ± 36.000 Km de la Tierra ( ± 35.785,62 Km ), donde el satélite emplea 24 horas (23h 56m 04,09s) para realizar una vuelta completa (período), a velocidad de ± 11.068,84 Km / h.

  • Esto significa que, con respecto a un cierto punto geográfico de nuestro planeta, el satélite permanece inmóvil porque su período orbital coincide con el de rotación de la Tierra. 

  • Una órbita de este tipo se llama Sincrónica o Geoestacionaria  "GEO" (Geostationary Earth Orbit)

Cálculo de velocidades orbitales y alturas medias sobre nuestra Tierra, para satélites concretos

  • Entrar en nuestra  TABLA_07, para obtener su velocidad orbital en Km / h y altura media de la órbita, en la que gira sobre nuestra Tierra, ese objeto

  • De interés relacionado, entrar en el pdf siguiente  "XV Olimpíada española de física"   sobre unos problemas sencillos de física aplicados a las órbitas.

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CONCLUSIóN SOBRE "BASURA ESPACIAL"

Desde hace millones de años, cantidades enormes de residuos espaciales procedentes de diversos cuerpos orbitales caen sobre la Tierra, la mayoría de pequeños tamaños y debido a la densidad de la atmósfera y su velocidad de entrada, se funden consiguiendo que su impacto sea inofensivo.

Ahora bien, esa cantidad de materia procedente del espacio, ha ido aumentando el tamaño de la Tierra y prueba de ello la tenemos en que los descubrimientos de fósiles humanos se encuentran a gran profundidad.

Por tanto y haciendo mención ahora de la "Basura espacial" provocada por la humanidad, y dado que los de mayor tamaño están seguidos en sus órbitas y trayectorias por sistemas muy sofisticados, y la posibilidad de impactarles con misiles es evidente, por tanto y... 

Diciéndolo de otro modo... no hay peligro aparente para la humanidad por la caída de esa "Basura espacial", otra cosa muy diferente es que su impacto en los satélites artificiales, por pequeños que sean los residuos y por sus enormes velocidades, sea cada vez mayor

Referentes ABC.es - ELMUNDO.es - IAC (Instituto Astrofísico de Canarias)

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