En este mismo momento, hay más de 10.000 satélites operativos en órbita terrestre baja, junto con 3.500 satélites fuera de servicio (o inactivos), decenas de miles de fragmentos de desechos de 10 centímetros o más y más de 100 millones de fragmentos de desechos más pequeños, y los riesgos de conjunciones están aumentando. Estas cifras no harán más que multiplicarse a medida que aumente rápidamente la cadencia de lanzamientos comerciales y gubernamentales. Si bien existen diferentes pronósticos sobre cuántos nuevos satélites entrarán en órbita para 2030, que oscilan entre 20.000 y 58.000, no hay duda de que la congestión de la órbita terrestre baja (LEO) aumentará sustancialmente.
Con el creciente tráfico en el espacio y el creciente número de alertas, los métodos convencionales de evaluación de riesgos y prevención de colisiones que dependen de procesos manuales y divulgación limitada ya no son suficientes. Por ejemplo, mi empresa rastrea, en promedio, más de 60.000 alertas por semana para una constelación de alrededor de 100 satélites en un entorno orbital muy activo. O considere que la constelación Starlink de SpaceX realizó casi 50.000 maniobras para evitar colisiones solo en la primera mitad de 2024. Eso equivalió a 275 maniobras por día.
A medida que aumenta el tráfico LEO y las órbitas se vuelven más desafiantes, la industria satelital debe priorizar una cooperación más estrecha para mejorar las salvaguardias y mejorar el intercambio de información en tiempo real. La administración responsable es esencial para evitar un desastre y, sin embargo, estamos fallando en varias áreas clave. El intercambio de información en tiempo real, los sistemas de propulsión activa y las operaciones de misión con buenos recursos son tres pasos cruciales que deben tomarse para reducir el riesgo de colisiones.
Efemérides
El medio más importante para reducir los riesgos de conjunción es tener datos precisos y en tiempo real sobre la ubicación precisa de un satélite y los planes de maniobra tanto ahora como en el futuro.
Estos datos, conocidos como efemérides, son fundamentales para garantizar un entorno operativo seguro en órbita. Sin embargo, muchas empresas privadas no comparten esta información tanto como deberían.
Si bien la Fuerza Espacial de EE. UU. rastrea activos orbitales a través de la Red de Vigilancia Espacial, existen límites a su eficacia para prevenir conjunciones. Por ejemplo, los conjuntos de elementos de dos líneas de la Fuerza Espacial (conjuntos de datos utilizados para rastrear órbitas) solo tienen una precisión de unos pocos kilómetros para los satélites LEO. Además, el catálogo de Perturbaciones Especiales de la USSF, que es más preciso que los conjuntos de elementos de dos líneas, no tiene en cuenta las correcciones o maniobras precisas planificadas por los operadores de satélites. Las soluciones comerciales ofrecen mayor precisión, pero no siempre tienen acceso a datos internos, como los planes de maniobras de los satélites.
Por eso la colaboración es tan importante. La información más precisa y en tiempo real sobre la ubicación de un satélite sólo la conoce el operador del satélite. Tienen acceso exclusivo a información clave, como los datos de navegación global del satélite, sensores a bordo, planes de maniobra, diseño y estado del satélite y otros datos críticos. Esta información es esencial para establecer efemérides precisas y garantizar operaciones seguras en el espacio. Sin embargo, hemos descubierto que sólo entre el 3 % y el 4 % de los operadores de satélites mundiales comparten actualmente esta información con la industria.
Si bien es comprensible que los operadores quieran proteger su información patentada, las efemérides precisas y casi en tiempo real son fundamentales para garantizar un entorno orbital seguro para todos. Necesitamos cambiar la mentalidad sobre esto y comenzar a pensar en las efemérides como información vital que debe compartirse ampliamente dentro de la industria.
Maniobrabilidad
La congestión está aumentando la tasa de conjunciones. Pero la falta de sistemas de propulsión activos está empeorando las cosas.
El número de satélites comerciales en órbita ha aumentado significativamente desde principios de 2020, pero muchos de ellos, especialmente los satélites pequeños, no están equipados con sistemas de propulsión activos. La falta de maniobrabilidad hace que sea más difícil ajustar la trayectoria de vuelo del satélite para evitar posibles colisiones.
A principios de este año, trabajamos con dos operadores comerciales que enfrentaban una situación crítica. Sus satélites se enfrentaron a un evento de conjunción de alto riesgo, que se predijo que pasaría a un kilómetro entre sí dentro de las 12 horas posteriores a la detección del evento. Desafortunadamente, ninguno de los satélites tenía un sistema de propulsión activo, por lo que no podían maniobrarse fácilmente. Como resultado, la única opción era utilizar una opción de maniobra conocida como arrastre diferencial, que implica ajustar la actitud del satélite y los ángulos de los paneles solares para aumentar o disminuir la resistencia atmosférica para cambiar su trayectoria. Sin embargo, la resistencia diferencial tiene capacidades limitadas y tarda más en producir un cambio significativo en la trayectoria, por lo que es mejor reservarla para operaciones rutinarias como el mantenimiento de formaciones de constelaciones donde la seguridad no está en riesgo. No es una solución ideal para maniobras de emergencia. Pero, en este caso, no había otra opción debido a la urgencia de la situación. Utilizando nuestra plataforma de coordinación de tráfico espacial, los dos operadores diseñaron y realizaron las primeras maniobras simultáneas para evitar colisiones de arrastre diferencial en LEO para cambiar las trayectorias de sus satélites lo suficiente como para reducir significativamente el riesgo.
Afortunadamente, estas maniobras funcionaron y los dos satélites resultaron ilesos. Sin embargo, este casi accidente es una clara advertencia sobre la urgente necesidad de sistemas de propulsión activos. Si bien alterar el perfil de resistencia de un satélite puede ser una forma útil de ahorrar combustible para el propulsor mientras se realizan maniobras básicas, no es un medio confiable para prevenir colisiones orbitales, especialmente con poca antelación. LEO se está volviendo demasiado concurrido para depender de soluciones improvisadas durante situaciones de alto riesgo. Con los nuevos avances en los sistemas de propulsión de satélites pequeños, los operadores deben examinar más de cerca cómo pueden integrar estas tecnologías en todas sus naves espaciales.
Operaciones de misión
Con más empresas y naciones lanzando más cohetes y satélites que nunca, la dinámica de LEO está cambiando dramáticamente y los equipos de operaciones de misión son más importantes que nunca.
Es fundamental que los operadores de satélites cuenten con equipos de operaciones del tamaño adecuado que puedan manejar tanto problemas de rutina como emergencias. Las empresas deben asegurarse de que sus presupuestos sean suficientes para mantener el nivel adecuado de personal y retener personal altamente experimentado. Con tantas cargas útiles nuevas entrando en órbita (muchas de las cuales no son maniobrables), un número creciente de satélites inactivos y el aumento previsto de eventos de fragmentación, estos equipos serán responsables de gestionar un mayor número de avisos de conjunción en un período más corto. tiempo.
La automatización también es cada vez más crítica. Existe un número creciente de sistemas automatizados de coordinación y gestión del tráfico espacial que pueden mejorar sustancialmente el conocimiento de la situación espacial, el análisis de conjunciones, la generación de maniobras autónomas y, en algunos casos, las maniobras coordinadas entre dos satélites. La automatización será una capacidad crítica para los equipos de operaciones a medida que aumenten los eventos conjuntos y disminuya el tiempo disponible para gestionarlos.
Los riesgos de conjunción están aumentando en todos los regímenes orbitales, pero el riesgo es particularmente grave en LEO. A medida que aumente la cadencia de lanzamiento y se pongan en órbita más cargas útiles, veremos más colisiones a menos que se realicen cambios clave.
Nuestra industria necesita mejorar la cooperación entre operadores y tomar todas las medidas posibles para gestionar proactivamente los riesgos de conjunción para que nosotros, como industria, podamos tomar las medidas adecuadas para evitarlos.
Siamak Hesar es cofundador y director ejecutivo de Kayhan Space. Tiene un doctorado. en Ciencias de la Ingeniería Aeroespacial de la Universidad de Colorado, Boulder. Ha apoyado misiones de la NASA en el pasado como ingeniero en dinámica de vuelo y especialista en conciencia situacional espacial. Antes de Kayhan Space, Siamak dirigió varios esfuerzos de desarrollo de software centrados en la evaluación y mitigación del riesgo de colisión y la navegación autónoma a bordo. Le apasiona el espacio y quiere hacer su parte para garantizar un entorno orbital terrestre sostenible para las generaciones futuras.
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