Un láser grande contra la basura espacial pequeña

La protección de los satélites es un tema acuciante. Si hubiera que reemplazar los cerca de 1 000 satélites activos que hay en órbita en la actualidad, el coste estimado sería próximo a los 100 000 millones de euros. Numerosos sectores de la economía sufrirían las consecuencias, que afectarían al conjunto de la sociedad.

Se han propuesto varias tecnologías como soluciones posibles. Las mentes de los científicos han generado multitud de posibilidades, desde los robots colectores de la DARPA y los cargueros de la ESA (cuya implantación está prevista para 2015 en ambos casos) hasta ciertas redes de pesca propuestas en Japón. Otra de las posibilidades se fundamenta en la tecnología láser. En 2011, la NASA propuso la construcción de una estación de láser que cumpliría la función de alterar la trayectoria de la basura espacial, una propuesta que está ganando adeptos con el tiempo.

El proyecto CLEANSPACE («Small debris removal by laser illumination and complementary technology»), que lleva en marcha tres años y concluye este mes, viene estudiando la aplicación de dicha tecnología láser para eliminar la basura espacial pequeña, la más problemática para los satélites en órbita. Su objetivo principal es definir un plan de tecnologías de vigilancia, identificación y seguimiento que se puedan usar con un posible sistema de protección por láser basado en tierra.

El Dr. Christophe Jacquelard, coordinador del proyecto, accedió a presentar algunos de sus resultados más destacados.

¿Cuáles son los objetivos principales del proyecto?

El estudio de CLEANSPACE surgió en respuesta a la convocatoria de proyectos de investigación, perteneciente a FP7-SECURITY, SPA-2010-2.3.02 «Need to protect space assets from on orbit collision». Su finalidad es la de atender esta necesidad definiendo los requisitos para una eliminación segura y rutinaria de basura espacial pequeña en órbita terrestre baja con una estación de láser de alta energía sita en tierra. Esta tecnología permitiría proteger los valiosos activos espaciales frente a impactos destructivos sufridos en órbita.

¿Qué tiene de nuevo o innovador el proyecto?

El uso de láser para modificar la trayectoria de la basura espacial es una propuesta nueva; nosotros hemos definido una arquitectura global para un sistema así instalado en tierra. Lo más innovador del proyecto es su parte técnica: se ha estudiado la interacción entre láser y materia en el vacío; se ha demostrado un acoplamiento coherente de haces de láser de energía moderada; se ha probado la idoneidad de una tecnología cerámica para desarrollar muestras de gran tamaño, forma compleja y reparto de dopantes luminiscentes. Para asegurar un apoyo internacional duradero y un proceso de eliminación de basura sin trabas, se ha propuesto un organismo internacional y, por último, se han desarrollado herramientas de simulación con las que evaluar la modificación de la trayectoria en una o múltiples pasadas.

¿Cómo funcionaría exactamente su arquitectura global?

Un sistema de estas características sería capaz de transmitir, con cada disparo, un impulso muy leve a la basura espacial mediante la ablación de una capa muy fina de su superficie. Emitiendo miles de disparos de láser, se reduciría la velocidad de la basura y ésta acabaría por caer a una órbita más baja. Este sistema permitiría cambiar la trayectoria de determinado objeto, evitando así su colisión prevista con elementos valiosos de la infraestructura espacial, y, al mismo tiempo, eliminar ese detritus, puesto que su nueva trayectoria provocaría su reentrada en la atmósfera.

¿Cuáles fueron las principales dificultades encontradas y cómo se resolvieron?

Durante el proyecto no se encontró ninguna dificultad importante, gracias a que contamos con un equipo muy competente, formado por personas experimentadas que llegaron a compenetrarse bien y que no cambiaron de principio a fin. Aprovecho la oportunidad que me brinda este artículo para decir que fue un placer para mí trabajar con todas ellas; sus distintos campos de especialización y países de origen fueron toda una ventaja.
Evidentemente, en el transcurso de CLEANSPACE, hubo que tomar decisiones importantes, dado que en todo momento buscábamos la optimización. La más importante fue la fusión de los dos diseños iniciales de láser (uno de cada socio principal dedicado a los láser y de las actividades externas) con el fin de definir una tercera arquitectura de láser empleando las mejores características de sus predecesores y, en especial, los amplificadores cerámicos con acoplamiento activo Nd:Yag.

¿Qué etapas restan del proyecto? ¿Qué planes hay para cuando llegue a su fin?

Desde el momento que concluya CLEANSPACE, calculamos que la estación de láser terrestre que hemos proyectado podría estar en funcionamiento en el plazo de diez años. La creación de este sistema podría dividirse en dos fases. La primera fase se ocuparía de los pasos tecnológicos necesarios, que son principalmente el desarrollo del láser, la integración de varias tecnologías en un prototipo de demostración, la creación de una red preliminar de monitorización y catalogación de basura espacial y la puesta en práctica de las políticas pertinentes.
La segunda fase no podría iniciarse hasta que se dispusiera del compromiso con respecto a la «eliminación de basura con láser» (laser debris removal, LDR) por parte de la Unión Europea y de otras potencias espaciales, y de un acuerdo para financiar la construcción de un sistema de LDR. En esta fase se construiría la estación LDR, se fabricaría el láser de alta energía, el telescopio y ciertos componentes ópticos y todo ello se integraría en la estación. Parece factible completar esta segunda fase en un plazo de cinco años.

¿Están satisfechos con los resultados de su investigación?

Desde el proyecto se organizó una jornada de exhibición (que tuvo lugar antes de su conclusión) para presentar los principales resultados técnicos y mostrar los cuatro experimentos que hemos realizado: uno llamado «Debris tracking Mock-up» (maqueta de seguimiento de basura), otro que muestra la «propulsión por láser», un «laser coupling demonstrator» (demostrador de acoplamiento por láser) y, por último, una «disk laser demonstration» (demostración de láser de disco). Los asistentes tuvieron ocasión de informarse sobre nuestra propuesta y de observar cómo un láser puede desplazar un objeto en un entorno de vacío (en el que se encuentra la basura espacial).

¿Cuántas empresas o gobiernos han manifestado hasta ahora interés en poner en práctica la tecnología de CLEANSPACE? ¿Cuándo cree que podría materializarse?

Aún no se ha desarrollado el modelo de negocio de este sistema; tampoco estaba previsto en CLEANSPACE. No obstante, sí que desarrollamos un plan que se prolongaría diez años.
Está aumentando rápidamente la cantidad de basura espacial que existe en la órbita terrestre baja. A corto plazo pueden producirse colisiones entre esta basura y los activos espaciales, pudiendo producirse una reacción en cadena. Tiene utilidad eliminar cinco elementos de gran tamaño de basura espacial cada año en misiones automáticas, pero también hay que reducir la población de basura de tamaño pequeño, que seguirá incrementándose en las próximas décadas. Nuestro proyecto ofrece una solución para esa basura de tamaño pequeño, y esto es lo que destacamos en nuestras conversaciones con las empresas.