sexta-feira, 21 de maio de 2021

Sucata espacial: evitamos a crise?


Desde a década de 1950, os humanos têm enviado sondas e satélites ao espaço. Mas também deixamos para trás muito lixo.

Além dos satélites operacionais, existem milhões de fragmentos espaciais, que consistem em objetos extintos feitos pelo homem, principalmente na órbita baixa da Terra (LEO). Embora isso inclua itens maiores, como estágios de foguetes descartados, espaçonaves quebradas e vários pedaços de metal e plástico, também pode significar objetos que são muito menores, como manchas de tinta que caíram de espaçonaves. Alguns desses resíduos foram até deixados na Lua durante as décadas de 60 e 70, fragmentos de missões espaciais de décadas atrás.

Este lixo circula a Terra à velocidade de dezenas de milhares de quilômetros por hora. Isso cria um risco enorme para satélites importantes, que fornecem serviços vitais como GPS e alertas meteorológicos, e até mesmo pequenos pedaços de lixo estão viajando em órbita a uma velocidade de cinco milhas por segundo, o que significa que qualquer colisão pode causar muitos danos. Uma queda entre dois pedaços maiores de lixo pode até ter resultados catastróficos.


Um cenário apocalíptico


Imagine dois satélites antigos. Cada um ligeiramente maior que 10 cm (4 polegadas) de diâmetro. Eles colidem e se desintegram completamente no processo, criando duas nuvens de fragmentos cada vez mais espalhadas, que viajam na mesma velocidade e trajetória dos satélites.

Depois de um curto período, uma dessas nuvens colide com outra peça do hardware espacial e a destrói, dobrando o número de fragmentos em circulação. O processo acontece novamente e outro objeto é impactado. Então de novo. E de novo. Ao mesmo tempo em que aumentava o ritmo.

Uma colisão se transforma em uma avalanche em expansão, uma cascata de destruição, antes que toda a órbita se transforme em um campo de fragmentos, todos se movendo a velocidades incríveis. O LEO torna-se uma barreira impenetrável e nenhum satélite, nave espacial ou estação espacial pode sobreviver lá. A exploração espacial seria impossível nessas condições. A comunicação por satélite, a navegação GPS, o mapeamento e a previsão do tempo se tornaram uma coisa do passado. A humanidade deve esperar séculos antes que o campo de destroços se esgote devido a causas naturais. Só então seremos capazes de tentar alcançar o espaço novamente.

Síndrome de Kessler
Este cenário apocalíptico foi imaginado pela primeira vez na década de 1970 por Donald Kessler, um astrofísico americano e ex-cientista da NASA conhecido por seus estudos sobre detritos espaciais. Essa cena teórica foi apelidada de síndrome de Kessler, às vezes também chamada de efeito Kessler, cascata colisional ou cascata de ablação. 

Chamou a atenção do público quando foi usado como um dispositivo de enredo em várias peças de ficção proeminentes, mais notavelmente no filme Gravity (2013), que acompanhou o destino de dois astronautas que devem trabalhar juntos para sobreviver após as consequências do efeito Kessler partir. eles presos no espaço.


A perspectiva de ficar quase permanentemente isolado do espaço deu início a vários projetos, que têm crescido continuamente em número na última década. Milhares de cientistas começaram a buscar soluções para o problema dos detritos espaciais e uma quantidade cada vez maior de tempo e esforço tem sido dedicada à sua prevenção.

A NASA administra o Programa de Detritos Orbitais desde 1979 e o Grupo de Trabalho de Detritos Espaciais da Agência Espacial Européia (ESA), que mais tarde evoluiu para o Escritório de Detritos Espaciais, foi estabelecido em 1986. Em 1991, o Comitê de Coordenação de Detritos Espaciais Interagências (IADC) foi fundado. Mais tarde, todas as principais agências espaciais se juntaram a ele, incluindo a Administração Espacial Nacional da China (CNSA) e a ROSCOSMOS da Rússia.

Em 1993, a primeira conferência da ESA sobre detritos espaciais atraiu algumas dezenas de pesquisadores de vários países. Em abril de 2021, a 8ª edição da conferência teve mais de 530 participantes inscritos, muitos deles profissionais que dedicaram toda a sua carreira ao problema dos detritos espaciais. Este é apenas um exemplo de como as coisas mudaram. Globalmente, já existem grupos de trabalho, iniciativas, canais de comunicação internacionais e revistas científicas inteiramente dedicadas ao tema.

A maioria das primeiras documentações produzidas sobre o lixo espacial pode ser mais bem presumida como um apelo ao fim da inação. No entanto, esse sentimento é claramente uma coisa do passado. Existem agora milhares de pessoas trabalhando para combater os problemas.

Então, esses esforços levaram a resultados tangíveis?

Arpões e lasers


Muito parecido com o problema dos resíduos aqui na Terra, existem vários métodos propostos para lidar com a questão dos detritos espaciais. No entanto, as soluções mais dramáticas não são de forma alguma as mais eficazes.

Uma possível limpeza do LEO traz à mente satélites de caçadores que lançam redes ou arpões na tentativa de pegar destroços e resíduos. Vários dispositivos desse tipo foram testados, sendo o último deles o fabricado pela empresa britânica Astroscale e lançado no início de maio de 2021.

Na maioria dos casos, essas missões custam milhões de dólares e podem remover apenas um grande pedaço de entulho. Não é exatamente um empreendimento sustentável. Claro, esses são apenas os passos iniciais projetados para demonstrar a possibilidade de tal missão, que é tão difícil quanto perigosa. Mas mesmo que essas limpezas se tornem mais baratas no futuro, não se espera que sejam a única maneira de evitar a síndrome de Kessler.


Um método mais barato e eficiente seriam os lasers, que poderiam ser montados no solo ou em um satélite. Um feixe focalizado aqueceria um lado de um fragmento e criaria força suficiente para impulsioná-lo. Este método seria mais eficaz quando usado para remover detritos entre um centímetro e dez centímetros de diâmetro. O 'cabo da vassoura laser' é uma das propostas mais sérias e mais discutidas na comunidade científica.

Mas ele vem com seu próprio conjunto de problemas. Por um lado, ter um laser poderoso que pode derrubar satélites não agrada exatamente à comunidade internacional. Essencialmente, significa empunhar armamento anti-satélite poderoso e levanta questões sobre responsabilidade e controle. Na década de 1990, a Força Aérea dos Estados Unidos (USAF) quase construiu um dispositivo semelhante no Projeto Orion, mas foi abandonado devido à polêmica.

Um laser para limpeza de lixo também seria muito caro e difícil de operar com a tecnologia atual. Mas é inegavelmente mais conveniente do que enviar satélites de limpeza descartáveis, o que significa que um dia esse projeto provavelmente estará concluído. No entanto, esse dia provavelmente está muito longe no futuro.

Mitigação


Nenhum método único de remoção de detritos espaciais ativa é ideal. Como muitas outras coisas, a prevenção é muito mais eficaz, razão pela qual a maioria dos esforços científicos visa a mitigação de detritos espaciais.

Fundamentalmente, precisamos criar o mínimo de lixo espacial possível. Isso incluiria desorbitar estágios de foguetes gastos imediatamente após a entrega da carga útil e dos satélites assim que expirarem, esvaziar as células de combustível e baterias para evitar explosões criadoras de detritos indesejados e garantir que novos satélites sejam mais resistentes a danos de impacto, de modo que mesmo em um evento de uma colisão com um pedaço menor de lixo, uma explosão de fragmentos não é enviada voando para o espaço.


Limitar a vida orbital de um satélite é uma questão complicada, que requer esforços de engenharia precisos e que consomem recursos. Um satélite deve ser implantado em órbita, onde a atmosfera o arrastará apenas o suficiente para que caia após a data de expiração. No entanto, nem todos os fabricantes e operadoras de satélites desejam que esse seja o caso e muito depende de sua conformidade.

Catalogar os detritos existentes é outro grande problema. A maior parte do lixo espacial é pequena e é difícil detectá-la. Determinar sua órbita precisa é ainda mais difícil. Enormes radares e telescópios são usados, muitos deles especificamente dedicados a esse propósito. É impossível exagerar o custo e o escopo desse esforço e o nível de coordenação internacional necessário. Mas sem ele, as operações espaciais não seriam possíveis. A prevenção de detritos, com base em quantidades monumentais de dados gerados por esforços de catalogação, é um procedimento padrão para qualquer satélite. Sua implementação bem-sucedida permite que os satélites funcionem, mas também evita a criação de mais detritos.

O estado atual das coisas


Em 2013, uma visão geral do progresso da remoção de destroços ativos foi publicada por vários cientistas da agência espacial francesa. Tudo começou com uma declaração bastante horripilante: “De acordo com todas as descobertas disponíveis em nível internacional, a síndrome de Kessler, aumento do número de detritos espaciais nas órbitas baixas da Terra devido a colisões mútuas, parece agora ser um fato”.

É evidente que a criação de novos detritos está aumentando a uma taxa alarmante. Entre 2007 e 2009, e após vários testes e colisões anti-satélite, a quantidade quase dobrou. A NASA classificou o estado como “crítico”. Não apenas havia lixo suficiente para iniciar a cascata de limpeza da órbita, mas a cascata parecia já estar acontecendo.

Desde então, de acordo com dados da NASA, o número de objetos no LEO permaneceu aproximadamente o mesmo. No entanto, o número de satélites aumentou quase um quarto e os detritos diminuíram quase na mesma quantidade.


O Relatório Anual do Ambiente Espacial da ESA publicado em meados de 2020 conclui que quase 90% dos pequenos satélites lançados no LEO durante a última década aderem às medidas de mitigação de detritos. Isso significa que eles podem evitar colisões e desorbitar com sucesso assim que necessário. Embora nem todas as cargas orbitais tenham sido lançadas seguindo as diretrizes de mitigação de detritos, um número crescente de seus operadores - mais de 60% em 2019 - ainda conseguiu implementar essas diretrizes após o fato.

Claramente, as medidas de mitigação implementadas (apesar do pequeno número de lançamentos que não seguiram as diretrizes) foram bem-sucedidas. Catalogar detritos, evitar mais colisões e convencer os operadores de satélite a aderir às regras que impedem a criação de mais detritos, tudo isso fez uma enorme diferença. Parece que a comunidade internacional foi capaz de deter a síndrome de Kessler.

O que o futuro guarda?


Claro, isso não significa que a ameaça foi extinta. Uma vez que o número total de objetos em LEO não diminuiu, continuamos a apenas uma colisão catastrófica de distância do cenário temido.

Há alguns anos, quando várias empresas proeminentes anunciaram seus planos de lançar as chamadas megaconstelações de satélites, com OneWeb e SpaceX entre elas, havia uma enorme preocupação de que estávamos voltando à estaca zero. Se essas constelações não tivessem aderido às medidas de mitigação de destroços, o cenário apocalíptico teria ocorrido quase imediatamente.

Mas as consequências da inação seriam sentidas pelos operadores da constelação.

Stijn Lemmens, Analista Sênior de Mitigação de Detritos Espaciais no Escritório de Detritos Espaciais da ESA, disse à AeroTime: “Alguns operadores de grandes constelações têm estado ativos na comunidade de resíduos espaciais e estão muito cientes do potencial problema ambiental do espaço que a má gestão pode desencadear.”

Ele continuou: “As contra-medidas são compreendidas e comunicadas internacionalmente, pois mesmo a operação de grandes constelações pode acontecer de forma sustentável quando projetada e implementada com o ambiente de entulho e outros operadores em mente.”


Uma declaração especial do IADC sobre grandes constelações de satélites no LEO deixa claro que os operadores de megaconstelações deveriam ser muito mais zelosos em aderir às diretrizes internacionais do que, digamos, os operadores de satélites regulares. E isso, ao que parece, é exatamente o que está acontecendo.

A SpaceX concordou em operar sua constelação em uma altitude mais baixa, o que faria com que um satélite com falha desorbitasse em cinco anos. Os satélites da OneWeb, supostamente, não levarão mais do que um ano para fazer o mesmo.

Essas promessas foram, com razão, recebidas com ceticismo pela comunidade internacional. Há pouca margem para erro quando se trata da possibilidade do efeito Kessler. Mas é difícil negar o progresso, a coordenação e a cooperação que ocorreram nas últimas décadas.

E quando, se é que alguma vez, a humanidade teve a chance de se gabar de prevenir algo tão potencialmente catastrófico?

Clique aqui para explorar a visualização completa do tráfego da baixa órbita terrestre no LeoLabs.

Por Jorge Tadeu (com aerotime.aero / Canaltech / ESA / NASA)

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