En las películas de ciencia ficción, nada genera tanta tensión como la nave espacial de los buenos que queda atrapada en un rayo tractor invisible que permite a los malos enrollarlos lentamente. Pero lo que alguna vez fue solo un elemento básico de la ciencia ficción pronto podría convertirse en una realidad.
Los científicos están desarrollando un rayo tractor real, denominado tractor electrostático. Sin embargo, este rayo tractor no absorbería a los pilotos de naves espaciales indefensos. En lugar de ello, utilizaría la atracción electrostática para empujar de forma segura la basura espacial peligrosa fuera de la órbita terrestre.
Hay mucho en juego: con el auge de la industria espacial comercial , se prevé que el número de satélites en la órbita de la Tierra aumente considerablemente. Esta bonanza de nuevos satélites eventualmente se desgastará y convertirá el espacio alrededor de la Tierra en un gigantesco depósito de chatarra de escombros que podría estrellarse contra naves espaciales en funcionamiento, caer en picado a la Tierra , contaminar nuestra atmósfera con metales y oscurecer nuestra visión del cosmos . Y, si no se controla, el creciente problema de la basura espacial podría obstaculizar la floreciente industria de la exploración espacial , advierten los expertos .
La ciencia está prácticamente ahí, pero la financiación no.
El rayo tractor electrostático podría potencialmente aliviar ese problema al mover de manera segura los satélites muertos lejos de la órbita de la Tierra, donde permanecerían a la deriva sin causar daño por la eternidad.
Si bien el rayo tractor no resolvería completamente el problema de la basura espacial, el concepto tiene varias ventajas sobre otros métodos propuestos de eliminación de desechos espaciales, lo que podría convertirlo en una herramienta valiosa para abordar el problema, dijeron los expertos a WordsSideKick.com
Un prototipo podría costar millones, y una versión operativa a gran escala aún más. Pero si se pueden superar los obstáculos financieros, el rayo tractor podría estar operativo dentro de una década, dicen sus constructores.
«La ciencia está prácticamente ahí, pero la financiación no», dijo a WordsSideKick.com la investigadora del proyecto Kaylee Champion , estudiante de doctorado en el Departamento de Ciencias de Ingeniería Aeroespacial de la Universidad de Colorado Boulder (CU Boulder).
Evitar el desastre
Los rayos tractores representados en «Star Wars» y «Star Trek» aspiran naves espaciales mediante gravedad artificial o un ambiguo «campo de energía». Es probable que esta tecnología esté más allá de cualquier cosa que los humanos puedan lograr. Pero el concepto inspiró a Hanspeter Schaub , profesor de ingeniería aeroespacial en CU Boulder, a conceptualizar una versión más realista.
Schaub tuvo la idea por primera vez después de la primera gran colisión de satélites en 2009 , cuando un satélite de comunicaciones activo, Iridium 33, se estrelló contra una nave espacial militar rusa extinta, Kosmos 2251, dispersando más de 1.800 fragmentos de escombros en la órbita de la Tierra .
A raíz de este desastre, Schaub quería poder evitar que esto volviera a suceder. Para hacer esto, se dio cuenta de que se podían sacar las naves espaciales del peligro utilizando la atracción entre objetos cargados positiva y negativamente para hacer que se «peguen» entre sí.
Durante la siguiente década, Schaub y sus colegas perfeccionaron el concepto. Ahora, esperan que algún día pueda usarse para sacar satélites muertos de la órbita geoestacionaria (GEO), una órbita alrededor del ecuador de la Tierra donde la velocidad de un objeto coincide con la rotación del planeta, haciendo que parezca que el objeto está fijo en un lugar por encima de cierto punto en Tierra. Esto liberaría espacio para otros objetos en GEO, que se considera «bienestar privilegiado» para los satélites, dijo Schaub.
¿Como funciona?
El tractor electrostático utilizaría una nave espacial de servicio equipada con un cañón de electrones que dispararía electrones cargados negativamente a un satélite objetivo muerto, dijo Champion a WordsSideKick.com. Los electrones le darían al objetivo una carga negativa y dejarían al administrador con una carga positiva. La atracción electrostática entre los dos los mantendría unidos a pesar de estar separados por 65 a 100 pies (20 a 30 metros) de espacio vacío, dijo.
Una vez que el administrador y el objetivo estén «pegados», el administrador podrá sacar el objetivo de la órbita sin tocarlo. Idealmente, el satélite desaparecido sería arrastrado a una «órbita de cementerio» más distante de la Tierra, donde podría derivar con seguridad para siempre, dijo Champion.
La atracción electrostática entre las dos naves espaciales sería extremadamente débil, debido a las limitaciones en la tecnología de los cañones de electrones y a la distancia que las dos tendrían que estar separadas para evitar colisiones, dijo a WordsSideKick.com el investigador del proyecto Julian Hammerl, estudiante de doctorado en CU Boulder . . Por lo tanto, el administrador tendría que actuar muy lentamente y podría llevar más de un mes sacar completamente un solo satélite de GEO, añadió.
Eso está muy lejos de los rayos tractores de las películas, que son ineludibles y rápidamente atrapan a sus presas. Ésta es la «principal diferencia entre la ciencia ficción y la realidad», dijo Hammerl.
Ventajas y limitaciones
El tractor electrostático tendría una gran ventaja sobre otros métodos propuestos para eliminar basura espacial, como arpones, redes gigantes y sistemas de acoplamiento físico: sería completamente sin contacto.
«Tenemos estas naves espaciales grandes y muertas del tamaño de un autobús escolar que giran muy rápido», dijo Hammerl. «Si disparas un arpón, usas una red grande o intentas atracar con ellos, entonces el contacto físico puede dañar la nave espacial y entonces sólo empeorarás el problema [de la basura espacial]».
Los científicos han propuesto otros métodos sin contacto, como el uso de imanes potentes, pero los imanes enormes son costosos de producir y probablemente interferirían con los controles del administrador, dijo Champion.
La principal limitación del tractor electrostático es la lentitud con la que funciona. Actualmente, más de 550 satélites orbitan la Tierra en GEO , pero se espera que ese número aumente considerablemente en las próximas décadas.
Si los satélites se movieran uno a la vez, entonces un solo tractor electrostático no podría seguir el ritmo de la cantidad de satélites que parpadean fuera de funcionamiento. Otra limitación del tractor electrostático es que trabajaría demasiado lento para ser práctico para limpiar pedazos más pequeños de basura espacial, por lo que no podría mantener a GEO completamente libre de escombros.
El costo es el otro gran obstáculo. El equipo aún no ha realizado un análisis completo del costo del tractor electrostático, dijo Schaub, pero probablemente costaría decenas de millones de dólares. Sin embargo, una vez que el administrador estuviera en el espacio, sería relativamente rentable operarlo, añadió.
Próximos pasos
Los investigadores están trabajando actualmente en una serie de experimentos en su máquina del Laboratorio de carga electrostática para interacciones entre plasma y naves espaciales (ECLIPS) en CU Boulder. La cámara de vacío metálica del tamaño de una bañera, que está equipada con un cañón de electrones, permite al equipo «realizar experimentos únicos que casi nadie más puede hacer actualmente» para simular los efectos de un tractor electrostático a menor escala, afirma Hammerl. dicho.
Una vez que el equipo esté listo, el último y más difícil obstáculo será conseguir financiación para la primera misión, un proceso que aún no han iniciado.
La mayor parte del costo de la misión provendría de la construcción y lanzamiento del administrador. Sin embargo, lo ideal para los investigadores sería lanzar dos satélites para las primeras pruebas, un servidor y un objetivo que puedan maniobrar, lo que les daría más control sobre sus experimentos pero también duplicaría el coste.
Si de alguna manera pueden conseguir esa financiación, un prototipo de rayo tractor podría estar operativo en unos 10 años, estimó previamente el equipo .
¿Es viable?
Si bien los rayos tractores pueden parecer una quimera, los expertos son optimistas acerca de la tecnología.
«Su tecnología aún está en la etapa inicial», dijo a Live Science en un correo electrónico John Crassidis , un científico aeroespacial de la Universidad de Buffalo en Nueva York, que no participa en la investigación. «Pero estoy bastante seguro de que funcionará».
Si disparas un arpón, usas una red grande o intentas atracar con ellos, entonces el contacto físico puede dañar la nave espacial y entonces solo empeorarás el problema [de la basura espacial].
Eliminar la basura espacial sin tocarla también sería mucho más seguro que cualquier método alternativo actual, añadió Crassidis.
El tractor electrostático «debería ser capaz de producir las fuerzas necesarias para mover un satélite desaparecido» y «ciertamente tiene un alto potencial para funcionar en la práctica», dijo a WordsSideKick.com Carolin Frueh , profesora asociada de aeronáutica y astronáutica en la Universidad Purdue en Indiana. en un correo electrónico. «Pero todavía quedan varios desafíos de ingeniería por resolver en el camino para que esté listo para el mundo real».
Los científicos deberían seguir investigando otras posibles soluciones, afirmó Crassidis. Incluso si el equipo de CU Boulder no crea un «producto final» para eliminar los satélites no funcionales, su investigación proporcionará un trampolín para otros científicos, añadió.
Si tienen éxito, no sería la primera vez que los científicos convierten la ficción en realidad .
«Lo que hoy es ciencia ficción podría ser la realidad de mañana», afirmó Crassidis.
https://www.livescience.com/space/space-exploration/sci-fi-inspired-tractor-beams-are-real-and-could-solve-the-major-problem-of-space-junk