Las emisiones de gases invernadero están cambiando el medio ambiente del espacio cercano a la Tierra de maneras que reducirán el número de satélites que pueden operar de forma sostenible.
En un estudio que aparece en «Nature Sustainability», ingenieros aeroespaciales del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) informan que el dióxido de carbono y otros gases de efecto invernadero pueden hacer que la atmósfera superior se encoja.
Una capa atmosférica de especial interés es la termosfera, donde orbitan hoy la Estación Espacial Internacional y la mayoría de los satélites. Cuando la termosfera se contrae, la densidad decreciente reduce la resistencia atmosférica, una fuerza que empuja a los satélites viejos y otros desechos hacia altitudes donde se encontrarán con moléculas de aire y se quemarán. Por lo tanto, una menor resistencia significa una mayor vida útil de la basura espacial, que ensuciará regiones codiciadas durante décadas y aumentará el potencial de colisiones en órbita.
El equipo realizó simulaciones de cómo las emisiones de carbono afectan a la atmósfera superior y a la dinámica orbital, con el fin de estimar la «capacidad de carga de los satélites» de la órbita baja terrestre. Estas simulaciones predicen que para el año 2100, la capacidad de carga de las regiones más populares podría reducirse entre un 50 y un 66 por ciento debido a los efectos de los gases de efecto invernadero.
«Nuestro comportamiento con los gases de efecto invernadero aquí en la Tierra durante los últimos 100 años está teniendo un efecto en cómo operamos los satélites durante los próximos 100 años», dice en un comunicado el autor del estudio, Richard Linares, profesor asociado en el Departamento de Aeronáutica y Astronáutica del MIT (AeroAstro).
«La atmósfera superior se encuentra en un estado frágil, ya que el cambio climático altera el status quo», añade el autor principal William Parker, estudiante de posgrado en AeroAstro. «Al mismo tiempo, se ha producido un aumento masivo en la cantidad de satélites lanzados, especialmente para ofrecer Internet de banda ancha desde el espacio. Si no gestionamos esta actividad con cuidado y trabajamos para reducir nuestras emisiones, el espacio podría quedar demasiado abarrotado, lo que provocaría más colisiones y desechos».
En la última década, los científicos han podido medir los cambios en la resistencia de los satélites, lo que ha proporcionado cierta evidencia de que la termosfera se está contrayendo en respuesta a algo más que el ciclo natural de 11 años del Sol. «El cielo se está cayendo literalmente, sólo que a un ritmo que se extiende a lo largo de décadas», afirma Parker. «Y podemos comprobarlo por cómo está cambiando la resistencia de nuestros satélites».
El equipo del MIT se preguntó cómo afectará esa respuesta al número de satélites que pueden operar con seguridad en la órbita terrestre. Hoy en día, hay más de 10.000 satélites que se desplazan a través de la órbita terrestre baja, que describe la región del espacio hasta 1.200 millas, o 2.000 kilómetros, de la superficie de la Tierra. Estos satélites brindan servicios esenciales, incluidos Internet, comunicaciones, navegación, pronóstico del tiempo y banca.
La población de satélites se ha disparado en los últimos años, lo que requiere que los operadores realicen maniobras regulares para evitar colisiones para mantener la seguridad. Cualquier colisión que ocurra puede generar desechos que permanecen en órbita durante décadas o siglos, lo que aumenta la posibilidad de colisiones posteriores con satélites, tanto antiguos como nuevos.
«En los últimos cinco años se han lanzado más satélites que en los 60 años anteriores juntos», afirma Parker. «Uno de los aspectos clave que estamos tratando de entender es si el camino que estamos recorriendo hoy es sostenible».
En su nuevo estudio, los investigadores simularon diferentes escenarios de emisiones de gases de efecto invernadero durante el próximo siglo para investigar los impactos en la densidad atmosférica y la resistencia. Para cada «capa» o rango de altitud de interés, modelaron la dinámica orbital y el riesgo de colisiones de satélites en función de la cantidad de objetos dentro de la capa. Utilizaron este enfoque para identificar la «capacidad de carga» de cada capa, un término que se usa típicamente en estudios de ecología para describir la cantidad de individuos que un ecosistema puede sustentar. «Estamos tomando esa idea de capacidad de carga y traduciéndola a este problema de sostenibilidad espacial, para entender cuántos satélites pueden sostener la órbita terrestre baja», explica Parker.
El equipo comparó varios escenarios: uno en el que las concentraciones de gases de efecto invernadero se mantienen en los niveles del año 2000 y otros en los que las emisiones cambian según las trayectorias socioeconómicas compartidas (SSP) del Grupo Intergubernamental de Expertos sobre el Cambio Climático (IPCC). Descubrieron que los escenarios con aumentos continuos de las emisiones conducirían a una capacidad de carga significativamente reducida en toda la órbita terrestre baja.
En particular, el equipo estima que, para finales de este siglo, el número de satélites alojados de forma segura en altitudes de 200 y 1.000 kilómetros podría reducirse entre un 50 y un 66 por ciento en comparación con un escenario en el que las emisiones se mantuvieran en los niveles del año 2000. Si se supera la capacidad de los satélites, incluso en una región local, los investigadores predicen que la región experimentará una «inestabilidad descontrolada», o una cascada de colisiones que crearía tantos desechos que los satélites ya no podrían operar allí de forma segura.
PREDICCIONES HASTA 2100
Sus predicciones se extienden hasta el año 2100, pero el equipo dice que ciertas capas de la atmósfera hoy en día ya están repletas de satélites, particularmente de «megaconstelaciones» recientes como Starlink de SpaceX, que comprende flotas de miles de pequeños satélites de Internet.
«La megaconstelación es una nueva tendencia y estamos demostrando que, debido al cambio climático, tendremos una capacidad reducida en órbita», afirma Linares. «Y en las regiones locales, estamos cerca de acercarnos a ese valor de capacidad actual». «Dependemos de la atmósfera para limpiar nuestros desechos. Y si la atmósfera está cambiando, entonces el entorno de los desechos también cambiará», añade Parker. «Mostramos que la perspectiva a largo plazo sobre los desechos orbitales depende críticamente de la reducción de nuestras emisiones de gases de efecto invernadero».
