En este gráfico, se prevé que los fragmentos de una nave espacial que explote cerca de la Luna se dispersen a millones de millas de distancia en solo un mes, según la órbita en la que se produjo la explosión. La longitud de cada línea coloreada en este gráfico indica qué tan lejos pueden propagarse los fragmentos en 30 días desde un único punto de explosión en la órbita de una familia de Lyapunov que orbita alrededor de un lugar llamado el segundo punto Lagrangiano “L2”. Estas órbitas se consideran para misiones cislunares. En cada órbita, se supone que el punto de explosión está en una línea con la Tierra y la Luna. Crédito: Universidad Purdue / Ariel Black y Carolin Frueh
Con docenas de misiones que se dirigen al espacio entre la Tierra y la Luna durante los próximos 10 años, el movimiento seguramente será.
Para evitar que estas naves espaciales colisionen, la ingeniera de la Universidad de Purdue, Carolin Frueh, está estudiando cómo observar y rastrear todos los objetos hechos por el hombre y predecir el impacto de su daño potencial en la vecindad Tierra-Luna, llamada región cislunar.
Según Frueh, profesor asociado de aeronáutica y astronáutica en Purdue, en realidad, las soluciones para el movimiento espacial en la región cislunar serán objetivos en movimiento. Los métodos que desarrolla tienen como objetivo adaptarse a esta región a medida que cambia el tráfico.
“Realmente nunca habrá una respuesta definitiva al problema de la gestión del tráfico espacial, porque a medida que se desarrolle el sector comercial y cambien las capacidades y los tipos de vehículos, el problema también evolucionará”, dijo. “Entonces, cuando pensamos en las técnicas que queremos usar, también debemos estar seguros de que lo que tenemos en mente puede evolucionar con el tiempo”.
Se estima que el potencial económico del espacio prelunar es de aprox. más de $ 30 mil millones durante un período de 20 años, teniendo en cuenta la inversión del gobierno, la demanda de servicios de telecomunicaciones espaciales y otros factores.
A 238,900 millas, la distancia entre la Tierra y la Luna es 18 veces la Gran Muralla China. Esto puede parecer suficiente espacio para que una nave espacial se mueva sin colisionar, pero la región cislunar se comprende mucho menos que las órbitas cercanas a la Tierra, que se extienden 24,000 millas más allá de la superficie de la Tierra, hasta un “punto óptimo” llamado región geosincrónica que permite satélites para mantenerse al día con la rotación de la Tierra. La mayoría de los satélites están en órbitas cercanas a la Tierra. Los residentes notables del área incluyen el Telescopio Espacial Hubble y la Estación Espacial Internacional.
Esta animación presenta objetos espaciales hechos por el hombre catalogados por la Fuerza Espacial de los Estados Unidos. Los objetos rojos están en órbitas cercanas a la Tierra. Los objetos verdes están en la región cislunar. Fuente: Universidad de Purdue / Carolin Frueh
Incluso con un mayor conocimiento de las órbitas cercanas a la Tierra, aproximadamente 130 millones de piezas de basura espacial rodear la Tierra. Gran parte de estos escombros se desprendieron de los satélites que explotaron o chocaron con otros objetos. Los escombros ya han llegado a la luna: Rogue Rocket Booster se estrelló en la superficie lunar en marzo del año pasado.
Para abordar el próximo movimiento en el espacio prelunar, Frueh da un paso atrás en su investigación. como las naves espaciales se convierten en escombros. Trabaja con agencias espaciales de todo el mundo para mejorar las bases de datos de objetos espaciales.
Hacer lo mismo para el espacio prelunar será difícil sin poder ver gran parte de esta región más grande. Para las órbitas cercanas a la Tierra, los telescopios en el espacio y, en cierta medida, los telescopios en la Tierra, se encuentran entre las “cámaras de tráfico” de los satélites. Sin embargo, no hay telescopios en la región prelunar porque todavía no hay mucha actividad satelital para observar. Los telescopios espaciales serían mejores para rastrear satélites cislunares a medida que más de ellos pueblan el área, ya que los telescopios terrestres solo pueden detectar un satélite de interés en el espacio cislunar cuando el satélite, la luna y la Tierra están alineados con precisión.
Junto con su alumno Surabhi Bhadauria, Frueh desarrolla una forma de crear “mapas de visibilidad“, que mostraría las mejores regiones que los telescopios deberían usar para encontrar y rastrear objetos hechos por el hombre en el espacio prelunar, incluidos satélites activos, satélites muertos y fragmentos de satélites.
En comparación con otros enfoques, estos mapas abordan mejor el gran desafío de explorar la región cislunar: el espacio siempre está cambiando. Las posiciones en constante cambio de la Tierra, la Luna y el Sol afectan lo que el telescopio está observando en un momento dado y en qué órbitas puede ver bien una nave espacial. Los métodos de mapeo actuales tienen que reiniciar el modelo para cualquier condición que pueda afectar la órbita del telescopio y la geometría de visualización general en cada caso a lo largo del tiempo, lo cual es computacionalmente intensivo.
Los “mapas de visibilidad” pueden mostrar dónde colocar telescopios en el espacio prelunar para mejorar la detección y observación de objetos hechos por el hombre, ayudando a prevenir colisiones de satélites. Este mapa de visibilidad tiene en cuenta todas las restricciones que afectarían las órbitas que los telescopios deberían usar para capturar la mayor parte posible de la región durante un período de 30 días. El mapa muestra regiones con menos visibilidad (rosa) y mejor visibilidad (amarillo) independientemente de la dirección de visualización. Crédito: Universidad Purdue/Surabhi Bhadauria y Carolin Frueh
Los mapas de visibilidad de Frueh se basan en modelos que señalan de manera más rápida y completa dónde deben ir los telescopios para observar la mayor parte posible de la región cislunar. Los mapas le permiten ver más de una región promediando todas las órbitas que el telescopio puede usar, en lugar de integrar cada cambio de órbita a lo largo del tiempo como lo hacen otros métodos de mapeo. El método de Frueh tampoco requiere tiempo computacional adicional para mostrar qué satélites se pueden observar bajo qué condiciones desde diferentes ubicaciones.
“Es como planificar un viaje. Por el momento, hemos identificado lugares interesantes en la región prelunar que se pueden observar con telescopios, pero aún no hemos encontrado una ruta para colocar telescopios allí”, dijo Frueh.
Incluso si los telescopios finalmente se colocan en la región cislunar, los satélites probablemente aparecerán como puntos o rayas blancas en las imágenes capturadas por estos telescopios. Pero Frueh está acostumbrado a obtener información significativa de estas formas en imágenes telescópicas de satélites en órbitas cercanas a la Tierra. Está trabajando en un método que permitiría a los científicos y planificadores de misiones reconocer las órbitas que utiliza el satélite para llevar a cabo su misión. El método estaría diseñado para funcionar en una variedad de escenarios, incluso si se sabe muy poco sobre el satélite.
Dado que es inevitable que ocurran accidentes de tráfico en el espacio prelunar, Frueh también se pregunta cómo estimar el daño que podría causar un accidente. Si hay una colisión o una explosión, ¿dónde irán todas las piezas?
Su investigación indica que los fragmentos de un satélite fragmentado pueden viajar largas distancias en un tiempo relativamente corto. Ella y su alumno, Ariel Black, presentaron recientemente un estudio en la Universidad de Reunión de Mecánica de Vuelo Espacial AAS / AIAA 2023 mostrando que estas piezas pueden viajar sin esfuerzo de regreso a la Tierra desde las profundidades del espacio prelunar.
“Estamos sentando las bases que creemos que darán forma a cómo se abordan los desafíos de la gestión del espacio en la región cislunar”, dijo Frueh.
Proporcionado por la Universidad de Purdue