Esta Es la Razón Por la Que el Sputnik Se Estrelló De Vuelta a la Tierra Después De Solo 3 Meses
Un técnico que trabajaba en el Sputnik 1 en 1957, antes de su lanzamiento. Después de solo 3 meses en el espacio,… El Sputnik 1 cayó de nuevo a la Tierra debido a la resistencia atmosférica, un problema que afecta a todos los satélites de órbita terrestre baja incluso hoy en día.
NASA / Asif A. Siddiqi
El 4 de octubre de 1957, la Unión Soviética lanzó el Sputnik 1, que se elevó por encima de la atmósfera de la Tierra y entró en órbita alrededor de nuestro planeta, circunnavegándolo una vez cada 90 minutos. Bajo las condiciones de contaminación lumínica extremadamente bajas que existían en la mayor parte del mundo en ese entonces, era el único objeto de su tipo: un satélite artificial hecho por el hombre. Extraoficialmente, marcó el inicio de la carrera espacial, un esfuerzo militar y político que consumiría la política internacional en las próximas décadas.
Pero el Sputnik ya no está en órbita alrededor de la Tierra. De hecho, fue tan efímero que para cuando Estados Unidos lanzó con éxito el Explorer 1, el primer satélite estadounidense en el espacio, el Sputnik 2, que transportaba al primer animal en el espacio, ya había estado orbitando la Tierra durante meses. Pero el Sputnik original, después de más de 1400 órbitas, ya había regresado a la Tierra.
Los tres hombres responsables del éxito del Explorer 1, el primer satélite terrestre de Estados Unidos que lo fue… botado el 31 de enero de 1958. William Pickering (Izq.), James van Allen (centro) y Werner von Braun (der.), fueron los responsables del satélite, los instrumentos científicos y el cohete que lanzó el Explorer 1, respectivamente.
NASA
Lo que le pasó al Sputnik no fue inusual. De hecho, esto es lo que le sucede a la mayoría de los satélites si los lanzas a una órbita terrestre baja y los dejas allí para que se valgan por sí mismos. Con cada órbita que pasa, el satélite pasará por el apogeo, donde alcanza su distancia máxima de la superficie de la Tierra, seguido por el perigeo, donde se aproxima más a la Tierra. Para la órbita terrestre baja, eso típicamente significa que los satélites están a unos cientos de kilómetros por encima de la superficie de la Tierra, incluso en su punto más cercano. Teniendo en cuenta que trazamos la línea entre la atmósfera de la Tierra y el espacio exterior a una altitud de solo 100 kilómetros (62 millas), parecería, al menos superficialmente, que estos satélites estarían firme y eternamente en el espacio.
Un reingreso controlado es donde un satélite, como el satélite ATV de la ESA que se muestra aquí, vuelve a entrar en el… atmósfera en un ángulo y ubicación conocidos: controlamos dónde y cómo regresa a la Tierra. Un reingreso incontrolado, por otro lado, podría causar que grandes y masivos trozos aterrizaran en casi cualquier parte de la Tierra. Objetos pesados y sólidos, como el espejo primario del Hubble, podrían causar fácilmente cantidades significativas de daño o incluso matar, dependiendo de dónde aterrizaran esos trozos.
ESA
Pero en realidad la situación es mucho más complicada. La atmósfera no tiene un final repentino, o un borde. Así no es como funciona un gas si está hecho de partículas reales. A medida que avanzas a altitudes más altas, la densidad de partículas continuará disminuyendo, pero las diferentes partículas que se calientan por las colisiones se moverán a diferentes velocidades: algunas más rápidas, otras más lentas, pero con una velocidad promedio bien definida.
Cuanto más alto vayas, es más probable que encuentres partículas que sean más energéticas, ya que se necesita más energía para alcanzar esas altitudes extremas. Pero a pesar de que la densidad es extremadamente baja a altitudes muy altas, nunca cae a cero.
Las capas de la atmósfera de la Tierra, como se muestra aquí para escalar, subir mucho más alto que el… límite de espacio definido típicamente. Cada objeto en órbita terrestre baja está sujeto a la resistencia atmosférica en algún nivel. La estratosfera y la troposfera, sin embargo, contienen más del 95% de la masa de la atmósfera terrestre, y prácticamente todo el ozono.
Usuario de Wikimedia Commons Kelvinsong
Hemos encontrado átomos y moléculas que permanecen unidos gravitacionalmente a la Tierra a altitudes de hasta 10.000 km (6.200 millas). La única razón por la que no hemos ido más allá de ese punto es que pasados 10.000 kilómetros, la atmósfera de la Tierra es indistinguible del viento solar, con átomos tenues y calientes y partículas ionizadas.
La abrumadora mayoría de nuestra atmósfera (en masa) está contenida en las capas más bajas, con la troposfera conteniendo el 75% de la atmósfera terrestre, la estratosfera conteniendo otro 20%, y la mesosfera conteniendo casi todo el 5% restante. Pero la siguiente capa, la termosfera, es increíblemente difusa.
La troposfera (naranja), la estratosfera (blanco), y la mesosfera (el azul), donde la abrumadora… la mayoría de las moléculas de la atmósfera de la Tierra se encuentran. Pero más allá de eso, el aire todavía está presente, causando que los satélites caigan y, finalmente, se retiren de órbita si se dejan solos.
NASA / Tripulación de la Expedición 22
Mientras que una partícula atmosférica a nivel del mar viajará una distancia microscópica antes de chocar con otra molécula, la termosfera es tan difusa que un átomo o molécula típica allí arriba podría viajar por un kilómetro o más antes de experimentar una colisión.
En la termosfera, seguro que parece un espacio vacío si no eres más que un pequeño átomo o molécula. Después de todo, te levantaste de la atmósfera de la Tierra, permaneces en este abismo de baja densidad mientras estás en la cima de tu órbita parabólica, y lentamente, eventualmente, caes de regreso a tu planeta natal bajo la fuerza de su gravedad.
Estos satélites Dove, lanzados desde la ISS en 2015, están diseñados para imágenes de la Tierra. Hay ~130… Satélites Dove, creados por Planet, que todavía están en la órbita de la Tierra hoy en día, pero los actuales caerán a la Tierra en 2-3 años debido a la resistencia atmosférica. Habrá que poner en marcha otros nuevos para reponerlos de forma continua.
NASA
Pero si estás en una nave espacial, experimenta algo muy diferente. Las razones son las siguientes:
- No solo te elevas de la Tierra, sino que orbitasla, lo que significa que te estás moviendo en una dirección diferente a las partículas atmosféricas tenues.
- Debido a que estás en una órbita estable, tienes que moverte rápidamente: alrededor de 7 km/s (5 millas por segundo) para permanecer en el espacio.
- Y ya no eres solo del tamaño de un átomo o molécula, sino del tamaño de una nave espacial.
Todas estas tres cosas, combinadas, conducen al desastre para cualquier satélite en órbita.
Miles de objetos artificiales-el 95% de ellos «basura espacial»— ocupan una órbita terrestre baja. Cada punto negro… esta imagen muestra un satélite en funcionamiento, un satélite inactivo o un trozo de escombros. Aunque el espacio cercano a la Tierra parece lleno de gente, cada punto es mucho más grande que el satélite o los escombros que representa, y las colisiones son extremadamente raras.
Ilustración de la NASA cortesía de la Oficina del Programa de Desechos Orbitales
Este desastre es inevitable debido a la resistencia de los satélites, que es una forma de cuantificar la velocidad que pierde un satélite con el tiempo debido a las partículas atmosféricas con las que se topa a altas velocidades relativas. Cualquier satélite en órbita terrestre baja tendrá una vida útil que va desde unos pocos meses hasta unas pocas décadas, pero no más de eso. Puedes combatir esto yendo a altitudes más altas, pero incluso eso no te salvará para siempre.
Cada vez que hay actividad en el Sol, como manchas solares, erupciones solares, eyecciones de masa coronal u otros eventos similares a estallidos, la atmósfera de la Tierra se calienta. Las partículas más calientes significan velocidades más altas, y velocidades más altas flotarán hasta elevaciones cada vez más altas, aumentando la densidad de la atmósfera incluso en el espacio. Cuando eso ocurre, incluso los satélites que estaban prácticamente libres de arrastre comienzan a caer hacia la Tierra. Las tormentas magnéticas también pueden aumentar la densidad del aire a altitudes extremadamente altas.
Esta es una imagen de color falso de Aurora ultravioleta Australiana capturada por el satélite IMAGE de la NASA y… superpuesto a la imagen de mármol azul de la NASA basada en satélites. La Tierra se muestra en falso color; la imagen de la aurora, sin embargo, es absolutamente real. La actividad solar no solo causa estas auroras, sino que calienta la atmósfera y aumenta la resistencia de los satélites a todas las altitudes.
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Y este proceso es acumulativo, en el sentido de que a medida que un satélite experimenta arrastre, su perigeo cae a altitudes cada vez más bajas. Ahora, en estas altitudes más bajas, la fuerza de arrastre aumenta aún más, y eso hace que pierdas tu energía cinética que te mantiene en órbita aún más rápido. La espiral de muerte eventual podría tomar miles, decenas de miles, o incluso cientos de miles de órbitas, pero a solo 90 minutos por órbita, esto significa que cualquier satélite en órbita terrestre baja vive décadas como máximo.
Los satélites Landsat conjuntos de la NASA y el USGS han proporcionado cobertura y vigilancia continuas de la Tierra… superficie desde el espacio desde 1972. Todas las imágenes del programa Landsat han sido gratuitas para uso público desde la administración Bush, pero una propuesta a principios de este año cobraría por el uso de estos datos críticos. Sin satélites de reemplazo lanzados periódicamente, este programa, y todos los programas que dependen de satélites de órbita terrestre baja, llegarán a un abrupto final algún día en este siglo.
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Este problema de regreso a la Tierra no fue solo un problema para los primeros satélites de la década de 1950, sino que sigue siendo un problema para casi todos los satélites que hemos lanzado. el 95% de todos los satélites fabricados por el hombre están en órbita terrestre baja, incluida la Estación Espacial Internacional y el Telescopio Espacial Hubble. Si no impulsáramos periódicamente estas naves espaciales, muchas de ellas ya se habrían estrellado en la Tierra.
Tanto el Hubble como la ISS tendrían menos de 10 años en sus órbitas actuales si los dejamos morir. Y cuando los grandes satélites hacen esto, hacen lo que llamamos una reentrada incontrolada. Idealmente, se quemarán en la atmósfera o caerán al océano, pero si se rompen y/o golpean la tierra, podrían causar un desastre. Esto podría ir desde daños a la propiedad hasta pérdidas de vidas, dependiendo de la ubicación y el tamaño del impacto de los escombros.
El mecanismo de captura suave instalado en el Hubble (ilustración) utiliza un Sistema de Acoplamiento de Bajo Impacto… Interfaz (TAPAS) y objetivos de navegación relativos asociados para futuras operaciones de encuentro, captura y acoplamiento. La interfaz de tapas del sistema está diseñada para ser compatible con los sistemas de encuentro y acoplamiento que se utilizarán en el vehículo de transporte espacial de próxima generación.
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Sin embargo, es posible que el Hubble no necesite sufrir este destino al final de su vida útil. Como Michael Massimino, uno de los astronautas que atendió al Hubble a bordo del Transbordador Espacial por última vez en 2009, relató:
Su órbita decaerá. El telescopio estará bien, pero su órbita lo acercará cada vez más a la Tierra. Ahí es cuando se acaba el juego.
La misión de mantenimiento final del Hubble incluyó un mecanismo de acoplamiento que se instaló en el telescopio: el Sistema de Captura y Encuentro Suave. Cualquier cohete bien equipado podría llevarlo a casa con seguridad.
La reentrada atmosférica de un satélite, como el ATV-1 satélite se muestra aquí, puede continuar… de una manera controlada, donde se desintegrará y / o aterrizará de manera segura en el océano, o de una manera descontrolada, lo que podría resultar desastroso tanto para la vida humana como para la propiedad.
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Pero para los más de 25,000 satélites en órbita terrestre baja, no hay reentrada controlada. La atmósfera de la Tierra los derribará, extendiéndose mucho más allá del borde artificial del espacio, o línea de Kármán, que típicamente dibujamos. Si dejáramos de lanzar satélites hoy, en menos de un siglo, no quedaría rastro de la presencia de la humanidad en la órbita terrestre baja.
El Sputnik 1 fue lanzado en 1957, y solo tres meses después, se desorbitó espontáneamente y cayó de nuevo a la Tierra. Las partículas de nuestra atmósfera se elevan muy por encima de cualquier línea artificial que hayamos trazado, afectando a todos nuestros satélites en órbita terrestre. Cuanto más lejos esté su perigeo, más tiempo podrá permanecer allí arriba, pero más difícil será enviar y recibir señales desde aquí en la superficie. Hasta que no tengamos una tecnología libre de combustible para impulsar pasivamente nuestros satélites para mantenerlos en una órbita más estable, la atmósfera de la Tierra seguirá siendo la fuerza más destructiva para la presencia de la humanidad en el espacio.
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