Sustentabilidade Espacial: a preservação do espaço importa

A sustentabilidade espacial ou a preservação do espaço é uma questão cada vez mais relevante. Há mais de 130 milhões de objetos girando ao redor da Terra, segundo estimativas feitas pela ESA e NASA. Entretanto, só conseguimos catalogar um pouco menos de 50 mil desses objetos, pois a maior parte desses corpos tem um diâmetro menor do que 10 cm o que dificulta muito o rastreio. Desse total catalogado, atualmente, apenas 3.429 são satélites ativos e cerca de 22.000 ainda estão em órbita.  O restante é “lixo espacial”.


Figura 1: Representação da quantidade de objetos orbitando a Terra. A escala de tamanho dos corpos está exagerada para facilitar a visualização. A maior parte dos objetos é menor do que 10 cm. A região LEO (Low Earth Orbit) é a mais ocupada. Fonte: NASA

Para se ter uma ideia do crescimento da população espacial, na época do lançamento do Telstar, primeiro satélite para uso comercial, em 1962, havia 340 objetos catalogados sendo 116 ativos. Ou seja, não só aumentou a quantidade de corpos orbitando a Terra, mas também a proporção entre satélites ativos e inativos.  Mesmo os objetos menores podem causar danos aos satélites operacionais, pois voam a velocidades altíssimas. Por isso é importante investir na expansão da capacidade de rastreio desses objetos.

Figura 2: Representação gráfica dos objetos catalogados e rastreados pelo space-track. Todos os objetos decaídos são de órbita baixa.

Essa situação ilustra bem o porquê a sustentabilidade espacial importa. Segundo a Secure World Foundation,  entidade que trabalha pela segurança, sustentabilidade e uso pacífico do espaço, com o fim da Guerra Fria e a rápida disseminação do acesso à informação, a humanidade passou a buscar a segurança e os benefícios socioeconômicos que o espaço pode oferecer. Essa tendência, no entanto, está promovendo o rápido crescimento no número de atores desse mercado. O crescimento de interessados nos sistemas espaciais tem exposto as limitações dos regimes globais legais, políticos, técnicos e operacionais para se preservar o ambiente espacial.

Lixo espacial: um problema de todas as nações

Lixo orbital é um problema global e demanda um trabalho conjunto para se assegurar sustentabilidade espacial, afirma a Secure World Foundation em seu site. A entidade cita dois eventos recentes que mostram os efeitos que esse problema pode acarretar. Em janeiro de 2007, a China usou um missel balístico modificado com um interceptador a bordo para destruir seu próprio satélite meteorológico inoperante, Fengyun-1C. A destruição criou uma nuvem de detritos com mais de 3.000 pedaços de lixo espacial que rapidamente se espalhou por uma grande região da órbita da Terra, cobrindo entre 300 a 2.000 km de altitude. Muitos desses pedaços permanecem na órbita polar original, principal localização para muitos satélites de observação, incluindo satélites meteorológicos e de clima operados por agências espaciais mundiais. Esses fragmentos também colocam em risco todas as missões que atravessam essa região orbital.

Outro evento ocorreu em fevereiro de 2009. Um satélite ativo de comunicação comercial da constelação americana Iridium e um inativo de comunicação militar russo colidiram acidentalmente a uma altitude de 800 km.  A colisão criou mais de 2.000 pedaços de lixo que se espalharam ao longo e em volta de antigas órbitas de satélites e agora ameaçam outros satélites na região LEO (Low Earth Orbit) a órbita baixa terrestre, que fica abaixo de 2.000 km. Segundo a NASA, só esses dois acidentes aumentaram o lixo orbital na região onde orbitavam em aproximadamente 70%, representando um maior risco de colisão para veículos que estejam próximos.


Figura 3: representação do aumento da densidade populacional nas regiões das colisões  do Iridium e Fengyun. Fonte: Relatório de NASA de 2011 para United Nations Office for Outer Space Affairs (UNOOSA)

Desde 2002 a UIT (União Internacional de Telecomunicações), pede às empresas que adotem medidas para reduzir o risco de colisão no espaço. Para os satélites na órbita geoestacionária, onde a força de atração gravitacional já não é suficiente para trazê-los de volta à Terra, as empresas devem ter reserva de combustível para, ao fim da vida útil, retirá-los da órbita e coloca-los na órbita-cemitério, que fica cerca de 300 km acima da órbita GEO. Essa operação minimiza o risco de colisão com satélites operacionais e libera as posições orbitais para novos satélites. Porém mesmo depois de desativados os satélites continuam sendo monitorados por órgãos como o Space-Track para garantir a segurança.

Já para os objetos de órbita baixa lançados após essa data, os responsáveis devem ter um plano de reentrada segura na Terra. Porém, até essas normas entrarem em vigor já existiam muitos objetos vagando pelo espaço. Além disso, em caso de falha pode não ser possível realizar essas operações. No Brasil, a Anatel também pede que os operadores apresentem planos de mitigação do risco de acidente no espaço.

O maior desafio para a limpeza do espaço é encontrar formas economicamente viáveis. Para reduzir o impacto e preservar o uso do espaço, as operadoras de satélite tem se engajado e investido cada vez mais. Por exemplo, após o acidente entre o Cosmos e o Iridium, as grandes empresas do setor criaram a Space Data Association (SDA), associação sem fins lucrativos que realiza um trabalho colaborativo para tratar da segurança espacial. Hoje ela conta com mais de 60% dos operadores globais associados.

E os desafios não param de surgir: a chegada de grandes constelações de satélites intensifica a preocupação com a segurança.  Muitas iniciativas e estudos vêm sendo feitas para contornar esse problema.


Figura 4: Ilustração dos objetos ativos em órbita baixa incluindo as constelações ativas em novembro desse ano de 2020. Fonte: https://platform.leolabs.space/visualizations/leo

Figura 5: Lista das constelações ativas em novembro de 2020. Fonte: https://platform.leolabs.space/constellations

As iniciativas para limpeza e prevenção do lixo espacial

A remoção do lixo espacial ainda é um grande desafio. Na região da órbita GEO isso ainda é inviável. Mas na  região LEO já existem algumas iniciativas. Em 2018, o projeto RemoveDEBRIS, que é um consórcio de várias instituições liderado pela Airbus, demonstrou capacidade para remover dois grandes objetos do espaço. Essa iniciativa pretende criar mecanismos viáveis para a limpeza espacial.


Figura 6: Ilustração do projeto RemoveDebris. Em 2018 ele recuperou com sucesso um lixo espacial utilizando um arpão para capturar o objeto

Uma outra tentativa de remoção de detritos espaciais deve ocorrer daqui a cinco anos pela startup suíça ClearSpace. Ela ganhou, no fim do ano passado, a licitação da ESA (Agência Espacial Europeia) para iniciar uma missão que levará sondas coletoras para trazer de volta parte da população do lixo espacial. A empresa vê nos “caminhões de reboque” do espaço um futuro promissor. “Nos próximos anos o número de satélites dará um grande salto, com as múltiplas mega constelações que estão sendo planejadas com centenas e até milhares de satélites de baixa órbita”, diz o executivo Luc Piguet.

A  empresa japonesa Astroscale também está desenvolvendo projetos visando a limpeza espacial. A empresa pretende fazer em breve duas demonstrações de sua capacidade de retirar de órbita objetos grandes que não podem mais ser controlados da Terra.

O NASA Orbital Debris Program começou oficialmente em 1979, no Space Sciences Branch na Johnson Space Center (JSC), em Houston, Texas. O programa estuda caminhos para criar menos lixo orbital e desenhar equipamentos para rastrear e remover o lixo que já existe no espaço.

O departamento de defesa americano, USSTRATCOM, mantém um catálogo público com órbitas em TLE de milhares de objetos. Também disponibiliza acesso a órbitas mais precisas para operadores que tenham acordo de cooperação com eles. É a principal fonte de dados para estudos e análises.


Figura 7: rede de sensores utilizados pela defesa americana para rastrear e catalogar os objetos que orbitam a TerraFonte:  http://www.stratcom.mil/fact_sheets/images/spacesurveillance.jpg

A Inter-Agency Space Debris Coordination Commitee (IADC), um fórum governamental internacional de experts, para a coordenação mundial de atividades relacionadas com questões  do lixo espacial, tem criado guias para desenvolvedores planejarem o descarte apropriado de foguetes. Além disso, 13 nações estão participando em um esforço para desenvolver sistemas de descarte espacial padrão.

A Secure World Foundation também criou o guia Handbook for New Actors in Space. Com o objetivo de oferecer às nações, operadores de satélites, start-ups, universidades e outros atores do mercado espacial um panorama dos princípios fundamentais, leis, normas e melhores práticas para atividades pacificas, seguras e responsáveis no espaço. O guia é o resultado de um esforço colaborativo entre SWF e experts governamentais, operadores de satélites e sociedade civil.

A ESA mantém um centro de estudos e desenvolvimento voltados para o tratamento do lixo espacial. Promove conferências periódicas para discutir o assunto.

A empresa russa ISON (International Scientific Optical Observation Network) mantém uma rede de observações em parceria com diversas instituições ao redor do globo para aumentar o conhecimento dos objetos na órbita terrestre.

Enquanto a limpeza espacial não se torna uma realidade, é importante que todos os operadores de satélite atuem de forma responsável para o bom uso do espaço, assumindo o compromisso de se esforçarem para cumprir as normas recomendadas pelos órgãos reguladores.  Também é essencial que cada organização mantenha um programa de vigilância tomando medidas quando necessário para mitigar qualquer risco de colisão.

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