Entenda o que é o Lixo Espacial e os problemas que ele pode trazer.

Como resultado da Guerra fria, a União Soviética de Nikita Khrushchev se viu envolvida em uma corrida espacial contra os Estados Unidos. O Programa Espacial soviético começou com uma boa vantagem: Em 1957 os comunistas colocaram na órbita terrestre o primeiro satélite artificial, o Sputnik-1 (em russo: Спутник, trad.: “Satélite” ou “Companheiro Viajante”). O fato noticiado por todos os jornais do mundo colocou os soviéticos à frente da disputa com os americanos e o Sputnik transmitiu sinais de rádio por 22 dias, reentrando na atmosfera 3 meses após o lançamento.

Alguns meses depois do feito soviético, os Estados Unidos lançaram o “Explorer-1”; iniciou-se assim uma exponencial de lançamentos, com as duas potências enviando cada vez mais e mais objetos para órbita do planeta.

O satélite soviético Sputnik-1 à esquerda e o americano Explorer-1 à direita.

No decorrer das últimas décadas, cada vez mais exploradores espaciais surgiram, desde agências governamentais a empresas privadas. Hoje é inimaginável pensar em satélites sem se lembrar de previsão do tempo, estudo de mudanças climáticas e monitoramento de desmatamento, comunicação em tempo real  e GPS. Segundo a ESA (Agência Espacial Europeia), do Sputinik-1 em diante já foram mais de 9 mil satélites lançados, dos quais 5 mil ainda estão em órbita, mas só 1950 deles funcionam. E que fim tiveram os outros 3050 objetos? – Viraram o que chamamos de Lixo Espacial.

Número de objetos em órbita entre 1957 e 2018. Fonte: US Space Surveillance Network.

O que é o Lixo Espacial?

Basicamente, tudo que está em órbita terrestre e não tem utilidade científica para a humanidade. É uma série de detritos que variam de micropartículas até estágios de foguetes, em sua maioria parafusos, lascas de tinta, placas ou satélites inteiros que estejam desativados e até mesmo uma bolsa de ferramentas que escapou da mão de um astronauta durante uma manutenção externa na Estação Espacial Internacional.

Presume-se que haja quase 8.400 toneladas de lixo espacial, distribuídas em cerca de 34 mil pedaços que variam de 10 cm até estágios de foguetes inteiros; 900 mil partículas entre 1 e 10 cm e aproximadamente 128 milhões de partículas menores que 1 cm. Estes objetos vagam o espaço orbitando a Terra em velocidades, direções e altitudes diferentes.

Concepção artística que demonstra diversos objetos, de diferentes tamanhos em orbitas e direções diferentes ao redor da Terra.

Colocar objetos em órbita e mantê-los por lá é uma questão de velocidade: Um corpo precisa viajar à 28.000 km/h para se manter estável ao circular a Terra, mantendo essa velocidade constantemente. É por esta razão que um choque com um objeto de qualquer massa viajando com esta aceleração pode ser catastrófico, a energia potencial armazenada mesmo em objetos pequenos pode causar sérios danos ao menor impacto ocorrido.

Demonstração do efeito causado pelo impacto de uma esfera de 1,2 cm em uma chapa metálica de 18 cm de espessura. Cortesia de ESA – Agência Espacial Europeia.

Em épocas passadas, acreditava-se que o espaço era grande o suficiente para ser preenchido de satélites, porém, o que não se previu era que o espaço orbital (região onde os objetos são capazes de orbitar a Terra devido a influência da gravidade do planeta) não é. A maioria dos satélites são posicionados em órbitas especificas que podem ser compreendidas como se fossem rodovias espaciais; a medida com que mais e mais objetos são introduzidos nestas rodovias o tráfego pode ficar carregado e o risco de colisão aumenta.

O Problema causado pelo Lixo Espacial e a Síndrome de Kessler

Muitas das coisas que levamos para o espaço continuam por lá, colocando em perigo sistemas de GPS, satélites de observação e previsão de tempo e até mesmo sistemas financeiros globais dependentes de comunicação e troca de dados. O risco de colisão e seus danos são uma preocupação constante dos operadores e agências espaciais e por esta razão existem organizações destinadas a catalogar e rastrear objetos ao redor do planeta, fornecendo vetores para equipes de engenharia realizarem procedimentos para evitar colisões. O contratempo se dá em virtude do monitoramento se resumir apenas à objetos maiores que 10 cm, desta forma, partículas pequenas em órbita não são rastreadas e podem colidir-se com objetos importantes.

A ISS é o bem mais valioso e vulnerável em órbita, e constantemente precisa alterar sua rota para desviar de detritos, além de possuir um escudo contra partículas microscópicas que mesmo tão pequenas podem causar danos.

Janela da ISS penetrada por um fragmento de vidro. Fonte: ESA.

Em 1961 havia 115 satélites em órbita; neste ano os americanos lançaram o “Transit4A”, que explodiu duas horas depois de lançado ganhando o título de primeiro objeto a explodir acidentalmente fora da Terra. A explosão do objeto gerou cerca de 300 estilhaços e alguns desses fragmentos caíram na atmosfera, onde desintegraram-se. O problema principal do lixo espacial é justamente a série de detritos gerados por explosões ou impactos. Donald Kessler, consultor da NASA, estudou a dinâmica das colisões e da geração de estilhaços e afirmou que um acidente ou colisão gerará detritos, e estes detritos irão gerar mais colisões e consequentemente mais detritos . – Desta forma, o lixo espacial se multiplica exponencialmente através do tempo à medida que os corpos colidem e fragmentam-se, dando origem à uma reação em cadeia que em cerca de 100 anos sairá de controle, formando um domo inatravessável por qualquer veículo que poderia pôr fim as chances de ascender ao espaço. Esta curva exponencial que levaria ao bloqueio do acesso a altas altitudes ficou conhecida como Síndrome de Kessler.

Gráfico representando a curva exponencial descrita por Kessler.

No dia 10 de fevereiro de 2009, o que era altamente probabilístico aconteceu: O satélite de comunicação russo desativado “Cosmos2251” colidiu-se com o satélite operacional americano “Iridium33” à uma velocidade de pouco mais de 42.120 km/h, gerando milhares de detritos com cerca de 100 mm. Esta foi a primeira colisão entre dois satélites inteiros e aconteceu cerca de 800 km acima da Sibéria, provando a teoria de Kessler e a urgência de soluções para o problema do Lixo Espacial.

Colisão Cosmos-Iridium. Cortesia de ESA.

Soluções para abrir “espaço” no Espaço.

Para entender algumas das soluções para o problema do lixo e o que fazer com ele, precisamos entender os tipos de órbitas em que os satélites estão posicionados.

  • A Órbita LEO

A região mais utilizada por orbitadores e consequentemente a mais cheia é a órbita terrestre baixa, ou órbita LEO (Low Earth Orbit),  ela se estende até 2000 km de altitude e quando um satélite posicionado nesta região para de funcionar, provavelmente irá permanecer ali por longos anos. Orbitar é simplesmente o equilíbrio perfeito entre cair por ser puxado pela gravidade e sair pela tangente por estar rápido demais. Na órbita LEO, um objeto precisa viajar sempre a cerca 7,7 km/s para não cair sobre a Terra, vez que a quantidade de partículas atmosféricas é significante para fazer os objetos em deslocamento perderem velocidade e consequentemente caírem se não ajustarem suas altitudes de tempos em tempos. A ISS por exemplo decai cerca de 100 m por dia e precisa acionar seus propulsores de correção sempre que necessário.

Tipos de órbitas terrestres. Fonte: Cyclone.blog

Nesta altitude, quando um satélite é desativado, pode esperar pelo decaimento natural ou acionar seus motores para frear e consequentemente cair na atmosfera, queimando e desintegrando-se.

Podemos pensar que ao enviar de volta objetos para a Terra, mesmo que se desintegrem na reentrada, detritos podem cair sobre áreas povoadas e causar acidentes no solo. Por este motivo, cientistas e especialistas procuraram por décadas um ponto de inacessibilidade que fosse o local mais difícil de se chegar em todo o globo. Foi então que em 1992, utilizando um software que ele mesmo havia criado,  o engenheiro e pesquisador croata-canadense Hrvoje Lukatela calculou qual seria o lugar mais isolado da Terra, obtendo as coordenadas para o que chamou de “Ponto de Inacessibilidade do Pacífico”, também conhecido como “Ponto Nemo”.

O Ponto de Inacessibilidade do Pacífico. Fonte: EL PAIS.

O Ponto Nemo é o local mais remoto do planeta, localizado no Oceano Pacífico equidistante de três costas diferentes, entre a América do Sul, a Nova Zelândia e a Antártica. O continente ou ilha mais próximo fica a  2.700 km e para se ter uma ideia, os seres humanos mais próximos são os astronautas dentro da ISS quando ela passa sobre o pacífico. Mesmo o barco mais rápido do mundo leva 15 dias para chegar ao local, onde também não há muitas correntes marítimas, o que garante que não haja muita vida marinha por lá.

Apesar do nome, o Ponto de Inacessibilidade do Pacífico não é exatamente um ponto definido, mas sim uma região com uma dada área, em virtude das partículas se dispersarem na reentrada atmosférica. Mais de 300 objetos já foram jogados por lá, incluindo a Estação Espacial russa MIR que em 2001 foi lançada ao Nemo. Há previsão para que a ISS tenha o mesmo destino ao fim de sua vida.

  • Órbitas Geoestacionárias

Orbitas geoestacionárias estão à cerca de 35.768 km de altitude, nesta posição a velocidade necessária para um objeto manter-se estável em órbita cai para cerca de 3 km/s devido à menor ação da gravidade e a inexistência de partículas atmosféricas que os desacelerem, quase a metade da velocidade necessária na órbita LEO. À esta velocidade e altitude um satélite completa uma órbita em torno do planeta em 23 horas, 56 min e 4 s, exatamente um dia. Se o satélite estiver viajando sobre a Linha do Equador, sua posição em referência ao solo não muda, pois o objeto viaja na velocidade que o planeta gira. Esta característica permite que satélites geoestacionários permaneçam fixos sobre um local específico do globo fornecendo cobertura constante, evitando que sejam necessários ajustes nas antenas em solo já que podem receber sinais constantemente.

órbitas geoestacionárias permitem que satélites fiquem sempre sobre um ponto do plante. Fonte: InfoEscola.

Em órbitas geoestacionárias, os satélites podem permanecer por muito mais tempo justamente por não sofrerem influência das partículas presentes na atmosfera, porém, sabemos que estes objetos não duram para sempre, suas baterias podem perder capacidade de carga, seus painéis solares perdem eficiência e outros componentes param de funcionar.

O que fazer com os satélites geoestacionários que se tornam lixo? – Eles são movidos para o que chamamos de órbita cemitério, 300 km mais alta. Diferentemente da órbita LEO, aqui temos um raio maior em relação à Terra, e portando mais espaço para manter o lixo mais disperso, evitando colisões. Mantendo o lixo nesta posição é fácil saber que eles estarão por lá quando um veículo necessitar atravessar esta camada, porém esta região do espaço um dia ficará cheia também.

O Futuro

Para colocar um satélite em órbita hoje, uma agência governamental ou empresa privada deve cumprir diretrizes da ONU que exigem um plano de recuperação do objeto em 25 anos após o lançamento, porém, países como a China não seguem as diretrizes das Nações Unidas. Os chineses já chegaram até mesmo a explodir um de seus satélites meteorológicos usando um míssil, ato que gerou mais de 150 mil partículas. 4 anos após a explosão, um dos detritos passou a menos de 6 km da ISS, o que poderia causar um acidente espacial sem precedentes.

Detritos do satélite chines (vermelho) quase se chocaram com a ISS. Fonte: ESA.

De acordo com a Síndrome de Kessler, mesmo se a humanidade interrompesse todos os lançamentos orbitais para sempre, a quantidade de lixo continuaria a crescer devido a taxa exponencial de colisões. Pensando em não só não gerar mais lixo, uma das grandes preocupações das agências e operadores hoje é garantir métodos de trazer de volta ou destruir seus satélites sem gerar partículas, acarretando o mínimo de impacto em missões futuras.

A ideia principal é que os novos satélites lançados na órbita LEO possuam dispositivos geradores de arrasto para diminuir sua velocidade e os forçar a queimar na atmosfera.

Esforços também estão sendo feitos para literalmente caçar objetos inúteis que ainda estão em órbita. Sondas com braços robóticos, redes de “pesca” e até arpões espaciais são as armas que possivelmente veremos limpando a bagunça que nos orbita.

Conceito da rede de “pesca” espacial. Cortesia de ESA.

 

Para podermos discutir mais sobre o tema do Lixo Espacial, a DefesaTV promove hoje (17/06) em seu canal no Youtube a live “Lixo Espacial – O Lixo que orbita sobre nós”, recebendo como convidada a Engenheira Aeroespacial Thays A. Barreto. Esperamos todos por lá para um bom bate-papo.

 

Sobre o Autor
Mateus de Paula Vieira é Engenheiro Aeroespacial e Pesquisador, é Colunista no DefesaTV desde maio de 2020. Escreve principalmente sobre Tecnologia Aeroespacial e projetos acadêmicos de foguetes e aeronaves.
Laboratório de Jato Propulsão / Bravo Rocket Team – Univap. bravorocketteam.github.io/homepage

 

 



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