Quando satélites colidem

De acordo com especialistas, há a possibilidade de uma “teoria do caos” que inviabilizaria a exploração espacial por gerações. Essa não foi a primeira vez que dois objetos artificiais se chocaram em órbita.

Um ano após o caso do USA 193, aquele satélite espião americano que podia cair na Terra mas foi destruído por um míssil, a órbita volta a ganhar a atenção da mídia.

Desta vez, dois satélites de comunicação – ambos desativados – tentaram ocupar o mesmo lugar ao mesmo tempo. Um deles, privado, era o americano Iridium-33 e pertencia àquele sistema de telefones via satélite que não deu muito certo. O outro, militar, era o russo Kosmos-2251, integrante do sistema de comunicação Стрела (Strela, “seta”).

O Iridium fora lançado em 14/09/1997 de Baikonur, Cazaquistão, em um foguete Proton-K/DM2. O Kosmos havia decolado do Cosmódromo de Plesetsk, 800 km ao norte de Moscou, a bordo de um lançador Kosmos-3M em 16/06/1993

No dia 10/02/2009, eles tentaram quebrar as leis da Física a 800 km de altitude sobre a Península Taimir, na Sibéria. Se encontraram a 11,7 km/s, simplificando: 42.120 km/h.

A empresa Analytical Graphics fez uma animação da direção dos destroços remanescentes do impacto – que devem orbitar a Terra por mais uns 10.000 anos.

Reação em cadeia  Alguns entendidos do assunto chegaram a citar a Síndrome de Kessler. Não se trata de nenhum problema genético, mas pode-se dizer que é uma doença em órbita. É uma teoria publica em 01/06/1978 por Donald J. Kessler e Burton G. Gour-Palais na edição 83 do Journal of Geophysical Research.

No artigo “Collision Frequency of Artificial Satellites: The Creation of a Debris Belt” (“Frequência de Colisão de Satélites Artificiais: A Criação de um Cinturão de Escombros”), Kessler – cientista da NASA – supõe que uma colisão como a que aconteceu pode iniciar um “efeito dominó” e ocasionar outras. Os destroços do primeiro choque destroem outros satélites, o que gera mais destroços e mais colisões…

A ideia é simples. Todos os satélites, sondas e missões tripuladas podem gerar detritos. Conforme mais satélites são lançados e desativados, o risco fica cada vez maior. Felizmente, a maioria do satélites na baixa órbita da Terra acabam retornando para a atmosfera e sendo destruídos no processo.

Aparelhos em maiores altitudes também podem acabar caindo pois sofrem a ação da força gravitacional do planeta, influência da Lua e do vento solar. Mas isso pode levar milhares de anos.

Uma vez que a reação em cadeia tiver início, seria apenas uma questão de tempo para que a baixa órbita ficasse inacessível. Só haveria condições de se aventurar por aquela região em milhares de anos. Os arredores da Terra se transformariam em um grande campo minado. Não seria possível lançar satélites ou missões tripuladas pois qualquer coisa que alcançasse a órbita seria destruída. Teríamos de esperar que um número suficiente de detritos retornasse à atmosfera para que a órbita ficasse limpa o bastante.

Um pouco tantão de História  Essa foi a primeira vez que um impacto desta magnitude ocorreu (e não será a última). Mas choques menores já aconteceram. E o chamado lixo espacial já é um problema há décadas. Em 1958, os EUA lançaram o Vanguard I, seu segundo satélite, que funcionou durante seis anos. Mesmo desativado, ele ainda está em órbita! JÁ TEM 51 ANOS!!!

Mas nem tudo é perigoso. Muitos objetos perdidos por astronautas fora da nave retornam à Terra em poucas semanas por causa de seu tamanho e sua órbita baixa. O astronauta Ed White perdeu uma luva na primeira caminhada espacial dos EUA (junho de 1965, missão Gemini IV). Michael Collins perdeu uma câmera na Gemini X (julho de 1966). Outra foi perdida por Sunita Williams na STS-116 (dezembro de 2006). Sacolas de lixo, uma chave de boca e até uma escova de dentes também estão na lista.

Estes objetos são exceções. Algumas Vezes, naves já tiveram de se desviar de sua rota original por risco de colisão. Em setembro de 1991, o ônibus espacial Discovery, durante a STS-48, se desviou de detritos do satélite Kosmos 1813, que explodiu em 1987 gerando unas 850 “pecinhas” com mais de 10 cm.

Até 1998, 60 janelas de ônibus espaciais haviam voltado à superfície com danos. Uma lasca de tinta do tamanho de um grão de sal, à velocidade de 14.400 km/h, pode abrir um buraco de 2,5 cm – o suficiente para que essa janela se estilhasse na reentrada.

Em outubro de 1999, a ISS também fez uma manobra evasiva. Restos de um foguete Pegasus passariam a 1,4 km da Estação. O foguete do Módulo de Controle Zarya foram acionados por 5 segundos, o que elevou o complexo 1,6 km. Os detritos passaram a 25 km.

Nove anos mais tarde, após outra manobra para evitar um choque (desta vez com um Kosmos), a ISS já havia feito oito desvios. Sete ocorreram no começo do programa (de outubro de 1999 a maio de 2003). A NASA diz que esse intervalo é devido à melhora no rastreamento de detritos.

Em julho de 2007, o satélite Terra, da NASA, também fez uma manobra de desvio.

Alguém se lembra da Mir, aquela estação espacial russa que orbitou a Terra de 1986 a 2001? Ela funcionou por 10 anos, liberando muitas sacolas de lixo…

Até o famoso Telescópio Espacial Hubble (HST) também já teve sues painéis solares atingidos por lixo espacial.

O risco de colisões com o HST dobrou em 1996, quando um estágio de um Pegasus lançado dois anos antes explodiu. Criou-se uma nuvem de 300.000 fragmentos com mais de 4 mm. 700 eram grandes o suficiente para serem detectados.

Em 11/01/2007, a China testou a ASAT (uma “arma anti-satélite”) criando cerca de 1.600 pedaços do tamanho de uma bola de golfe (ou até maiores). Dois messes depois, eles ainda podiam ser rastreados. Acredita-se que o impacto também tenha criado 1 milhão de pedaços com cerca de 1 mm e 35.000 com cerca de 1 cm. à distância que estão, demorarão uns 35 anos para entrar na atmosfera, talvez mais.

Em 19/02/2007, o estágio do dínamo de injeção de um Proton-KM (ou Briz-M) russo (lançado em 28/02/2006 com o satélite de comunicação Arabsat-4M) explodiu sobre a Austrália. A explosão, similar à do ASAT do mês anterior, foi captada em filme por vários astrônomos, embora tenha sido difícil detectar os destroços no radar por causa de sua órbita. A área dos detritos estava mais próxima da Terra e foram registradas várias reentradas em um curto período. Por exemplo, em 21/02/2007, quando mais de mil fragmentos foram identificados.

Outro impacto foi registrado em 14/02/2007 por Celes Trak.

Outro ASAT foi lançado em 20/02/2008 com destino a um satélite defeituoso. Agora os EUA queria destruir o tanque de Hidrazina, uma substância tóxica, aparelho espião USA 193. O Pentágono minimizou a quantidade de destroços, esperando que estes reentrassem nas primeiras semanas de março.

Mais história  Em 24/07/1996, ocorreu a primeira colisão com lixo espacial catalogado. O satélite de reconhecimento militar francês Cerise foi atingido por um fragmento de um foguete Ariane I, o que quebrou o braço de estabilização por gradiente de gravidade de 6 m. Os destroços do foguete estavam entre 660 km e 680 km distantes do planeta, a uma velocidade de 14,8 km/s. Apenas um deles podia ser rastreado.

Uma pessoa já foi atingida por lixo espacial. Em 22/01/1997, às 3:30 da madrugada, Lottie Williams caminhava em um parque em Tulsa, Oklahoma, quando viu uma luz no céu que pensou ser um meteorito. Minutos depois, ela foi atingida  no ombro por um objeto metálico negro com cerca de 15 cm. Era parte do tanque de combustível de um foguete Delta II, lançado no ano anterior com um satélite da USAF. Felizmente, ela não se feriu. (O foguete, por outro lado…)

Em maio de 2000, fazendeiros na África do Sul levaram um baita susto. Uma esfera metálica de 30 kg caiu na Cidade do Cabo e pessoas testemunharam o fato. Três dias depois, outra esfera – um pouco mais ovalada (segundo testemunhas, 1,3 m de largura por 1 m de comprimento) –, com 55 kg, chegou ao chão. Os acontecimentos foram comentados pela NASA em uma rádio local e a agência admitiu que os objetos pertenciam a um foguete Delta II lançado em 1996.

Pesquisa  Os detritos em órbita são estudados em terra com o uso de radares e telescópios óticos, mas também no próprio espaço orbital, com dados obtidos após o exame da superfície exterior das espaçonaves que retornam.

As Forças Armadas dos EUA possuem um catálogo de 10.000 objetos visíveis. Porém, estima-se que aproximadamente 330 milhões de objetos maiores do que 1 mm (alguns, simples partículas) estão em órbita.

Outras iniciativas de rastreamento de destroços são o TIRA, os radares Goldstone e Haystack e o sistema de rasar Cobra Dane. Há também o ESA Space Debris Telescope (Telescópio de Detritos Espaciais da Agência Espacial Europeia), situado no Observatório Teide, em Tenerife, Espanha. Lá são feitas várias investigações de lixo espacial todo mês. O telescópio consegue detectar objetos espaciais de até 15 cm no anel geoestacionário (região sobre a Linha do Equador onde orbitam os satélites geoestacionários).

As informações obtidas nessas pesquisas são usadas para a construção de modelos de ambientes com detritos, como o ESA-MASTER. Estes modelos são a única maneira de determinar a chance de impacto.

Em abril de 1987, durante a missão STS-41-C, o Challenger lançou o Long Duration Exposure Facility (Dispositivo de Exposição de Longa Duração, LDEF), uma espécie de cilindro com 12 lados, 4,3 m de diâmetro, 9 m de comprimento, e 9.660 kg. Ele foi deixado por 68 meses em órbita e trazido de volta pelo Columbia em janeiro de 1990, Um exame detalhado de sua superfície ajudou na pesquisa de detritos espaciais.

  

O satélite EURECA, posto em órbita pelo Atlantis em julho de 1992 (STS-46) e recuperado pelo Endeavour no ano seguinte (STS-57) também proporcionou um maior conhecimento no campo.

Problema  A maior parte dos detritos se encontra na baixa órbita da Terra (em inglês, Low Earth Orbit, LEO), mas também há muitos na órbita geoestacionária (Geostationary Orbit, GEO). Também existem uns 1.450 objetos com órbitas excêntricas, que podem passar por outras órbitas, causando acidentes.

Estes objetos podem atingir uns aos outros como se fossem balas de um fuzil. Eles também pode atingir astronautas, por isso o traje espacial, chamado EMU (do inglês Extravehicular Mobility Unit, Unidade de Mobilidade Extraveicular), é projetado para proteger o usuário de micrometeoritos. Acredita-se poucos objetos maiores do que alguns centímetros a grande velocidade orbital podem romper o traje.

Um objeto com 1 mm pode romper cabos de força e dados da ISS. Com 4 ou 5 mm, pode danificar cabos de força principais, tubulações e painéis. Por essa razão, a Estação é a espaçonave mais protegida já lançada. Muitos componentes externos são de alumínio. Regiões de grande importância, como módulos de habitáveis, aguentam impactos de detritos de até 1 cm.

Outro foco de preocupação (em inglês, concern) é o combustível dos satélites – como no caso do USA 193, contendo hidrazina. Uma vez que não recebem ordens da Terra, eles podem cair em qualquer lugar a qualquer momento. Alguns possuem geradores eletro-nucleares que usam urânio 235 ou plutônio 238 (altamente radioativos) como combustível.

Solução  Em 1995, a NASA se tornou a primeira agência espacial e estabelecer procedimentos para minimizar detritos. Em 1997, o governo dos EUA criou um grupo de Práticas Padrões para Mitigação dos Detritos Espaciais, com ase nos parâmetros da agência. Com o tempo, outros países e instituições tomaram suas próprias providências para minimizar os detritos.

Em 2002, agências espaciais de 10 países chegaram a um consenso sobre a questão. Foi feito um conjunto de normas de conduta que foi apresentado à ONU em fevereiro de 2003.

Uma das formas de minimizar o lixo espacial é a passivação dos estágios superiores dos foguetes gastos para a liberação de restos de combustível, prevenindo explosões posteriores.

Muitos componentes das naves são feitos de alumínio, que possui um baixo ponto de fusão. Assim, eles se desintegram logo no início da reentrada, a uma alta altitude. Porém, se os componentes são feitos de materiais com ponto de fusão mais elevado (como titânio e aço inox), o objeto se deteriora a uma altitude baixa, ou atinge o solo, como no caso da foto abaixo. Alguns objetos também possuem uma proteção exterior, oque dificulta a deterioração do interior.

Já que estes objetos – geralmente – se desintegram na reentrada, também pode ser realizada uma “coleta” de lixo espacial. Isso pode ser feito por uma queda orbital (reentrada sem controle) ou por um retorno controlado. Mas há sempre o risco de sobrar alguma partícula ou peça destes objetos e não há garantia de que eles caiam em regiões desabitadas. Normalmente, a reentrada controlada (como será o caso do Hubble) utiliza combustível propelente para direcionar a espaçonave no ângulo correto de entrada. Em geral, usa-se o oceano como “alvo” dos detritos.

Tirar satélites de órbita no fim de suas vidas úteis também é um jeito de reduzir o lixo. Isso poderia ser feito com a utilização de um dispositivo conhecido como terminator tether, onde um “cabo” eletrodinâmico (incrivelmente longo e resistente mas pouco denso) liga o aparelho à Terra, transmitindo a energia necessária para que ele conseguisse diminuir a velocidade das naves por meio de magnetismo.

Nos casos em que isso exija muito combustível, o tether poderia apenas alterar a órbita do satélite, fazendo com que ele entre na atmosfera sozinho em alguns anos. Essa manobra já foi feita com sucesso no final de 2003 com o satélite francês Spot-1. Segundo os cálculos, ele deve reentrar cerca de 16 anos após a manobra.

Em órbitas onde não seria viável fazer com que o satélite retornasse, como no anel geoestacionário, pode-se levá-lo a uma órbita cemitério, sem a presença de satélites em operação.

Há muitas outras proposta para limpar a órbita. Tem para todos os gostos: reunir os objetos maoires em um “ferro-velho orbital”, onde podem ser usados para algo futuramente; rebocadores automatizados; “vassouras” de laser para vaporizar o agrupar partículas em órbita de queda rápida; bolhas de aerogel para absorver detritos e cair na atmosfera…

Por enquanto, os maiores esforços estão voltados para a prevenção de colisões, vigiando destroços maiores, evitando a formação de ainda mais destroços.

Manchetes  E no fim de fevereiro, o INPE devolveu aos EUA um pedaço de um Delta II encontrado em Goiás no ano passado… Março começa com o Lançamento do Kepler, um telescópio espacial que vai caçar planetas fora da Terra… A vida volta ao “normal” e a órbita cai no esquecimento da mídia novamente…

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“Todas as coisas me são lícitas mas nem todas as coisas convêm: todas as coisas são lícitas, mas nem todas as coisas edificam”

1Co 10:23

 

Eduardo Oliveira,

editor