Nueva estación láser ilumina el camino hacia la reducción de desechos

Del rastreo satelital a los escombros

Imagine láseres apuntando desde la Tierra hacia los cielos, buscando satélites y fragmentos de basura espacial y medir sus posiciones y trayectorias para evitar colisiones catastróficas. No tiene que esforzarse demasiado: esta es casi la realidad del día a día en la nueva estación de telemetría láser Izaña 1 (IZN-1) de la ESA en Tenerife, España.

IZN-1, desarrollado y ahora operado por ESA, es un banco de pruebas para tecnologías futuras y se instaló a mediados de 2021 en el Observatorio del Teide. La estación, el telescopio y el láser se han sometido a meses de pruebas y puesta en servicio y, desde julio del año pasado, han apuntado el rayo verde de luz concentrada hacia el cielo para detectar, rastrear y observar activamente los satélites activos.

En la actualidad, el láser funciona a 150 mW, pero pronto se actualizará para que también pueda rastrear objetos de escombros con un láser infrarrojo mucho más potente con una potencia promedio de 50 vatios.

“Actualmente, solo los satélites equipados con retrorreflectores pueden ser rastreados desde la estación de Izaña de la ESA, lo que representa solo una proporción de la población total”, explica Clemens Heese, Director de Tecnologías Ópticas.

“La estación se actualizará en los próximos dos años, lo que le permitirá realizar los mismos servicios vitales de alcance con objetivos que no cooperan, vitalmente, objetos de escombros y satélites más antiguos sin parches retrorreflectantes”.

El primero de muchos en Europa

Si bien hay docenas de estaciones de seguimiento láser repartidas por Europa, la doble funcionalidad de la estación de Izaña la convierte en la primera. Construido por la empresa alemana DiGOSla estación de Izaña teledirigida también se puede utilizar para comunicaciones ópticas y está destinado a convertirse en un sistema robótico totalmente autónomo y de última generación. Se espera que sea el primero de muchos en todo el mundo.

La tecnología, relativamente nueva en la historia de las observaciones terrestres de desechos espaciales, significará que la estación puede rastrear objetos desaparecidos que antes eran invisibles y que acechan sobre los cielos azules durante el día.

Como la última incorporación de la ESA a la Seguridad espacial familia, Izana-1 proporciona apoyo para vital evitación de colisiones y proporciona un banco de pruebas para nuevas tecnologías sostenibles como la transferencia de impulso láser o la coordinación del tráfico espacial.

Esta capacidad de seguimiento de desechos y satélites en Europa podría contribuir a crear y aceptar a un catálogo europeo de objetos espaciales.

Láseres en el espacio. ¿Es eso… seguro?

¡Pero espera, hay pájaros, aviones, astronautas encima de nosotros! ¿Apuntar los láseres al cielo no conlleva un riesgo inaceptable? Afortunadamente, los láseres utilizados para el seguimiento de escombros y satélites serían una decepción para cualquier villano de Bond que se precie.

En última instancia, la estación IZN-1 utilizará una potencia de menos de 100 Watts, lo que le dará al láser Izaña alrededor de 1/20^el de la energía de una tetera eléctrica.

Estas fuentes de luz puntuales proyectan pulsos cortos de luz en su objetivo, determinando la distancia, la velocidad y la órbita de cada uno con precisión milimétrica, calculada a partir del tiempo que tarda en completar el viaje de regreso.

Aunque tales láseres no se acercan a cortar, o incluso empujar (todavía) los objetos a los que apuntan, pueden dañar los instrumentos ópticos sensibles en los satélites y se deben considerar las trayectorias de los aviones.

“Si los láseres impactan en los aviones, pueden ser muy peligrosos, ya que los pilotos pueden distraerse y, en el peor de los casos, perder el control”, explica Andrea di Mira, ingeniero de optoelectrónica de la ESA.

“Somos muy, muy cuidadosos de que esto no suceda, con un conjunto de sensores que escanean el cielo en busca de aviones para garantizar que nuestros láseres no se acerquen remotamente a ellos”.

Estos láseres también tienen el potencial de interrumpir los telescopios que estudian el cielo nocturno. Para evitar esto, el Sistema de Control de Tráfico Láser (LTCS) fue introducido por el Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC): al igual que IZN-1 ayuda a evitar colisiones entre objetos en órbita, el software LTCS evita las «colisiones» entre la luz láser y las áreas de observación. Además, cambiar a una frecuencia de láser infrarrojo puede minimizar los conflictos con los astrónomos.

Un camino vital hacia el control del tráfico espacial

A medida que la era del Nuevo Espacio ya está en marcha, se están lanzando al cielo grandes constelaciones que consisten en miles, a veces decenas de miles de satélites.

Los métodos actuales y costosos para evitar colisiones serán inútiles a medida que aumenten los números y, como tal, la comunidad espacial internacional necesidad de establecer un método de control del tráfico espacial.

Para ello, la determinación precisa y rápida de la ubicación, la velocidad y la órbita de los objetos espaciales será vital, y la estación IZN-1 de la ESA proporcionará un banco de pruebas muy necesario para el desarrollo de esta tecnología, mucho más precisa que los métodos de radar actuales.

Enfoque láser en el futuro

En un futuro próximo, la estación IZN-1 de la ESA será una estación de seguimiento de desechos y satélites totalmente autónoma y altamente productiva. También se utilizará para probar el concepto de ‘medida láser de desechos espaciales en red’ para crear un catálogo de satélites.

En lo que respecta a la comunicación óptica, también se actualizará para recibir señales con una tasa de datos muy alta de 10 gigabits y más (cumpliendo con los estándares internacionales) de satélites en órbita terrestre baja a 400 km de distancia.

Izaña pasará entonces a formar parte de un proyecto Red Europea de Núcleos Ópticosel primer servicio operativo de estación terrestre de comunicaciones ópticas de este tipo que se pondrá a disposición de la comunidad espacial comercial en general.

Además de todo esto, la estación brinda la oportunidad de probar y desarrollar tecnologías que respaldan la ‘transferencia de impulso láser’, en la que los láseres no solo arrojarían una luz sobre los objetos de desecho, sino que los empujarían suavemente a nuevas órbitas, fuera del camino de posibles colisiones y fuera de las carreteras orbitales más concurridas.

Así como IZN-1 es bienvenido a la familia de Seguridad Espacial de la ESA, también lo es un futuro brillante de tecnologías sostenibles, vitales para un futuro responsable en órbita y más allá.