La órbita inferior de la Tierra está llena de escombros que representan una amenaza para recursos valiosos. Una nueva investigación de WVU explora si los láseres espaciales pueden eliminar incluso objetos pequeños o escombros grandes de colisiones con objetos como satélites o estaciones espaciales.
(Ilustración WVU/Savanna Leech)
Sí Universidad de Virginia Occidental Gracias a la investigación remunerada, los desechos que ensucian la órbita de la Tierra y suponen una amenaza para las naves espaciales y los satélites pueden eliminarse mediante la coordinación de los láseres espaciales.
Hang Woon Leeel director de la Laboratorio de investigación de operaciones de sistemas espaciales en WVU, que en todo el mundo se está acumulando un depósito de chatarra de desechos artificiales, incluidos satélites defectuosos. Cuanta más basura haya en el mundo, mayor será el riesgo de que parte de la basura choque con objetos de valor y personas. Dijo que cree que la mejor manera de prevenir estas colisiones es uno de los muchos láseres montados en plataformas en el espacio. Los láseres impulsados por inteligencia artificial pueden operar y trabajar juntos para responder rápidamente a desechos de cualquier tamaño.
Lee, profesor de ingeniería mecánica y aeroespacial en la Facultad de Ingeniería y Recursos Minerales Benjamin M. Statler, recibió en 2023 el premio Early Career Engineer Award de la NASA por su investigación sobre el éxito. La NASA está apoyando la investigación de Lee sobre la eliminación rápida de escombros con 200.000 dólares al año durante un máximo de tres años.
El trabajo se encuentra en las primeras etapas y, ahora, el equipo de investigación ha identificado los algoritmos que planean desarrollar para ejecutar el proceso de láseres que serán prácticos y efectivos. Pero la visión lejana es la de «múltiples láseres espaciales realizando activamente maniobras orbitales y coordinando desechos orbitales», dijo Lee. Esto puede llevar a evitar colisiones con artículos de alto valor a tiempo.
«Nuestro objetivo es crear una red de láseres espaciales reconfigurables, junto con un conjunto de algoritmos. Estos algoritmos serán la tecnología que creará esta red y la harán más efectiva».
Si un objeto natural, como un micrometeoroide, golpea un objeto hecho por el hombre, como los restos del escape de un automóvil, los escombros pueden viajar tan rápido que incluso una pequeña pintura puede tener poder para su inspección. o un satélite de telecomunicaciones o parte de la Estación Espacial Internacional.
Eso rápidamente se convirtió en un problema a medida que el espacio se volvió cada vez más abarrotado. En particular, la órbita terrestre baja ha atraído comunicaciones comerciales como Starlink de SpaceX, que utiliza satélites para llevar Internet de banda ancha a los consumidores. La órbita baja también alberga satélites utilizados en la predicción meteorológica y el análisis del terreno, y es fundamental para la exploración profunda.
Lee dijo: «La superpoblación de objetos aumenta el riesgo de accidentes, pone en peligro a los trabajadores y perjudica los intereses científicos y comerciales de las misiones de copia», dijo Lee. Añadió que un accidente en el espacio puede provocar un efecto dominó llamado «síndrome de Kessler», que altera la cadena de suministro, aumentando el riesgo de nuevos accidentes, «haciendo que los lugares sean inestables y violentos».
Otros científicos están desarrollando herramientas para eliminar desechos, como anzuelos, arpones, redes y barredoras, pero éstas sólo funcionan con desechos grandes. El enfoque de Lee debería poder manejar escombros de casi cualquier tamaño.
El conjunto de algoritmos que creará el equipo de Lee puede funcionar en láseres montados en grandes satélites o puede alimentar láseres en sus propias plataformas altas. Examinará las diversas formas que adoptará la red láser como parte de este estudio. Sin embargo, la tecnología podrá tomar muchas decisiones por sí sola, sus propias maniobras y establecimiento de prioridades.
El sistema determinará qué combinación de láseres apunta a qué desechos, al tiempo que garantiza que las trayectorias resultantes permanezcan libres de colisiones.
Cuando el rayo láser mata un objeto, no lo arroja al olvido. En cambio, los escombros se empujan a una nueva órbita, generalmente mediante ablación con láser. Eso significa que el rayo láser vaporiza una pequeña porción de los escombros, creando una columna de plasma de alta presión que desvía los escombros de su curso.
«El proceso de ablación por láser y presión de fotones induce un cambio en la velocidad de los desechos objetivo, lo que finalmente cambia el tamaño y la forma de su órbita. Esta es la motivación para usar láseres para jugar. La capacidad de cambiar la órbita de los desechos puede ser efectiva controlado por una red de láseres para mover o desorbitar los escombros, evitando eventos catastróficos como colisiones», explicó Lee.
«El uso de un sistema de múltiples láseres puede crear múltiples formas de interactuar con los desechos y conducir a un mayor control del sistema. Varios láseres pueden apuntar simultáneamente a un objetivo más intensivo, cambiarlo de una manera que no sería posible con un láser «.
Lee colaborará con Scott Zemerick, director de operaciones de TMC Technologies, con sede en Fairmont, para identificar todos los diseños y procesos desarrollados a lo largo del proyecto en un «entorno de gemelo digital». Eso garantizará que el producto esté listo para el software, dijo Lee.
-WVU-
mm/04/10/23
Entrevista con los medios: Micaela Morrissette
Escritor de investigación
Comunicaciones de investigación de WVU
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