Prácticamente cada semana SpaceX lanza a la órbita terrestre más de una veintena de satélites Starlink para mantener e incrementar su red de conexión a internet. Entre empresas privadas como esta y las misiones de las diferentes agencias espaciales, la basura espacial se está incrementando a buen ritmo, sin muchas soluciones para limpiar el espacio.

¿Qué es lo peor que puede pasar? Investigadores de la Universidad de British Columbia en Canadá aseguran en un estudio reciente que el riesgo de que los desechos de cohetes vuelvan a entrar en la atmósfera y choquen con un avión ha crecido a un 26% (una entre 430.000).

Más probable es cada día que los propios cohetes o estaciones como la ISS choquen con la basura espacial que orbita la Tierra. Es lo que se conoce como síndrome de Kessler y para contrarrestarlo se necesitan nuevas soluciones que despejen el firmamento.

Desde la Universidad de Tohoku en Japón se ha presentado un sistema capaz de enviar los escombros contra la atmósfera para desintegrarlos mediante un haz de plasma. Una solución que requiere menos combustible e incrementa la seguridad de misiones de limpieza como la que en unos años protagonizará la Estación Espacial Internacional cuando se destruya.

Síndrome de Kessler

Llegará un momento en que habrá tantos escombros en la órbita baja de la Tierra que los cohetes no podrán alcanzarla sin sufrir impactos con objetos obsoletos, poniendo en riesgo las misiones espaciales y, por extensión, el tráfico aéreo y la vida en el planeta.

Esto es lo que advierte el llamado síndrome de Kessler. No solo se necesitan cohetes para pisar otros planetas, también para mantener los sistemas satelitales que vigila el clima en la Tierra y las telecomunicaciones globales, por poner ejemplos.

Como solución, son muchas las propuestas para limpiar lo que el ser humano está ensuciando y poder seguir con la actividad espacial segura. Por un lado, están los sistemas que desorbitan objetos por contacto, es decir, agarrándolo y empujándolo. Así se pretende destruir la ISS.

Después están las opciones sin contacto que recurren a sistemas como láseres, haces de iones o, en este caso, haces de plasma. El sistema ideado por el investigador Kazunori Takahashi y su equipo en Japón utiliza un tipo de campo magnético para desacelerar los escombros mediante un haz de plasma; tecnología que ya se usa en los reactores de fusión.

Impulso bidireccional

La idea parte del disparo de un potente chorro de plasma contra el escombro espacial. Esta fuerza ralentiza de forma gradual la velocidad del objeto que lo mantiene dentro de la órbita terrestre. Al frenar, la gravedad de la Tierra arrastra al objeto de vuelta a su centro, el cual se destruye al atravesar la atmósfera y sus restos caen en el océano.

Sin embargo, la tercera ley de Newton plantea un problema para esta idea inicial. Para quien no recuerde las clases de física del colegio, esta ley describe el principio de acción y reacción de los objetos cuando ejercen fuerza sobre otro.

Imagine que dispara un potente chorro de agua contra una pelota, esta sale disparada, pero usted también debe hacer presión para no caer hacia atrás. En la Tierra, la gravedad suaviza este efecto por la fuerza de rozamiento, pero en el espacio, donde los objetos flotan, el impacto es completo.

Esto supone que el desorbitador de plasma sentirá el mismo empuje que está ejerciendo contra el escombro espacial y se alejará del mismo, reduciendo la efectividad del proceso. Para mantener una presión constante los investigadores decidieron contrarrestar la fuerza de empuje con un segundo chorro en la dirección opuesta. Así se forma esa forma de reloj de arena que se aprecia en la imagen.

Campo magnético

Hoy en día se utilizan dos tipos de motores en el espacio: los de plasma y los químicos. Los segundos producen una reacción química para obtener un gas de alta temperatura. En cambio, los motores de plasma ionizan un gas sobrecalentado para convertirlo en plasma y después acelerarlo con campos electromagnéticos.

Este tipo de motores utilizan unas 10 veces más propulsante que los modelos químicos, lo que supone una gran ventaja a la hora de mandar cohetes menos pesados al espacio. Eso sí, todavía requieren mejoras pues son motores muy costosos y complejos de fabricar, además de pesados por la cantidad de componentes que integran.

En el artículo original de 2018, el empuje era demasiado débil para desorbitar eficazmente basura espacial de gran tamaño. Por ello, en este último estudio Takahashi plantea mejorar su sistema implementando un campo magnético de “cusp-type”, muy utilizado en los reactores de fusión. Su función en estas instalaciones terrestres es garantizar que el plasma no interactúe con la pared de la cámara magnética.

La cúspide de un campo magnético es un punto donde dos campos magnéticos opuestos se encuentran y se cancelan, creando un cambio rápido de dirección para las fuerzas. Esto resultaría en un haz de plasma más potente.

Las pruebas realizadas por el equipo mostraron una mejora del 20% en la fuerza que el propulsor de plasma ejercía sobre el objetivo, lo que resultó en un empuje de 17,1 milinewtons al mismo nivel de potencia. Al aumentar la potencia a 5 kW (en comparación con los 3 kW de la prueba original), se consiguió una desaceleración mejorada de unos 25 mN, lo que se acerca al nivel de 30 mN necesario para desacelerar un fragmento de una tonelada de escombros en 100 días.