Imagine-se como um astronauta realizando experimentos científicos e acrobacias incríveis. Rádios de controle de missão que todo o pessoal da estação espacial deve evacuar para os veículos de resgate, porque um pedaço de destroços mortais está vindo em sua direção.
Esse cenário não é ficção científica. Em junho de 2011, Space Magazine informou que "seis tripulantes a bordo da Estação Espacial Internacional foram instruídos a se abrigar em ... duas naves espaciais russas da Soyuz". À medida que mais satélites chegarem ao fim de suas vidas operacionais, haverá mais emergências de lixo espacial no espaço e no solo, sem dúvida com resultados menos agradáveis. Nossa sociedade jovem de viagens espaciais tem tido sorte até agora: a ISS foi capaz de evitar o lixo espacial, e satélites descontrolados em queda caíram, felizmente, nos oceanos. Mas um dia nossa sorte acabará.
Há esperança, no entanto. Um novo artigo intitulado Remoção de detritos orbitais com lasers publicado no arXiv propõe o uso de um sistema de laser pulsado de alta potência da Terra para criar jatos de plasma em pedaços de detritos espaciais, desacelerando-os levemente, fazendo com que eles entrem e queimem na atmosfera ou caiam no oceano.
Claude Phipps e sua equipe, de uma empresa de alta tecnologia chamada Photonic Associates, descreveram seu método, chamado Remoção de detritos orbitais a laser (LODR), que usa tecnologia a laser de 15 anos de idade, que agora está disponível.
A equipe reconheceu que "trinta e cinco anos de manutenção inadequada no espaço criaram várias centenas de milhares de pedaços de detritos espaciais maiores que um cm na banda ... baixa órbita terrestre (LEO)". Estes podem não parecer objetos grandes, mas com a densidade de energia da dinamite, mesmo um grande pedaço de tinta pode causar grandes danos.
A remoção de detritos é uma tarefa urgente porque a quantidade de detritos atualmente no espaço apresenta "cascata colisional descontrolada", com objetos colidindo entre si, criando ainda mais pedaços de detritos.
Existem outras soluções além da criação de um jato de plasma, mas elas tendem a ser menos eficazes e mais caras. Um laser poderia ser usado para triturar um objeto em pó, mas isso criaria um spray derretido incontrolável, piorando o problema.
Agarrar o objeto ou anexar um kit de remoção de órbita pode ser eficaz. Infelizmente, eles exigem muito combustível devido à necessidade de acelerar a captura do objeto, o que leva a uma solução mais cara - cerca de US $ 27 milhões por objeto. Finalmente, existe a opção nuclear de liberar um gás, névoa ou aerogel para desacelerar objetos, mas isso afetaria as naves espaciais operacionais e não operacionais.
Em seu trabalho, Phipps e sua equipe dizem que remover o lixo espacial criando um jato de plasma de alguns segundos de comprimento com um laser é a melhor solução, custando apenas US $ 1 milhão por grande objeto removido e alguns milhares para pequenos objetos. Além disso, objetos menores podem ser des orbitados em apenas uma órbita e uma constelação de “167 objetos diferentes pode ser endereçada (atingida por um laser) em um dia, dando 4,9 anos para reentrar” na atmosfera.
Todos os 167 objetos devem ser cuidadosamente rastreados para não mudar o caminho da desgraça para pior; no entanto, é possível usar o sistema para ajustar órbitas do lixo espacial. Dito isto, os níveis atuais de rastreamento de detritos espaciais não são adequados para implementar o LODR, mas há um benefício duplo de remoção mais fácil e melhor evitação com o aprimoramento do rastreamento de detritos. Um melhor rastreamento permitirá um melhor controle do ponto de reentrada e da modificação da órbita com o LODR, se necessário.
Como um impulso de luz de um laser modifica uma órbita? Embora o laser não exploda os detritos do ar, ele ainda é eficaz devido à natureza da mecânica orbital.
Imagine um cubosat que precisa ser descartado em baixa altitude, em órbita perfeitamente circular. A torneira de um laser de alta potência e o jato de plasma gerado empurrariam o cubo para fora, para mais longe da Terra (maior altitude) e para uma órbita mais elíptica.
Isso pode parecer uma idéia horrível durante o tempo em que o cubesat passa a uma altitude mais alta, mas, ao chegar a meio círculo, corta a atmosfera a uma altitude mais baixa, pois a elipse é distorcida devido a ajustes do laser. Como uma altitude baixa corresponde a mais arrasto, o cubesat fica mais lento e trava em uma órbita mais baixa. É por isso que órbitas altamente elípticas são chamadas de órbitas de transferência, pois mudam de faixa na estrada do espaço. Agora, com a órbita de transferência concluída, o cubesat fica lento o suficiente para que sua órbita não possa mais ser alcançada pelo cubesat. O cubesat então cai do céu.
A carne da pesquisa para LODR lida com a atmosfera, pois o laser pode se tornar fora de foco se a turbulência atmosférica não for tratada. O LODR é complicado porque a turbulência na atmosfera causa distorções como aquelas que você vê acima de uma estrada em um dia quente de verão ou como aquelas que você vê ao olhar através de uma garrafa de vidro. Essa complicação é além da mira à frente necessária para atingir um alvo, assim como a mira à frente necessária para atingir um jogador em execução na queimada.
Existem duas maneiras de cancelar a turbulência. Primeiro, pode-se emitir um laser em um ponto conhecido da atmosfera, excitando os átomos de sódio naquele local. Conhecendo a altura desse ponto no céu, o sistema pode flexionar o espelho refletor para focar o ponto momento a momento. Pode então disparar livremente.
Uma segunda maneira envolve o uso de um espelho de conjugado de fase (PC), também conhecido como retrofletor, que pode desfazer automaticamente a turbulência enviando luz cuja variação de fase foi revertida. Ou seja, ele enviará de volta um raio laser "distorcido de forma oposta", cuja distorção não é causada pela atmosfera, criando um raio laser afiado.
LODR não é uma bala de prata. Com fio relata que "as principais críticas a esse projeto viriam da comunidade internacional, que pode temer que um laser suficientemente poderoso possa ser usado para fins militares, como atingir satélites inimigos". Com fio depois conduziu uma entrevista com Kessler; O ex-cientista sênior da NASA para pesquisa de detritos orbitais que disse, devido à política envolvida, "qualquer proposta de laser está morta à chegada". No entanto, Phipps afirma que Com fioque "se conseguirmos a cooperação internacional correta, ninguém acreditaria que o laser seja uma arma em pele de cordeiro".
Ainda existem problemas não resolvidos, como Kessler aponta, acertar a parte errada de um objeto espacial teria resultados desastrosos. "Você pode atingir a parte errada de um satélite ou vaporizar o suficiente para fazê-lo explodir." Apesar disso, um estudo cuidadoso do objeto poderia evitar qualquer perigo.
