Fragmentación en órbita

Desde la primera fragmentación hasta finales de 2025, se han confirmado 661 eventos de ruptura, 207 de los cuales se registraron en los últimos 20 años. ^{[ 1 ]} A continuación se muestran las 10 mayores fragmentaciones en órbita registradas desde el comienzo de la era espacial, según la base de datos de fragmentación de la ESA . ^{[ 7 ]}

Las colisiones ocurren cuando dos objetos en órbita chocan entre sí, ya sea accidental o intencionalmente. Esto incluye tanto colisiones que involucran naves espaciales operativas y desechos, como eventos de destrucción deliberada, como pruebas antisatélite (ASAT) . Las colisiones de alta energía suelen estar asociadas con la mayor producción de desechos y pueden generar miles de fragmentos rastreables en un solo evento. Un ejemplo bien conocido es la colisión de 2009 entre Iridium 33 y Cosmos 2251. [ ^{9 ] Para} prevenir este tipo de eventos, los operadores de satélites utilizan maniobras de evitación de colisiones , basadas en evaluaciones de conjunción y datos de seguimiento proporcionados por redes de vigilancia espacial , para reducir la probabilidad de impacto con objetos catalogados. ^{[ 10 ]}

Las explosiones son fragmentaciones resultantes de la liberación repentina de energía almacenada dentro de una nave espacial o etapa de un vehículo de lanzamiento. Las fuentes típicas incluyen propelentes residuales, tanques presurizados, baterías y sistemas de propulsión . En cuanto a estos últimos, con el tiempo, el calentamiento, la degradación del material o la acumulación de presión interna pueden provocar la ruptura del tanque o la combustión de los propelentes atrapados. Históricamente, las explosiones se encontraban entre las causas más frecuentes de fragmentación, lo que motivó la adopción de medidas de pasivación para eliminar las fuentes de energía almacenada al final de la misión. Un ejemplo notable es la fragmentación del Intelsat 33e , considerada uno de los mayores eventos de fragmentación en órbita geoestacionaria registrados. ^{[ 11 ]}

Otros tipos de causas de fragmentación incluyen fallas mecánicas , degradación de materiales, ruptura aerodinámica durante la desintegración orbital o el desprendimiento no planificado de componentes mientras el objeto original permanece prácticamente intacto. Estos eventos suelen tener una magnitud energética menor que las explosiones o colisiones, pero aun así pueden producir desechos catalogados. Un ejemplo es la fragmentación del Hitomi (ASTRO-H) , que sufrió una falla crítica en el control de actitud que provocó la ruptura estructural y la posterior generación de desechos. ^{[ 12 ]}

Una fracción de los eventos de fragmentación permanece clasificada como desconocida o no confirmada, debido a la insuficiencia de evidencia observacional para determinar la causa subyacente. Estos casos pueden reclasificarse a medida que se disponga de datos de seguimiento adicionales o de reconstrucciones forenses. Estos casos suelen surgir cuando solo se detecta un número limitado de fragmentos sin telemetría directa ni firmas de impacto confirmadas. Un ejemplo es la desintegración de la Cosmos 1275 en 1981, que ha sido clasificada en los catálogos de escombros como un evento de fragmentación anómalo de causa incierta. ^{[ 13 ]}

Los eventos de fragmentación también se distinguen comúnmente por su gravedad. Por ejemplo, en el Modelo de Ruptura Estándar de la NASA , una fragmentación catastrófica destruye por completo el objeto original, mientras que una fragmentación no catastrófica deja el cuerpo principal prácticamente intacto, aunque liberando escombros. Esta distinción se utiliza ampliamente en la modelización del entorno de escombros y en la evaluación de riesgos. ^{[ 14 ]}

En las colisiones , las fragmentaciones catastróficas suelen estar asociadas a una energía de impacto específica.${\displaystyle Q}$superando un umbral:

${\displaystyle Q={\frac {1}{2}}{\frac {m_{p}m_{t}}{m_{p}+m_{t}}}v_{\text{rel}}^{2}}$

dónde${\displaystyle m_{p}}$y${\displaystyle m_{t}}$son las masas del proyectil y del objetivo, y${\displaystyle v_{\text{rel}}}$es la velocidad relativa. Cuando${\displaystyle Q}$supera un valor crítico (${\displaystyle Q^{*}\approx 40\ \mathrm {J/kg} }$), se produce una fragmentación completa o casi completa. En eventos no catastróficos, el objeto objetivo permanece en gran parte intacto, aunque libera una cantidad medible de escombros. ^{[ 14 ]}

En la órbita terrestre baja (LEO) , la evolución a largo plazo de los fragmentos está dominada por la resistencia atmosférica , el achatamiento de la Tierra ( perturbación J2 ) y la actividad solar . La resistencia atmosférica provoca una desintegración orbital progresiva , con tasas de desintegración que dependen en gran medida de la relación área-masa y la altitud, mientras que los efectos seculares impulsados ​​por J2 inducen una precesión diferencial de los planos orbitales, lo que lleva a la dispersión longitudinal de la nube de escombros. Las variaciones de la actividad solar modulan aún más la densidad atmosférica , introduciendo una variabilidad significativa en la vida útil orbital. ^{[ 15 ]}

La etapa inicial de los restos después de la fragmentación es una nube tridimensional compacta, a menudo aproximada como un elipsoide centrado en el punto de fragmentación. A medida que los fragmentos con diferentes energías orbitales completan revoluciones a diferentes velocidades, en cuestión de días, la nube se estira progresivamente a lo largo de la órbita principal, formando finalmente un toroide alrededor de la Tierra. Posteriormente, la precesión diferencial causada principalmente por la perturbación J2 aleatoriza el argumento del periapsis.${\displaystyle \omega }$y la longitud del nodo ascendente${\displaystyle \Omega }$, transformando el toroide en una banda de escombros casi continua que rodea la Tierra. Esta aleatorización orbital suele ocurrir a lo largo de varios meses, tras los cuales la resistencia atmosférica se convierte en el principal factor determinante de la evolución a largo plazo de la nube de escombros. ^{[ 16 ] [ 17 ] [ 18 ]}

En la órbita geoestacionaria (GEO) , la ausencia de arrastre atmosférico permite que los fragmentos permanezcan en órbita durante periodos de tiempo muy prolongados. Su evolución está regida principalmente por el campo gravitatorio no esférico de la Tierra, las perturbaciones gravitatorias lunisolares y la presión de la radiación solar . ^{[ 15 ]}

El geopotencial de la Tierra crea dos regiones de equilibrio estables , o pozos geopotenciales , ubicadas cerca de los 75°E y 105°O de longitud. Fragmentos o satélites inactivos con una deriva longitudinal suficientemente pequeña pueden quedar atrapados dentro de estas regiones, donde experimentan oscilaciones de largo período que duran varios años. Las perturbaciones lunisolares también inducen oscilaciones a largo plazo en la inclinación orbital , con los desechos experimentando un aumento de inclinación de hasta aproximadamente 15° durante un período de unos 26 años antes de regresar hacia el plano ecuatorial . ^{[ 19 ]}