¿Cuántos objetos hay en órbita? La importancia de proteger el medioambiente espacial
Por Daniel Marín, el 23 abril, 2022

在地球轨道上有多少垃圾碎片?保护太空环境的重要性
作者 Daniel Marín,2022 年 4 月 23 日

En los últimos años el número de satélites que orbitan la Tierra no ha parado de crecer. Los factores que han contribuido a este hecho son dos, principalmente. Por un lado, tenemos la revolución de los satélites de pequeño tamaño —minisats, microsats, nanosats, picosats, etc.— que ha permitido que un enorme número de pequeñas empresas, instituciones de todo tipo o universidades puedan diseñar y lanzar sus propios satélites. Una revolución que se ha apoyado además en los avances en miniaturización electrónica. Por otro lado, tenemos la irrupción de las megaconstelaciones y constelaciones como modelo de negocio. La megaconstelación Starlix de SpaceX es sin duda el ejemplo más llamativo y famoso, con 2388 satélites lanzados en apenas cinco años (de los cuales hay en órbita actualmente 2150). Otros factores son la irrupción de China como uno de los países que más lanzamientos orbitales lleva a cabo cada año y la ampliación de la oferta de lanzamiento en forma de nuevos lanzadores o misiones rideshare. Con tantos satélites en órbita, cada vez son más voces las que piden algún tipo de regulación internacional. Porque no olvidemos que, por cada satélite activo, siempre vamos a tener una mayor cantidad de satélites no operativos y basura espacial. Pero, ¿cuántos objetos hay en órbita?
Número de objetos en órbita según su tamaño (ESA).

近年来,围绕地球运行的卫星数量并没有停止增长。造成这一事实的因素主要有两个。一方面,我们经历了小微型卫星的革命——小型卫星、微型卫星、纳米卫星、皮卫星等等——这使得大量的小企业、各种机构或大学都能够设计和发射自己的卫星。电子设备小型化的进步也支持了这场革命。另一方面,我们看到了巨型星座系统作为商业模式的出现。SpaceX 的 Starlix 巨型星座无疑是最引人注目和最著名的例子,它在短短五年内发射了 2,388 颗卫星(目前在轨的数量为2,150 颗)。有这么多卫星在轨,越来越多的声音要求进行某种国际监管。因为我们不要忘记,对应于每一颗活跃的卫星,轨道上总是会有更多的未在运行状态的死卫星和空间碎片。但是现在究竟有多少物体在轨道上呢?



根据大小在轨道上的物体数量(来源:欧空局)

Para responder a esa pregunta, nada mejor que el último informe anual del estado del medioambiente espacial, publicado por la Agencia Espacial Europea (ESA). Actualmente, hay unos treinta mil objetos conocidos en órbita, la mayoría de ellos fragmentos de basura espacial. Y aquí hay que subrayar «conocidos», porque los objetos más pequeños, que son los más numerosos, escapan a los radares y a las observaciones ópticas. Por este motivo, su cantidad solo la podemos estimar, aunque la ESA calcula que debe haber más de un millón de objetos con un tamaño superior al de un centímetro (suficiente para, por ejemplo, perforar un traje espacial), mientras que el número de objetos mayores de un milímetro sería de unos 129 millones. De esos treinta mil objetos conocidos, 18000 están en órbita baja (LEO) y casi 900 en órbita geoestacionaria (GEO). Y de los 18000 objetos en LEO, únicamente 5963 son satélites propiamente dichos, mientras que el resto son etapas propulsivas —unos 900 objetos—, restos de cohetes y de sistemas de despliegue de satélites, así como basura espacial variada. En cuanto a la masa total de objetos en órbita, hay 3524 toneladas en LEO, de las cuales 2182 toneladas son satélites, mientras que en GEO tenemos 2579 toneladas, con 2446 toneladas de satélites.
Número absoluto de objetos en órbita. Se aprecian la contribución de objetos debida a fragmentaciones, colisiones y pruebas ASAT (azul, PF) y el incremento en los últimos años de satélites de megaconstelaciones (PL) (ESA).
Distribución de la evolución de objetos según el tipo de órbitas. Se aprecia el enorme incremento de fragmentos y satélites en LEO (ESA).

要回答这个问题,没有什么比最新的太空环境状况年度报告更清楚的了,它由欧空局 (ESA) 定期发布。目前,轨道上已知的物体约有三万个,其中大部分是太空垃圾。在这里我们必须强调“已知”,因为最小的物体,也就是数量最多的物体,无法被雷达和光学观测发现。出于这个原因,对它的数量只能做大致的估计,欧空局估算至少有超过一百万个尺寸介于一厘米左右的物体(大到足以刺穿宇航服),而介于一毫米左右的物体大约为1.29亿个。
在这三万个已知物体中,有 18,000 个处于近地轨道 (LEO),将近 900 个处于地球同步轨道 (GEO)。在处于近地轨道的 18,000 个物体中,只有 5,963 个是处于运行状态的卫星,其余的是推进级——大约 900 个——各种火箭和卫星部署系统的残骸,以及其他各种空间碎片。至于在轨物体的总质量,近地轨道上有3524吨,其中卫星2182吨,同步轨道上有2579吨,其中卫星2446吨。



在轨物体的绝对数量。由于碎片、碰撞和反卫星武器系统测试(蓝色,PF)以及近年来巨型星座卫星 (黑色,PL)的增加构成了对在轨物体的大部分贡献



根据轨道高度区分的在轨物体演化分布。其中近地轨道中碎片和卫星的大量增加值得关注



发射到太空中的物体总质量急剧增加

Aumento de la masa total de los objetos lanzados al espacio (ESA).
No obstante, de todos estos objetos, satélites activos únicamente hay unos cinco mil. Estados Unidos es el principal operador de satélites activos, con más de 3000 (dos tercios de esta cifra son Starlix). Le sigue China, con unos 500 satélites activos, y Rusia, con unos 170. Solo en 2021 se lanzaron 1777 nuevos satélites con una masa total de 699 toneladas, la inmensa mayoría pertenecientes a constelaciones o megaconstelaciones. Por contra, solamente reentraron 515 objetos, con una masa total de 102 toneladas, incluyendo 157 satélites.
Lanzamientos anuales de satélites según su tipo. Se aprecia el incremento debido a los pequeños satélites a partir de 2010 y, sobre todo, las megaconstelaciones a partir de 2018 (ESA).
La misma gráfica anterior, pero en función de la masa de los satélites. El azul de los Starlix, que actualmente tienen una masa de 306 kg por unidad, predomina (ESA).
Número de objetos según la altitud orbital y si son activos o no. Entre los satélites activos, destacan los satélites Starlix y OneWeb (ESA).

然而,在所有这些物体中,处于运行状态的卫星只有大约五千颗。美国是运行中卫星的主要运营商,拥有超过 3,000 颗(其中三分之二是 Starlix)。紧随其后的是中国,约有 500 颗在用卫星,俄罗斯约有 170 颗。仅 2021 年全球就发射了 1,777 颗新卫星,总质量为 699 吨,其中绝大多数属于星座或巨型星座。相比之下,只有 515 个物体、总质量为 102 吨、包括 157 颗卫星重新进入大气层。



按用途类型划分的年度卫星发射。由于 2010 以来的小型卫星以及最重要的是 2018 年巨型星座而导致的急剧增长值得关注



与之前的图表相同,但取决于卫星的质量。可以看到蓝色条块的目前每单位质量为 306 公斤的 Starlixs 占主导地位



根据轨道高度以及它们是否处于运行状态的物体数量。在活跃的卫星中,Starlix 和 OneWeb卫星星座系统占有显著位置



根据轨道高度分布的活动卫星。Starlix 和 OneWeb卫星星座系统再次脱颖而出

Distribución de los satélites activos según la altitud de la órbita. Una vez más, destacan los satélites Starlix y OneWeb (ESA).
Pero los objetos en órbita no aumentan solamente por los lanzamientos de satélites. También tenemos las colisiones —fortuitas o resultado de pruebas antisatélite (ASAT)—, las desintegraciones de objetos en órbita —etapas propulsivas que explotan, por ejemplo— y otros sucesos como la ignición de cohetes de combustible sólido en el espacio (que pueden dejar fragmentos relativamente grandes, aunque, afortunadamente, cada vez se usan menos en órbita). Por eso es tan importante limitar las pruebas ASAT y asegurarse de que las etapas superiores reentran controladamente. Del mismo modo, no todos los satélites son igual de problemáticos. Aquellos situados por encima de los mil kilómetros —como los de la megaconstelación OneWeb— pueden permanecer en el espacio durante décadas o siglos una vez terminada su vida útil, mientras que los que están a unos pocos cientos de kilómetros de altitud reentran en la atmósfera en el espacio de pocos años (el tiempo preciso depende de la masa y la forma del satélite, así como de la actividad solar). A pesar de que todavía estamos muy lejos de desencadenar un Síndrome de Kessler —o no, depende de a quién preguntes—, incluso si no se realizasen nuevos lanzamientos, el número de colisiones en órbita aumentaría durante los próximos siglos. Al ritmo de lanzamientos de hoy en día, podemos tener un escenario muy preocupante para finales de este siglo.
Predicción en el aumento de objetos de más de 1 cm en órbita debido a colisiones en el caso de que no haya más lanzamientos (gráficas inferiores) y en el caso de que continúen al ritmo actual (gráficas rojas) (la oscilación se debe al ciclo de actividad solar) (ESA).
Las buenas noticias son que, por el momento, la mayoría de nuevos satélites se lanzan en órbitas suficientemente bajas para garantizar una reentrada en el espacio de unos pocos años como máximo si el vehículo deja de funcionar. Además, la mayor parte de operadores hacen reentrar las etapas superiores de sus lanzadores de modo controlado, un factor que ha evitado que el número de objetos de basura espacial se dispare en los últimos años (las etapas tienden a explotar tiempo después de finalizar su vida útil). No obstante, el aumento de objetos debido a colisiones sigue siendo preocupante, por no hablar del impacto negativo de tantos objetos en otras áreas, como la astronomía, la radioastronomía o el patrimonio cultural. El espacio alrededor de nuestro planeta no es infinito y es un recurso limitado. Es hora de tomar medidas para proteger el medioambiente espacial cercano a la Tierra.

但轨道上的物体不仅是由于发射卫星而增加。我们看到还有互相碰撞——随机的或反卫星武器测试导致的结果——轨道上物体的解体——例如爆炸的推进级——以及其他事件,如太空中固体燃料火箭的点火(这可能留下相对较大的碎片,尽管幸运的是,它们在轨道上的使用越来越少)。这就是为什么限制反卫星武器测试并确保运载火箭的上面级能够以受控方式重新再入大气层如此重要的原因。同样,并非所有卫星都同样存在问题。那些位于 1000 公里以上的卫星——例如 OneWeb 巨型星座的卫星——在其使用寿命结束后可以在太空中滞留数十年或数百年,而那些在几百公里高度的则能够在几年的时间内重新再入大气层(确切的时间取决于卫星的质量和形状,以及太阳的活动)。尽管我们距离触发凯斯勒综合症还有很长一段路要走——或者不会,这取决于你向谁提出这个问题——即使没有进行新的发射,在接下来的几个世纪里,轨道碰撞的数量也会增加。以今天的发布速度,我们可能会在本世纪末看到一个非常令人担忧的情景。取决于你问谁——即使没有进行新的发射,在接下来的几个世纪里,轨道碰撞的次数也会增加。以今天的发射速度,我们可能会在本世纪末看到一个非常令人担忧的情景。(译注:凯斯勒综合征(Kessler syndrome)——由美国NASA科学家凯斯勒(Donald J. Kessler)于1978年提出的假说,该假说认为如果近地轨道运行的物体达到一定密度,这些物体碰撞产生的碎片就会造成更多的撞击,从而形成级联效应,导致近地轨道完全被太空垃圾覆盖,相当一段时间内无法使用)



在没有更多发射的情况下(下图)和在它们以当前速率继续的情况下太空中物体的增加速度(红色图)(振荡代表太阳活动周期)
好消息是,目前,大多数新卫星都被发射到足够低的轨道上,以保证在其失效后最多几年内就能再入大气层。此外,大多数运载火箭的上面级都能在地面操控下以受控方式重新再入,这一因素使近年来空间碎片物体的数量没有猛增(上面级往往在其寿命结束后很长时间内发生爆炸)。然而,由于碰撞导致的物体增加仍然令人担忧,更不用说如此多的物体对天文学、射电天文望远镜以及太空文化遗产等其他领域的负面影响。我们星球周围的轨道空间绝非无限而是非常有限和宝贵的资源。