Palacios que caen del cielo

Ya se está anunciando en todos los medios: la estación espacial china Tiangong 1 (palacio celeste) caerá de forma incontrolada el próximo domingo día 1 de abril o días contiguos. Se supone que se desintegrará por el roce con la atmósfera y la alta temperatura que esto producirá, pero es posible que algunos fragmentos lleguen hasta la superficie terrestre. En cualquier caso no debes preocuparte por ello ya que la probabilidad de que impacte contra alguna persona es ínfima, mucho menor a que cuando salgas de casa te caiga en la cabeza una maceta desprendida del balcón del tercer piso.

La estación espacial Tiangong 1, cuya caída no nos dejará sin "palacios celestes" porque desde septiembre de 2016 ya está en órbita su gemela, la Tiangong 2

Además de las típicas noticias de los medios que suelen proliferar en estos casos, se ha escrito mucho y bien por parte de expertos en astronáutica sobre este tema. Esta pequeña estación espacial de menos de 10 metros de longitud fue lanzada en septiembre de 2011 y colocada en una órbita con una inclinación de 42,8º respecto al ecuador terrestre y a casi 400 kilómetros de altura.

A diferencia de la Estación Espacial Internacional (ISS) mucho más grande y habitada de manera permanente por 6 astronautas, las Tiangong reciben visitas y estancias puntuales. Concretamente ésta que cae ahora fue visitada en 3 ocasiones por astronautas chinos y en marzo de 2016, unos meses antes del lanzamiento de su gemela Tiangong 2, se perdió el control de la misma lo que ha hecho que el rozamiento con la tenue atmósfera a esa altura haya ido frenando su velocidad y reduciendo su altura. Este proceso de ligera pérdida de altura, habitual en las estaciones espaciales, suele compensarse de vez en cuando encendiendo un motor que le haga ganar altura nuevamente, pero en este caso no ha sido posible.

Según las autoridades espaciales chinas, la Tiangong se desintegrará totalmente en la atmósfera y producirá un espectáculo espléndido. Pero algún organismo europeo opina que hasta un 40% de sus casi 9 toneladas podrían impactar en el suelo. No voy a entrar en la discusión ni sembrar alarmismo porque, como he dicho, la probabilidad de que ocasione alguna desgracia es ínfima, pero voy a aprovechar para escribir sobre algunos temas concretos, sobre todo en la determinación de la posible zona de caída y probabilidad.

- Dónde puede caer:

En una gran parte del globo terrestre, que incluye la mayor parte de zonas habitadas, pero encima de mi casa no.

(ESA CC BY-SA IGO 3.0)

En este mapa se recoge la zona de la superficie terrestre donde podría impactar sombreada en verde (en cualquier punto entre las latitudes 43ºN y 43ªS), la densidad de población dentro y fuera de ese intervalo (zona izquierda del gráfico) y la probabilidad de impacto en cada latitud (en la zona derecha del gráfico), donde se ve que curiosamente la mayor opción se da en las cercanías del borde de esa zona. Paradojicamente, y sin analizar más detalles, parece que esto último debería ser al revés.

Luego doy el motivo, pero analicemos otros supuestos teóricos:

a) Si su órbita estuviese en el plano ecuatorial, siempre se encontraría encima de algún punto del ecuador terrestre, diferente según el momento porque la velocidad de la estación es mucho más rápida que la rotación terrestre. Por ello si cae lo haría necesariamente en un punto del ecuador.

Representado en un mapamundi, la línea azul (el ecuador) recoge, lógicamente, los puntos que sobrevuela el satélite y donde podría caer.

b) Si tuviese una órbita polar, como algunos satélites que pasan por la vertical de los dos polos.

Con el giro de la Tierra, van barriendo toda su superficie en las diferentes órbitas (a no ser que su periodo fea un divisor exacto de la rotación terrestre, muy improbable). Por eso si se produjese su caída el impacto podría ocurrir en cualquier lugar.

La trayectoria del satélite es fija, pero al ir girando la Tierra, respecto a ésta va sobrevolando toda su superficie.

En el siguiente mapa (1) una situación teórica en la que el periodo orbital del satélite fuese exactamente la doceava parte que la rotación terrestre. Solo podría caer en las líneas azules. 
En (2) el periodo del satélite no es divisor de la rotación con lo que después de recorrer el globo (órbitas azules) no vuelve a pasar por los mismos lugares (órbitas verdes). Finalmente toda la superficie de la Tierra es sobrevolada.

c) En el caso de Tiangong 1, como se ha dicho su órbita tiene una inclinación de 42,8º (redondeamos a 43º)

Órbita de la Tiangong 1

Representada en un mapa, la órbita sobrevuela la línea sinusoidal azul del siguiente gráfico. Como la Tierra va girando en las siguientes órbitas serán la verde, la roja, la negra... y de esta manera cubriría toda la zona entre las latitudes 43ºN y 43ºS, el satélite sobrevolaría todos los lugares de esa franja y solo ellos, tal como he dicho antes y por lo tanto podría caer en cualquiera de esos puntos.

El gráfico es solo un esquema didáctico y no es exacto

La distribución de las sinusoides orbitales es uniforme cuando el satélite está en órbita estable. En este caso, a medida que la Tiangong descienda, su velocidad aumentará ligeramente y estas sinusoides se irán juntando. No es que la proyección de la órbita cambie, pero sí su periodo y con ello su relación con la rotación terrestre, dificultando aún más los cálculos del lugar de caída.

En todo caso yo me libro por poco, ya que vivo en la latitud 43.26º

Pero ¿Por qué mis vecinos de un poco más al Sur tienen más probabilidades que otros más centrados en la “zona de riesgo”?

Es una cuestión geométrica: Porque la trayectoria que dibuja la órbita se mantiene mucho más tiempo en las latitudes extremas que en las medias.

En el siguiente mapa, la linea sinusoidal azul representa la posición de la vertical sobre la superficie terrestre de la Tiangong 1 durante una órbita. Como se ha dicho, en las sucesivas órbitas se va desplazando y barriendo toda la superficie verde.
Las dos líneas rojas, de igual amplitud, una en las cercanías del borde (latitud 43º), recogen dos zonas para comparar el tiempo que la estación pasa por cada una de ellas.

Aunque la escala del mapa no es proporcional, se aprecia en la longitud de las líneas amarillas que la Tiangong 1 está más tiempo por encima de la franja roja de una latitud cercana al borde (43º)

 

Otras estaciones espaciales que han caído.

Además de múltiples ingenios espaciales, la mayoría etapas de cohetes lanzadores, otras 3 estaciones espaciales han caído a la Tierra.

Skylab (NASA)

- La primera, en julio de 1979 fue el Skylab, la estación estadounidense que más preocupación sembró por su gran tamaño y el exagerado eco que recibió de algunos medios. Varios trozos de la misma llegaron a impactar en el suelo en Australia, y su gobierno puso una simbólica multa a la Nasa por arrojar basura en el campo, que prescribió antes de ser pagada.

Salyut (imagen de NASA)

- En febrero de 1991 la estación soviética Salyut 7, también mucho más grande que la Tiangong, aunque se intentó dirigirla hacia el atlántico, distintos restos que no llegaron a desintegrarse cayeron desperdigados por varias zonas de Argentina; el mayor de ellos en el patio de una casa.

-Pero sin duda la más famosa fue la estación rusa Mir, que cayó el 22 de marzo de 2001 en el pacífico, en una trayectoria controlada.

Estación espacial Mir (imagen de NASA)

En el caso de la Tiangong la caída será incontrolada ya que actualmente el rápido giro sobre sí misma hace imposible intentar dirigirla hacia ningún lado.

¿A dónde van a parar los satélites artificiales?

En realidad muchos no caen. Los que están en órbitas bajas si.(entre 800 y 1000 kilómetros)i. Cuando acaba su vida útil son frenados y pierden altura. Siendo todos mucho más pequeños que una estación espacial, se desintegran en la atmósfera.

Pero la mayoría de satélites de comunicaciones y meteorológicos son geoestacionarios y para dar una vuelta al planeta a la vez que éste rota y así mantener la posición relativa, deben estar situados necesariamente a 36000 km de distancia a la superficie terrestre. Una vez fuera de uso, es más caro hacerles caer que llevarlos a una órbita 300 kilómetros más lejana, a la que se suele denominar “orbita cementerio”. Así se evita que haya una gran densidad de objetos en las órbitas más usadas, fundamentalmente la geoestacionaria, y que puedan ocurrir choques accidentales.

Aunque la órbita cementerio al ser exterior es más grande, ya están surgiendo voces que indican que con el tiempo ésta también se llenará y aunque un choque de dos satélites ya inservibles pudiera parecer inocuo, podrían provocar gran cantidad de chatarra espacial que saliese despedida a otros lugares haciéndolos peligrosos.