El polvo espacial amenaza a los satélites con pulsos electromagnéticos

Diminutos meteoros pueden ser capaces, no sólo de producir agujeros en una nave espacial, sino también de causar pulsos electromagnéticos potencialmente catastróficos.


Cuando las naves espaciales y los satélites viajan por el espacio, encuentran pequeñas y rápidas partículas de polvo y escombros espaciales. Si la partícula viaja lo suficientemente rápido, su impacto parece crear radiación electromagnética (en forma de ondas de radio) que puede dañar o, incluso, desactivar los sistemas electrónicos de la nave.



Un nuevo estudio publicado esta semana en la revista ‘Physics of Plasmas’ usa simulaciones por ordenador para demostrar que la nube de plasma generada a partir del impacto de la partícula es responsable de crear el pulso electromagnético dañino. Estos expertos muestran que, a medida que el plasma se expande hacia el vacío circundante, los iones y electrones viajan a diferentes velocidades y se separan de una manera que crea emisiones de radiofrecuencia.

“Durante las últimas décadas, los investigadores han analizado estos impactos de hipervelocidad y hemos notado que hay radiación de los impactos cuando las partículas van lo suficientemente rápido –detalla el autor principal Alex Fletcher, ahora investigador postdoctoral en el Centro de Física Espacial de la Universidad de Boston, en Estados Unidos–. Nadie ha sido realmente capaz de explicar por qué está ahí, de dónde proviene o el mecanismo físico detrás de él”.

El estudio es un paso hacia la verificación de la teoría del autor senior Sigrid Close, profesor asociado de Aeronáutica y Astronáutica en la Universidad de Stanford, en Palo Alto, California, Estados Unidos. En 2010, Close y sus colegas publicaron la hipótesis inicial de que los plasmas fruto de impactos a hipervelocidad son responsables de unos pocos fallos en los satélites.

Para simular los resultados de un plasma fruto del impacto a hipervelocidad, los investigadores utilizaron un método llamado simulación de partículas en una célula que les permite modelar el plasma y los campos electromagnéticos simultáneamente. Alimentaron los detalles de la simulación de un hidrocódigo previamente desarrollado, una herramienta computacional que utilizaron para modelar la dinámica fluida y sólida del impacto. Los investigadores permitieron que la simulación evolucionara y calculara la radiación producida por el plasma.

Cuando una partícula golpea una superficie dura a altas velocidades, se vaporiza e ioniza el objetivo, liberando una nube de polvo, gas y plasma. A medida que el plasma se expande hacia el vacío circundante (del espacio), su densidad cae y entra en un estado sin colisión donde sus partículas ya no interactúan directamente entre sí.

La interacción entre polvo y plasma, en futuras investigaciones

En el presente estudio, los investigadores hacen la suposición de que los electrones en este plasma sin colisión luego viajan más rápido que los iones más grandes. Su simulación predice que esta separación de carga a gran escala genera la radiación. Los resultados del modelo son consistentes con la teoría inicial de Close, pero predicen una mayor frecuencia para la emisión de lo que los científicos han detectado experimentalmente.

Los autores señalan que la suposición de que los electrones se mueven en masa al separarse de los iones merece una atención más cuidadosa, por lo que están diseñando nuevas simulaciones para probar si el cambio a un estado sin colisión es suficiente para crear la separación. Fletcher también señala que no han tenido en cuenta el polvo. “El impacto crea partículas de polvo que interactúan con el plasma”, afirma Fletcher, quien considera que la dinámica de estos “plasmas polvorientos” es un área de investigación futura.

El siguiente paso en el trabajo es utilizar la simulación para cuantificar la radiación generada para que se pueda evaluar la amenaza a los satélites e idear formas de proteger los satélites y las naves espaciales de meteoritos y escombros orbitales. “Más de la mitad de los fallos eléctricos son inexplicables porque es muy difícil hacer diagnósticos en un satélite que falla en órbita –dice Fletcher–. Creemos que podemos atribuir algunos de estos fallos a este mecanismo”.

(Fuente: europapress.es)

 


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