El pasado jueves 30 de noviembre de 2020, a las 15 horas, todo el equipo de operaciones de CHEOPS del CEIT recibió uno de los emails más preocupantes que puede llegarle a un operador de un satélite: Un aviso de conjunción.

La SDO, la Oficina de Basura Espacial de la Agencia Espacial Europea, nos alertaba de que nuestro satélite se iba a cruzar con el objeto 1999-025BZR (identificación en el catálogo COSPAR) el 2/10/2020 a la 1:41 (UTC). El 1999-025BZR es un trozo del satélite Fengyun 1C, un satélite meteorológico chino en órbita polar que fue destruido en 2007, cuando ya estaba fuera de servicio, al ser usado como blanco en una prueba de un misil anti-satélite. La prueba acabó con más de 3000 fragmentos detectados. Pero se estima que puede haber en realidad más 150.000, muchos demasiado pequeños para detectarse, pero suficientemente grandes para dañar otros satélites.

“Pasemos por debajo, Sulu”. Capitán Christopher Pike, Star Trek XI

El problema con estos cruces es que desde el Segmento Terreno no podemos saber exactamente la órbita de los objetos. A 700 km de distancia es difícil medir con exactitud, más aún si lo que quieres medir se mueve a 28.000 km/h, no es muy grande y no colabora. Y aunque midiéramos perfectamente en un momento dado no podríamos predecir sin incertidumbre la posición en un instante posterior.

La estimación en ese momento era que los 2 objetos pasarían a 500 metros de distancia. 500 metros a la velocidad de un satélite se recorren en 0,06 segundos. Con solo ese error en la predicción podría producirse un choque. Y la órbita del 1999-025BRZ no se conoce con tanta precisión… Para poder cuantificar los riesgos lo que se hace es estimar la probabilidad de choque. En este caso, la probabilidad era mayor de la que la misión estaba dispuesta a correr, de manera que se inició el procedimiento de evasión.

Normalmente, las conjunciones se detectan con más tiempo. Los cruces se pueden predecir con entre 7 y 10 días de antelación (aunque con mucha incertidumbre) y se va viendo cómo cambia la probabilidad de colisión conforme hay disponibles nuevos datos. Si 3 días antes del cruce los números siguen avisando de colisión, se empiezan a analizar las posibles maniobras, los puntos de decisión, los pases disponibles para la subida de los telecomandos necesarios…

En este caso, una actualización de la órbita de 1999-025BRZ convirtió un cruce seguro en uno problemático cuando solo teníamos día y medio. Esa misma tarde nos reunimos con los expertos de SDO, con la parte científica y la dirección de la misión y acordamos los siguientes pasos a ejecutar. Esa misma tarde SDO nos pasó una maniobra ideal que debería bajar la probabilidad de colisión a un nivel seguro (no, no a 0). Tendríamos que aplicar un impulso de 1’5 cm/s frenándonos para pasar por debajo del fragmento. En el centro de control calculamos la maniobra real equivalente que realizaría el satélite y pasamos a SDO una trayectoria predicha que la incluía. Ellos verificarían durante la noche, usando datos actualizados tanto de CHEOPS como de 1999-025BRZ, si la maniobra esquivaba la conjunción y si no nos acercábamos a otro objeto. También se pasó al SOC la nueva orbita, para que pudieran re-planificar las observaciones y las descargas de los datos científicos.

Visualización de la conjunción con celestrack orbit visualization

Por la mañana del 1 de octubreSDO nos confirmó que la maniobra era válida. También nos avisó que la probabilidad de choque si no se hacía la maniobra había subido. Esa mañana preparamos el resto de comandos que íbamos a subir en los pases de la tarde.

Primero apagaríamos el instrumento: las maniobras de evasión son críticas, así que se apaga el instrumento para evitar que un fallo inoportuno en el instrumento haga saltar los controles de seguridad del satélite y aborten la maniobra. También se prepararon los comandos para poner el satélite en la configuración adecuada para la maniobra. Estos comandos se ejecutarían en tiempo real durante los pases de la tarde.

Los comandos asociados a la maniobra se prepararon también, aunque estos comandos se ejecutarían a bordo cuando llegara el momento adecuado (Time Tag Commands). También se planificaron de esta manera los comandos para volver a encender el instrumento. Éste se encendería poco después de la maniobra, sin esperar a que nos comunicáramos con el satélite durante los pases de la mañana. Al apagar el instrumento la temperatura del sensor ya no se controla tan finamente y esa precisión es necesaria para medir con exactitud las variaciones de luz provocadas por el paso de los exoplanetas. Al encenderlo así tendría más tiempo para recuperar la estabilidad térmica y podríamos volver a hacer ciencia lo antes posible. El SOC nos envió una nueva planificación científica para subir en los pases del día 2 si todo iba según lo esperado.

Durante todo el día estuvimos pendientes de si había alguna actualización del riesgo (igual que llego de improviso, se dan casos de avisos que se cancelan o modifican poco antes del cruce porque la probabilidad de colisión de repente cae) pero no. Así que después de otra reunión en la que se revisaron las opciones, se dio la luz verde a la maniobra formalmente. En los pases de la tarde realizamos todas las tareas planificadas, avisamos de que estaba todo listo y nos pusimos a esperar. Hasta el 2/10/2020 a las 4:39 UTC no sabríamos si todo había ido bien.

El 1999-025BRZ es un objeto del que se cree que tiene un área de 0,0033 m2. Si fuera un circulo, tendría un radio de 3 cm. Pero el problema no es el tamaño, sino la velocidad. La energía cinética de CHEOPS es más grande que la del Titanic cuando se chocó contra el iceberg a máxima velocidad (la comparación en momento cinético, la otra magnitud que interviene en los choques, no queda tan espectacular). Y por supuesto, el Titanic tenía un casco de acero de 3 cm de grosor, CHEOPS paneles sándwich con pieles de 1 mm. Un choque a una velocidad relativa de 3 km/s habría perforado el panel y dañado el primer equipo con el que se hubiera encontrado. Posiblemente, esa unidad habría absorbido suficiente energía como para proteger el resto del satélite. Pero en la mayor parte de los casos la unidad nominal y la redundante están en la misma caja electrónica y muy probablemente se habrían dañado las 2. Lo más probable es que ni siquiera volviéramos a contactar con el satélite.

Suponiendo que el fragmento era de aluminio, de 2 mm de espesor (un espesor típico), el impacto, aparte del daño físico al satélite, habría cambiado la velocidad en casi 20 cm/s (10 veces más que la maniobra de evasión) y podría haber provocado una fuerte rotación, lo que por sí solo habría activado uno de los controles de seguridad y el satélite habría pasado a modo seguro. Con casi toda seguridad la rotación estaría por encima de la contemplada al diseñar el control de actitud. Si la rotación fuera lo suficientemente grande, el control no sería capaz de compensarla y podría incluso acelerarla…

Afortunadamente, a las 4:39 (UTC) del viernes recibimos señal del satélite. Rápidamente comprobamos que el modo del satélite era nominal, que no había saltado ninguna monitorización y que la maniobra se había ejecutado. Y ya pudimos respirar… Con más calma, hicimos un chequeo más detallado y también comprobamos que el instrumento estaba encendido y la estabilización térmica en proceso. Se subió la nueva planificación, aunque los primeros comandos no se ejecutarían hasta las 7:30 y se avisó a todo el equipo de la misión: Seguíamos teniendo satélite.

Después de los pases, además de las tareas habituales de ingeniería de la misión, tocó calcular la nueva órbita, usando las medidas doppler, y calcular cuánto combustible nos queda. Después de adquirir la órbita operacional durante la LEOP, CHEOPS solo va a maniobrar si hay peligro de colisión y para destruirse en la atmósfera al final de la misión (y así evitar convertirse en un susto para otros) y es importante saber cuándo nos queda el combustible justo para la reentrada.

En resumen, hemos tenido un par de días entretenidos, pero podemos continuar con nuestra misión.

David Modrego