El espacio se está llenando de basura. "No es como si hubiera una tormenta de metal y si te aventuras en el espacio te van a dar una paliza, "dice el profesor Russell Boyce, Cátedra de Ingeniería Espacial en UNSW Canberra. "Pero el riesgo de colisiones está aumentando".

El Comando Espacial de la Fuerza Aérea de EE. UU. Rastrea más de 20, 000 piezas de escombros de más de 10 centímetros de ancho.

A medida que mejoran los sensores, Boyce sospecha que ese número podría llegar a más de medio millón.

Los restos de antiguos satélites y naves espaciales, estos fragmentos de metal corren a ciegas en órbita a una velocidad de 7,5 kilómetros por segundo. Los impactos a estas velocidades de hipervelocidad no solo causarían daños irreparables a los activos espaciales vitales, podrían desencadenar un efecto dominó de destrucción conocido como síndrome de Kessler.

En este escenario, cada colisión crearía más escombros, causando cada vez más colisiones hasta que el entorno espacial se convierte en un campo minado, fuera de los límites de la actividad humana durante décadas o más.

Para evitar esta catástrofe, investigadores de todo el mundo están trabajando para mejorar nuestras habilidades en el conocimiento de la situación espacial (SSA). Es decir, la capacidad de ver y predecir con precisión el comportamiento de los objetos que orbitan la Tierra.

UNSW Canberra ha realizado una inversión de $ 10 millones durante cinco años para establecer las bases de un programa espacial australiano de próxima generación. Boyce es su líder y dice que el programa ya está revirtiendo la fuga de cerebros en I + D espacial que ha plagado a Australia durante décadas.

El programa recientemente ha obtenido más de $ 562, 000 del gobierno de ACT en el marco del Programa de financiación de áreas de capacidad clave para construir nueva infraestructura; está a punto de firmar un contrato de $ 10 millones con el Departamento de Defensa; y está desarrollando rápidamente la capacidad de diseñar, construir y volar pequeños satélites con cargas útiles "disruptivas". Cada uno cumplirá con las prioridades estratégicas nacionales y tendrá objetivos específicos que satisfagan las necesidades nacionales, que van desde el monitoreo del cambio climático hasta las comunicaciones cuánticas seguras y la SSA.

A pesar de los esfuerzos internacionales para rastrear los escombros, Todavía existen lagunas considerables en nuestra comprensión de cómo se comportan estos objetos en el espacio. Dependiendo del tamaño o la forma de un objeto, los sistemas de seguimiento solo pueden tener "ojos" en él durante segundos a la vez, dice Boyce. El trabajo consiste en predecir la órbita y volver a adquirir el objeto en la pista.

"Pero las incertidumbres en la predicción de las órbitas son significativas. Los objetos pueden desplazarse hacia los lados y hacia arriba y hacia abajo por kilómetros cada día, ", dice. En la atmósfera enrarecida de la órbita terrestre baja, altitudes entre 300 y 2, 000 kilómetros:los objetos espaciales chocan contra varias moléculas, átomos e iones, con el efecto acumulándose para causar desviaciones significativas del curso.

"La comunidad científica predice bastante mal la influencia de estos impactos, "dice Boyce, y el resultado es que las órbitas y posibles colisiones también se predicen mal. Aquí es cuando los escombros representan el mayor riesgo, ya que los topógrafos no pueden advertir a los operadores de satélites con certeza si sus naves espaciales están en la línea de fuego.

Boyce y su equipo quieren eliminar las conjeturas. Han construido un código para modelar las fuerzas que ejercen los iones cargados sobre los objetos espaciales. "La suposición normal es que las partículas cargadas tienen exactamente el mismo efecto que las partículas neutras, como los átomos y las moléculas, al causar arrastre, "dice Boyce.

"Pero eso no es cierto en absoluto.

"Estamos comenzando a abrir un nuevo campo de la física de flujos, y mostrar algunas de las posibles fuentes de comportamiento anómalo que nadie ha podido explicar antes ". Con una flota de pequeñas naves espaciales pronto bajo su mando, el equipo podrá obtener "datos de validación reales en órbita".

La propiedad está en juego

Australia se basa fundamentalmente en datos derivados del espacio, para todo, desde la seguridad nacional y la gestión de desastres, al monitoreo ambiental y mapeo de recursos, sin embargo, no tiene soberanía sobre la obtención de esos datos, dice Boyce.

"Australia se ve cada vez más como un aprovechador en el sector internacional, ", dice." Obtenemos todos nuestros datos más o menos gratis y esa ha sido una situación feliz para nosotros. Pero eso está llegando a su fin lentamente ".

Una capacidad espacial doméstica, Boyce dice:podría abrir oportunidades para que Australia capture parte del mercado espacial en expansión, que generó un estimado de US $ 300 mil millones en ingresos mundiales en 2014, según un informe de la Space Foundation.

Despertando de un período de relativa inacción, el gobierno federal - a finales de 2015 - pidió una revisión de la Ley de Actividades Espaciales, y ha comenzado a eliminar los obstáculos regulatorios que impedían a las entidades australianas lanzar satélites y operar en el espacio. Uno de los primeros beneficiarios fue una empresa emergente de educación STEM llamada Cuberider, cofundada por la estudiante de ingeniería de la UNSW, Solange Cunin. En diciembre, lanzó la primera carga útil del país a la Estación Espacial Internacional.

"Durante los últimos dos años, la conversación nacional en Australia sobre el espacio ha cambiado por completo, "dice el profesor Michael Frater, Rector de UNSW Canberra. "Lo que estamos viendo ahora, en todo el gobierno, es un entendimiento de que es de vital importancia para Australia operar en el espacio, tanto desde el punto de vista de la seguridad como desde el punto de vista económico. Tomamos algo de crédito por eso.

"Queremos que Australia tenga una industria espacial realmente vibrante que incluya actividades importantes en el espacio y queremos tener un papel de liderazgo para que eso suceda".

Dos años después del plan quinquenal, la iniciativa está adelantada a lo previsto. Boyce dice:"Ahora tenemos la mayor capacidad espacial de todas las universidades del país, y el equipo espacial más grande ", incluido un puñado de científicos e ingenieros espaciales locales traídos del extranjero. "Yo diría que es la colección más completa de talentos espaciales en Australia para misiones espaciales, desarrollo y operación ".

Dr. Tony Lindsay, quien trabajó con el Grupo de Ciencia y Tecnología de Defensa (DST) durante 28 años y ahora es el director de STELaRLab de Lockheed Martin, dice Boyce y el equipo de liderazgo de UNSW Canberra han demostrado que comprenden el cambio de paradigma en las oportunidades para Australia que presenta el auge de los satélites pequeños.

"Su mayor virtud es que han sido decisivos. Se dieron cuenta de que el mundo estaba cambiando, que Australia tenía un nivel significativo de capacidad latente en el área, y se han movido rápidamente para tomar una posición de liderazgo dentro de la comunidad. Colaboraron temprano para aprovechar los programas existentes de Defence, y demostraron que podían armar un equipo de calidad en poco tiempo ".

Capacidades disruptivas

Actualmente se planean ocho naves espaciales a través de UNSW Canberra Space, con cinco totalmente financiados. El primero, listo para volar a mediados de 2017, es parte del Programa Buccaneer con el Grupo DST. Además de mejorar las capacidades de SSA, este pequeño satélite realizará experimentos de calibración para el líder mundial de Australia, sobre el horizonte Jindalee Operational Radar Network (JORN) desde la órbita terrestre baja.

Se planean tres naves espaciales con la Real Fuerza Aérea Australiana (RAAF), y otro con el RAL Space del Reino Unido que utilizará sensores láser especiales para detectar el contenido de metano en la atmósfera superior, haciendo valiosas contribuciones a la ciencia del clima.

Un desarrollo con el que Boyce y su equipo están muy entusiasmados es su hoja de ruta para lanzar satélites equipados con tecnologías cuánticas desarrolladas en Australia. Estos incluyen sensores de átomos fríos para mediciones ultraprecisas del tiempo, posicionamiento aceleración y gravedad, en desarrollo en la Universidad Nacional de Australia (ANU), y tecnologías de comunicación cuántica, que transmitirá información ultrasegura a través de la luz, ya sea entre satélites en el espacio, o entre satélites y estaciones terrestres.

La primera etapa es un 'proyecto pionero' con la Universidad Nacional de Singapur, que ya tiene hardware cuántico preparado para el espacio, dice Boyce.

"Juntos nos proponemos ser los primeros en demostrar en órbita, el intercambio de información cifrada cuánticamente de una nave espacial a otra, y para ver qué tan lejos podemos obtener la nave espacial y aún mantener ese enlace seguro ". A la espera del estudio de viabilidad casi terminado, y luego asegurar la financiación, la misión podría volar en 2019.

Además de sus misiones planificadas, UNSW Canberra ha lanzado dos nuevos títulos, Maestría en Ingeniería Espacial y Maestría en Operaciones Espaciales. Está desarrollando una estación terrestre para enviar y recibir comunicaciones encriptadas cuánticas, y está construyendo una instalación de diseño de misiones espaciales de última generación. Esto agilizará las misiones, y servir como centro de formación para socios de la industria, institutos gubernamentales y de investigación.

"Seremos los anfitriones de una instalación nacional, en la parte delantera de, Ojalá, cada misión espacial que realiza Australia, ", dice Boyce." Eso coloca a la UNSW en una posición muy estratégica ".

El camino a Canberra

Los cielos siempre estaban llamando a Boyce. Al crecer en Papua Nueva Guinea y Sydney, soñaba con convertirse en piloto de la RAAF.

Cuando los aviones de combate voladores estaban fuera de su alcance, Boyce obtuvo una licenciatura en ciencias en ANU, ganando la medalla universitaria en física. Se quedó para completar un doctorado en hipersónica, la ciencia del aire y las naves espaciales que viajan significativamente más rápido que el sonido. a velocidades superiores a Mach 5.

Su primer puesto académico fue en UNSW Canberra a partir de 2001, y apretó un poco de entrenamiento de vuelo, llegando al punto de volar solo. Dice que la experiencia le dio "credibilidad callejera cuando enseñó aerodinámica a la cohorte superior de ADFA".

Después de casi siete años en UNSW Canberra, Boyce asumió la cátedra de hipersónicos en la Universidad de Queensland, donde eventualmente se convertiría en el director de SCRAMSPACE, el programa internacional de $ 14 millones de la universidad para construir y probar un motor scramjet hipersónico.

Fue un pionero proyecto aún desafortunado. La carga útil scramjet se lanzó desde un alcance de cohetes noruegos en el Círculo Polar Ártico en septiembre de 2013. Casi inmediatamente después del despegue, Boyce sabía que algo andaba mal. Se suponía que el cohete llevaría al scramjet a una altitud de 350 kilómetros, donde comenzaría su descenso. Pero a solo 1, 500 metros el cohete comenzó a tambalearse violentamente, sangrando una espiral de humo blanco.

"Cuando miré hacia arriba, todo lo que pude ver fue este patrón de sacacorchos, e instantáneamente supe que ese era el final del vuelo, "dice Boyce. Minutos después, la carga del scramjet cayó en picada en el mar helado, a sólo unos kilómetros del campo de lanzamiento.

El equipo aprendió después, que su vuelo de prueba fue secuestrado por un motor defectuoso en uno de los cohetes. El scramjet estaba listo para volar evidenciado por los datos que recopiló, pero un golpe de mala suerte más allá del control del equipo significó que nunca pudo alcanzar la velocidad máxima.

Unos meses antes del lanzamiento, Boyce había asistido a un taller como presidente del Comité Nacional de Ciencia Espacial y Radioeléctrica de la Academia Australiana de Ciencias. El orador principal fue el líder de la misión de la SSA con el Laboratorio de Investigación de la Fuerza Aérea de EE. UU.

Planteó que el comportamiento errático de los desechos espaciales era uno de los grandes desafíos que enfrenta el uso del espacio, y exigió que las personas "intensificaran" para diseñar una "alta fidelidad, solución "basada en la física".

"Me di cuenta de que esto es exactamente lo que hago con los hipersónicos, es solo con velocidades más altas y altitudes más altas, "recuerda Boyce, quien luego solicitó la cátedra de Ingeniería Espacial en UNSW Canberra y fue contratado para comenzar poco después de SCRAMSPACE.

Para Frater, Boyce fue una elección obvia:"Para dirigir un programa como este, necesita a alguien que sea líder en términos de la investigación que realiza, pero también es capaz de construir las redes necesarias para hacer algo grande y ambicioso, "dice Frater." Russell es la persona absolutamente ideal para dirigir el equipo ".

Una industria espacial sostenible

Hay mucho en juego sobre los hombros de Boyce, pero solo tiene financiación garantizada hasta 2019. Más allá de eso, necesita asegurarse de que UNSW Canberra Space sea autosuficiente.

La ganancia inesperada de $ 10 millones de Defensa es alentadora, y podría haber más contratos en trámite, pero hay un delicado equilibrio que lograr. Si bien se centra en asociaciones estratégicas, Boyce no quiere que su equipo opere como una consultora y corra el riesgo de perder la propiedad intelectual.

"Estamos jugando a un juego más largo para que podamos terminar siendo socios más equitativos en las misiones espaciales, en lugar de alimentarse de las sobras de la mesa, ", dice." Se trata de algo más que UNSW Canberra o cualquier misión, ", dice." Se trata de construir una capacidad espacial doméstica sostenible, poder hacerlo con nuestras propias manos, en lugar de dejarlo en manos de otros ".

Ya es hora.

Visión convincente

Exilio no es una palabra que se escuche a menudo en el contexto de la educación universitaria, pero esa es exactamente la etiqueta que el ingeniero de sistemas espaciales Douglas Griffin, el gerente de programas de vuelos espaciales en UNSW Canberra, se encontró etiquetado con después de su doctorado en hipersónica en 1995.

Después de recibir su doctorado en la Universidad de Queensland, su supervisor le dijo al Dr. Griffin:el eminente profesor Ray Stalker, que si "quería permanecer en la alta tecnología tenía que ir al extranjero".

"De hecho, usó el término 'exilio autoimpuesto', porque no había nada para mí en Australia, "Recuerda Griffin. Con la mirada puesta en el espacio, se fue a Europa y pasó tres años en Italia en un laboratorio del gobierno y una empresa privada, ahora propiedad de Thales.

En 2001 se trasladó al Laboratorio Rutherford Appleton (RAL Space) en el Reino Unido, donde dirigió el desarrollo de cámaras para el telescopio espacial astronómico más grande de la Agencia Espacial Europea, y para el Solar Orbiter de la agencia, que entrará en las órbitas de Mercurio y Venus para tomar algunas de las imágenes más detalladas del Sol.

Fue una especie de "apuesta de carrera" regresar a Australia, donde "el espacio no existía", pero se vio obligado por "la visión que Boyce pintó".

"Estas no son solo misiones de juguete, hecho por el bien de construir una nave espacial, ", dice." Estas son misiones espaciales reales con objetivos interesantes ".

"Russell es una persona con grandes perspectivas:lo que hace tan bien es inspirar una visión y comunicarla a la gente, y consigue que lo compren. Ese es uno de sus puntos fuertes ".