Cumplir la regla de cinco años sin propulsión

La regla

En septiembre de 2022, la Comisión Federal de Comunicaciones (FCC) de Estados Unidos redujo el tiempo que un satélite puede permanecer en órbita baja tras su misión, de la veterana pauta de 25 años a cinco años[1]. El texto dispositivo pide que la eliminación por reentrada atmosférica se complete «tan pronto como sea factible» y no más tarde de cinco años después del fin de la misión. Modifica las normas de las estaciones espaciales experimentales (Part 5), comerciales (Part 25) y de aficionado (Part 97), estas dos últimas las vías que siguen la mayoría de los PocketQubes y de los CubeSats universitarios, y su cumplimiento es obligatorio para los satélites lanzados después del 29 de septiembre de 2024[2]. La regla se aplica a los satélites con licencia de Estados Unidos y a los satélites extranjeros que buscan acceso al mercado estadounidense; los que ya estaban en órbita en esa fecha quedan exentos[3]. La Comisión rechazó exenciones generales y advirtió que las dispensas por averías no se concederían con facilidad[2].

En otros lugares las cifras son distintas. ISO 24113:2023 mantiene el límite de 25 años para la región protegida de LEO[4], mientras que la ESA redujo a cinco años la fase de eliminación de sus propias misiones en noviembre de 2023[5]. Los solicitantes suelen calcular las vidas con el Debris Assessment Software de la NASA, pero la FCC advierte que su veredicto «conforme / no conforme» se refiere a NASA-STD-8719.14 y no establece por sí solo el cumplimiento de las normas de la Comisión[3][6]. Lo que necesita el evaluador es la vida en sí, con sus hipótesis.

Qué significan cinco años sin propulsor

Un satélite sin propulsión no puede actuar al final de su misión: su vida restante quedó fijada cuando el desplegador lo liberó. De ahí se siguen dos lecturas de la regla:

• Estricta. Toda la vida orbital, de la liberación a la reentrada, queda por debajo de cinco años. El cumplimiento se mantiene entonces termine cuando termine la misión, incluso tras una avería temprana.
• Literal. La vida queda por debajo de la duración prevista de la misión más cinco años. Cada año adicional de misión permite unos 10 km más de altitud para un 1P con actividad moderada.

La lectura estricta es la robusta para un equipo pequeño: elimina cualquier discusión sobre cuándo terminó la misión y cuesta poca altitud. Las tablas siguientes la usan.

Techos de altitud

Con el modelo de vida de la revisión sobre PocketQubes[7], el techo es la altitud circular cuyo decaimiento natural dura exactamente cinco años:

Con actividad moderada, un 1P a plena carga cumple por debajo de 559 km, un 1U por debajo de 525 km, un 3U por debajo de 513 km y un 12U por debajo de 494 km. El orden lo fija el parámetro balístico: un PocketQube tiene aproximadamente el doble de área por unidad de masa que un CubeSat en su límite de masa, decae más deprisa y puede, por tanto, liberarse unos 35 km más alto. El 2P y el 3P difieren del 1P en menos de 7 km, porque masa y área crecen juntas a lo largo del eje largo. Con la pauta de 25 años, las mismas naves podrían partir 90–100 km más arriba.

• 1P, 0,033 m²/kg
• 3P, 0,030 m²/kg
• 1U, 0,018 m²/kg
• 3U, 0,014 m²/kg
• 1P, de actividad baja a alta
• 1U, de actividad baja a alta

Mostrar los datos como tabla

Altitud inicial (km)	1P, 0,033 m²/kg	3P, 0,030 m²/kg	1U, 0,018 m²/kg	3U, 0,014 m²/kg
350	0,08	0,09	0,14	0,18
400	0,23	0,26	0,42	0,53
450	0,64	0,71	1,18	1,49
500	1,70	1,89	3,12	3,92
550	4,26	4,72	7,82	9,82
600	10,13	11,23	18,59	23,35
650	22,87	25,35	41,97	52,72

El Sol mueve el techo más de 100 km

Entre actividad solar baja y alta, los techos se desplazan 50–70 km a cada lado del caso moderado. Esa dispersión es mayor que cualquier decisión de diseño, y la actividad que encontrará una nave no se conoce cuando se reserva su órbita. El ciclo solar 25 ilustra el problema: subió más deprisa y alcanzó un máximo más temprano y más alto de lo previsto en 2019[8], y Grizu-263A, liberado cerca de 525 km, reentró tras 21 meses en lugar de los cuatro años que esperaba su equipo[7].

Para el cumplimiento, la hipótesis conservadora es la actividad baja, que da la vida más larga: un 1P debe partir entonces por debajo de unos 490 km. Para planificar la misión ocurre lo contrario: la vida plausible más corta se obtiene con actividad alta, y un 1P liberado a 450 km puede durar solo unos cuatro meses.

Por encima del techo: aumentar el arrastre

Una nave liberada por encima de su techo puede elevar su parámetro balístico desplegando una vela de arrastre al final de la misión:

Con actividad moderada, a un 1P a 600 km le bastan unos 80 cm² de vela en rotación aleatoria, poco más que tres de sus caras, mientras que a 700 km necesita 0,066 m² y a 800 km 0,28 m², casi veinte veces su propia superficie. Con actividad baja constante, las áreas se multiplican por seis a nueve. Un 3U a 700 km necesita 1,7 m² incluso con actividad moderada. Las velas añaden un mecanismo que debe desplegarse tras años en órbita, así que son un diseño para misiones que necesitan una órbita alta, no un remiendo para una órbita elegida a la ligera.

Por encima del techo: propulsión

La otra opción es bajar el perigeo al final de la misión. Un único impulso que baje el perigeo a 250 km provoca la reentrada en semanas:

Desde 600 km, la maniobra cuesta unos 98 m/s, o 36 g de gas frío para un 1P de 250 g, una séptima parte de su masa. Una espiral de bajo empuje hasta la misma altitud necesita aproximadamente el doble de Δv, pero los propulsores eléctricos de alto impulso específico la convierten en una masa de propulsante pequeña[9]. Lo que aporta una carga fija de propulsante depende mucho de la tecnología:

Diez gramos de gas frío dan a un 1P 16–44 m/s, demasiado poco para salir de órbita desde 600 km; los propulsores de electrospray, FEEP y arco en vacío alcanzan de varios cientos a más de mil metros por segundo con la misma masa[10]. La micropropulsión MEMS es la vía principal para encajar estos sistemas en un PocketQube[11], pero la potencia, la duración del empuje y la cualificación siguen siendo problemas abiertos a esta escala.

El problema contrario: mantenerse arriba

La propulsión se busca más a menudo para alargar una vida corta que para acabar con una larga. Mantener un 1P a una altitud baja y conforme cuesta:

A 450 km, el Δv anual va de 13 m/s con actividad baja a más de 100 m/s con actividad alta, el mismo orden que una maniobra de salida de órbita desde 550–700 km. Por eso conviene liberar bajo un PocketQube con propulsión, donde el cumplimiento es automático, y que gaste su propulsante en mantenerse allí.

Un procedimiento de decisión

flowchart TB
  A["Órbita de liberación que ofrece el lanzamiento"] --> B["Vida con actividad baja, moderada y alta"]
  B --> C{{"¿En 5 años con actividad baja?"}}
  C -- sí --> D["Conforme por decaimiento natural"]
  C -- no --> E{{"¿La misión necesita esta altitud?"}}
  E -- no --> F["Elegir una órbita de liberación más baja y volver a comprobar"]
  E -- sí --> G["Vela de arrastre o propulsión de salida de órbita, dimensionadas para actividad baja"]
  G --> H["Documentar vida, hipótesis y fiabilidad de la eliminación"]
  D --> H

Recomendaciones

1. Parta de las órbitas que realmente se ofrecen. Las liberaciones desde la Estación Espacial Internacional, a unos 400–420 km, cumplen para todos los factores de forma; los lanzamientos compartidos heliosíncronos a 500–600 km cumplen para un 1P solo por debajo de unos 560 km con actividad moderada, y en absoluto si se supone actividad baja.
2. Comunique las vidas para tres casos de actividad e indique el parámetro balístico con su intervalo, incluidas las antenas y los paneles desplegados, que lo elevan.
3. Prefiera la lectura estricta de la regla cuando la nave no tenga medios de eliminación.
4. Dimensione cualquier dispositivo de arrastre o maniobra de salida de órbita para actividad baja, porque un caso de cumplimiento debe sostenerse en la peor atmósfera plausible.

La calculadora de vida orbital ejecuta el mismo modelo para cualquier nave, el artículo sobre la vida orbital lo deriva y la entrada sobre regulación sitúa la regla entre los pasos de licencia y coordinación de frecuencias de una misión.