Detritos espaciais em queda são um risco crescente à medida que materiais ficam mais resistentes

Quando se trata de detritos espaciais, o que sobe acaba descendo com cada vez mais frequência - e não de forma segura.

Quando naves espaciais são lançadas, alguns componentes, incluindo propulsores de foguetes não reutilizáveis, são ejetados para reduzir o peso, sendo deixados para se queimarem intencionalmente ao reentrarem na atmosfera. Satélites também entram na atmosfera no final de sua vida útil, supostamente queimando. Mas, em muitos casos, eles não estão fazendo isso como previsto.

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Detritos de componentes de naves espaciais parcialmente queimados e de satélites que reentram na atmosfera terrestre podem representar um risco para pessoas e estruturas no solo. O aumento no número de lançamentos, impulsionado em grande parte por empresas privadas como a SpaceX, está transformando um risco antes remoto em uma ameaça crescente.

Nosso grupo de pesquisa de materiais na Universidade de Wisconsin-Stout está estudando os materiais que permitem que os detritos sobrevivam à reentrada. Buscamos maneiras de modificar com segurança suas excepcionais qualidades de resistência ao calor para torná-los mais seguros para a reentrada atmosférica.

Detritos caindo na Terra

Detritos já caíram em em propriedades privadas e públicas ao redor do mundo várias vezes desde 2021. Alguns dos eventos mais notáveis envolvem pedaços do baú de fibra de carbono da Dragon da SpaceX, que permanece acoplado à cápsula tripulada até poucas horas antes de sua reentrada. Esses baús são maiores do que uma van de 15 passageiros e são usados para armazenamento.

Detritos do baú da missão Crew 7 à Estação Espacial Internacional caíram na Carolina do Norte, e fragmentos da missão Crew 1 caíram em Nova Gales do Sul, Austrália. Da mesma forma, detritos da missão Axiom 3 caíram em Saskatchewan, no Canadá.

Além dos detritos da fuselagem, componentes de fibra de carbono que contêm gases pressurizados para ajustar a orientação de uma espaçonave constituem grande parte dos detritos recuperados. Algumas dessas recuperações mais recentes ocorreram na Austrália, Argentina e Polônia.

A maior parte dos detritos que reentram na atmosfera se queima, então por que esses pedaços estão chegando à superfície da Terra?

Reentrada atmosférica

Satélites como o Starlink, da SpaceX, ficam em órbita baixa da Terra, normalmente entre 190 e 1.240 milhas (300 e 2.000 quilômetros) acima da superfície da Terra. Para permanecerem lá, eles precisam se mover muito rápido, a cerca de 27.000 km por hora. Para atingir essa velocidade, um foguete com meio milhão de quilos de combustível precisou acelerá-lo, e parte dessa energia ainda está contida no momento (movimento) do satélite.

À medida que um objeto em órbita desce, aproximando-se da atmosfera superior da Terra, ele começa a colidir com moléculas de ar, diminuindo sua velocidade. A quantidade de calor gerada por essa interação consome rapidamente o satélite, derretendo o metal a mais de 1.600 graus Celsius.

Mais lançamentos

Países de todo o mundo vêm lançando objetos ao espaço desde a década de 1950, então por que a reentrada é uma preocupação agora?

A partir da década de 1960, cerca de 100 objetos eram lançados ao espaço todos os anos - ou pelo menos era assim até 2016. Desde então, o número vem aumentando exponencialmente. Em 2016, foram lançados 200 objetos. Mas em 2025, esse número era de 4.500, o que significa 20% de todos os objetos lançados ao espaço desde a década de 1950 foram lançados no ano passado.

A maioria desses lançamentos foi realizada por empresas dos Estados Unidos, como a SpaceX e a Rocket Labs. Empresas como essas, juntamente com outras fora dos EUA, têm planos para grandes constelações de satélites compostas por centenas de milhares a um milhão de satélites.

Quanto mais objetos e cargas úteis forem lançados, mais eventos de reentrada ocorrerão. As operadoras de satélites são obrigadas a remover seus satélites desativados da órbita após 25 anos para cumprir as regulamentações estabelecidas por comitês internacionais. Grupos em todo o mundo, incluindo a Comissão Federal de Comunicações dos EUA, têm pressionado para reduzir o prazo da chamada "desorbitação" para cinco anos. Devido a essas diretrizes, o impacto total dos eventos de reentrada de detritos provenientes desses lançamentos recentes não será sentido por 10 anos ou mais.

Os objetos lançados e as decisões políticas tomadas hoje terão um efeito duradouro na segurança futura.

Fibra de carbono

À medida que o mundo progrediu tecnologicamente, a eficiência no lançamento de objetos ao espaço também aumentou.

Satélites e espaçonaves estão se tornando mais leves, mais fortes e mais resistentes ao calor graças a materiais como plásticos reforçados com fibra de carbono e novos metais. Esses materiais resistentes são muito procurados por serem leves, mas também podem fazer com que os detritos resistam às temperaturas da reentrada.

A fibra de carbono, antes usada exclusivamente na tecnologia espacial, agora é encontrada em itens comuns, como quadros de bicicleta e carrocerias de carros de corrida. Ela continua sendo o padrão de excelência na fabricação de materiais de alta resistência e baixo peso para componentes de espaçonaves, como fuselagens de foguetes, inter-estágios — a estrutura protetora localizada entre os estágios do foguete — e vasos de pressão que sofrem temperaturas extremas e alto estresse e tensão mecânicos.

Metais simples, como alumínio e aço, derretem e se queimam, enquanto materiais complexos, como a fibra de carbono, que é fabricada a temperaturas de até 3.000°C, queimam de forma imprevisível, alterando a maneira como os componentes ejetados se fragmentam na reentrada.

Desde o início dos anos 2000, a maioria dos detritos espaciais recuperados contém seções de plástico reforçado com fibra de carbono ou componentes metálicos envoltos em fibra de carbono. A fibra de carbono pode atuar como um escudo térmico não intencional para detritos mais pesados e prejudiciais.

Design para o fim da vida útil

O "Design para o fim da vida útil" é uma importante área de pesquisa focada na mitigação do risco de detritos de reentrada. Em vez de depender de saídas de órbita controladas e meticulosamente cronometradas que enviam componentes que sobrevivem à reentrada para o oceano no final de suas vidas, os componentes das espaçonaves são projetados para garantir que se desintegrem completamente durante a desorbitação pela atmosfera.

O plano para a destruição pode assumir muitas formas. Isso varia desde a mudança para materiais mais suscetíveis ao calor até a realocação de componentes mais difíceis de queimar para áreas da espaçonave que ficarão mais quentes durante a reentrada, ou o uso de articulações que se rompem em altas temperaturas para separar estruturas em componentes menores, ajudando-os a se queimar.

Com tanto foco, historicamente, em naves espaciais feitas dos materiais mais leves, fortes e resistentes ao calor disponíveis, pode parecer contraintuitivo tornar alguns materiais intencionalmente mais fracos. A chave é tornar os materiais mais inteligentes, para que mantenham sua resistência durante a missão, mas enfraqueçam sob o calor da reentrada.

O laboratório de Matthew Ray está desenvolvendo e trabalhando para patentear um sistema destinado a reduzir o risco decorrente de futuros detritos à base de fibra de carbono sobreviverem à reentrada.

Reese Hufnagel realiza pesquisas sobre detritos espaciais e está desenvolvendo formas de tornar os futuros compósitos de carbono mais seguros para uso em órbita.