Kilometre-scale orbital data centres may clear debris by avoiding rocket bodies and defunct satellites

O céu acima de nós está se tornando congestionado. Por décadas, a atividade humana deixou para trás uma camada caótica de lixo espacial: estágios de foguetes gastos, satélites quebrados e inúmeros fragmentos de metal e tinta. Esse detrito viaja a velocidades hipervelozes, aproximadamente dez vezes mais rápido que uma bala de rifle. Nessas velocidades, até mesmo um minúsculo ponto pode perfurar uma espaçonave, enquanto uma peça maior pode despedaçar um satélite em milhares de novos fragmentos. Isso cria um ciclo perigoso onde as colisões geram mais detritos, o que leva a mais colisões. Os cientistas chamam isso de cascata de colisões, um processo descontrolado que poderia, eventualmente, tornar certas órbitas inutilizáveis por séculos.

Agora, uma nova geração de propostas visa colocar enormes centros de dados neste exato ambiente. Empresas planejam construir estruturas na órbita terrestre baixa que abrangem vários quilômetros quadrados, essencialmente fazendas de servidores flutuantes alimentadas pela luz solar contínua. Essas instalações seriam enormes, com matrizes solares estendendo-se por quilômetros, projetadas para lidar com o imenso poder computacional necessário para a inteligência artificial. A questão crítica para esses projetos sempre foi como o lixo espacial afetaria a estrutura. Será que um pedaço errante de detrito rasgaria um furo nos painéis solares delicados? A nova pesquisa inverte essa questão. Em vez de perguntar o que o detrito faz com a estrutura, ela pergunta o que a estrutura faz com o detrito. A resposta revela uma possibilidade surpreendente: essas gigantescas plataformas orbitais poderiam se tornar os piores poluidores da história ou os limpadores mais eficazes que o espaço já viu, dependendo inteiramente de como forem gerenciadas.

O estudo, liderado pela pesquisadora Jiawei Jing, simula o comportamento dessas estruturas de escala quilométrica ao longo de um período de quinze anos. O modelo rastreia dois tipos distintos de objetos que cruzam o caminho do centro de dados. O primeiro grupo consiste em pequenos fragmentos e objetos letais pequenos, que são pequenos demais para serem rastreados pelo radar terrestre, mas pesados o suficiente para destruir um satélite se o atingirem. O segundo grupo inclui os objetos grandes e intactos: satélites obsoletos e corpos de foguetes que são bem conhecidos e rastreados. A pesquisa descobre que as finas matrizes solares agem de forma muito diferente sobre esses dois grupos. Quando um fragmento pequeno e rápido atinge a folha leve, o impacto reduz significamente a velocidade do fragmento. A folha perfura um buraco, e a troca de momento é suficiente para derrubar a órbita do fragmento, fazendo com que ele queime na atmosfera em pouco tempo. Dessa forma, a estrutura naturalmente varre o céu dos detritos menores e impossíveis de rastrear.

No entanto, a interação com os objetos grandes e intactos conta uma história diferente. Quando um corpo de foguete massivo ou um satélite morto cruza o caminho da matriz fina, a folha não o interrompe. Em vez disso, o impacto age como um projétil de alta velocidade atingindo uma parede. A energia depositada é tão intensa que pode remover uma parte da superfície do grande objeto ou, no pior dos casos, despedaçar o objeto inteiro em uma nuvem de novos detritos. O estudo calcula que, se mesmo uma fração mínima da massa do grande objeto — menos de um por cento — for removida ou se o objeto se partir completamente, a estrutura se tornará uma fonte líquida de novos detritos espaciais. Em simulações onde a estrutura nada faz para evitar esses grandes objetos, o número de fragmentos letais e não rastreáveis naquela camada orbital poderia crescer de três a quinze vezes em relação ao que é hoje. A estrutura estaria, efetivamente, semeando o céu com novos perigos, desfazendo a limpeza natural que realiza nos detritos menores.

A solução reside em um tipo específico de manobra de evasão. A pesquisa mostra que, se o centro de dados for programado para desviar apenas dos poucos centenas de objetos grandes e rastreados — corpos de foguetes e satélites obsoletos — ele pode permanecer um removedor líquido de detritos. Ao desviar desses alvos massivos, a estrutura permite que os fragmentos menores e não rastreáveis passem através dela e sejam desacelerados pelas matrizes solares, enquanto evita as colisões catastróficas que criariam novas nuvens de lixo. Essa evasão seletiva é surpreendentemente eficiente. O estudo sugere que, se a estrutura conseguir filtrar com sucesso de 93 a 99,6 por cento desses objetos grandes, dependendo da altitude, ela limpará a órbita mais rápido do que a polui. Este é um limiar muito menor do que a evasão quase perfeita exigida se a estrutura tentasse desviar de cada pedaço rastreado, incluindo os pequenos fragmentos que ela deve limpar.

O custo dessa limpeza seletiva é gerenciável, mas depende de quão bem sabemos onde os objetos grandes estão. Para desviar de um corpo de foguete, a estrutura precisa mover sua estrutura massiva apenas o suficiente para errar o ponto de cruzamento. Se a posição do corpo do foguete for conhecida com alta precisão, dentro de alguns centenas de metros, o combustível necessário para essas manobras é relativamente pequeno. No entanto, se a posição for incerta por vários quilômetros, o combustível necessário para garantir um desvio seguro aumenta dramaticamente, podendo consumir uma parte significativa da massa da estrutura a cada ano. O estudo também destaca uma vulnerabilidade crítica: os densos módulos de computador dentro da estrutura. Diferente dos painéis solares finos, esses módulos pesados são alvos frágeis. Se um objeto grande atingir um módulo de computador, ele provavelmente despedaçará o módulo, criando uma nova e massiva nuvem de detritos. Portanto, os módulos de computador devem ser protegidos desviando de cada objeto rastreado que possa destruí-los, um requisito muito mais rigoroso do que para as matrizes solares.

As descobertas desafiam a maneira atual como as agências espaciais e empresas avaliam o risco. As regras de segurança padrão focam na probabilidade de uma colisão danificar a espaçonave. Para essas estruturas gigantes, essa abordagem é insuficiente. O estudo argumenta que reguladores e operadores devem olhar para o resultado do próprio cruzamento. Se um objeto grande cruzar a matriz e se despedaçar, a estrutura falhou em seu dever ambiental, mesmo que a própria estrutura sobreviva. A pesquisa sugere que o design desses futuros centros de dados deve priorizar a proteção do ambiente orbital sobre a proteção da própria estrutura. Ao deixar os pequenos detritos passarem para serem limpos, enquanto desvia ativamente do lixo grande e rastreado, essas plataformas de escala quilométrica poderiam se tornar os primeiros objetos feitos pelo homem a reduzir ativamente a população de detritos espaciais.

Este resultado não é garantido. Ele depende de dois fatores que ainda não foram medidos em um ambiente orbital real: exatamente quanta massa um objeto grande perde quando raspa uma folha fina em velocidades orbitais, e quantos novos fragmentos essa massa perdida cria. Até que essas interações físicas sejam testadas, a eficiência exata para que os centros de dados permaneçam limpadores líquidos permanece uma simulação. No entanto, o estudo fornece um caminho claro a seguir. Ele demonstra que o destino da órbita terrestre baixa na era das gigantescas infraestruturas espaciais é uma escolha de design. Se essas estruturas forem construídas para desviar dos objetos grandes e rastreados e deixar os pequenos detritos passarem, elas poderão ajudar a limpar o céu. Se forem construídas para evitar todos os objetos rastreados ou, pior, para ignorar os grandes totalmente, elas poderão desencadear um aumento catastrófico de detritos espaciais, tornando as próprias órbitas de que precisam para operar inutilizáveis. A diferença entre um elevador espacial que limpa o céu e um que o enche de lixo é simplesmente se ele sabe quais objetos deve desviar.