Sin el mantenimiento de la estación, ¿podría un satélite geoestacionario llegar a una órbita estable, descender a la Tierra o escapar al espacio exterior? ¿Cuanto tiempo tardaría?

Si bien los satélites se pueden colocar inicialmente en una verdadera órbita geoestacionaria, existen fuerzas que actúan para alterar sus órbitas con el tiempo. Dado que el plano orbital geoestacionario no coincide con el plano de la órbita de la tierra o el de la órbita de la luna, la atracción gravitacional del sol y la luna actúan para sacar a los satélites geoestacionarios de su órbita ecuatorial, aumentando gradualmente la inclinación orbital de cada satélite. [La gravitación lunar / solar perturba la órbita típicamente 0.85 grados por año. Una fuente sugiere que se desarrolla un ciclo de 54 años entre 0 y 15 grados de inclinación.]

Además, la forma no circular del ecuador de la Tierra hace que estos satélites sean atraídos lentamente a uno de los dos puntos de equilibrio estables a lo largo del ecuador, lo que resulta en una libración este-oeste (que se desplaza hacia adelante y hacia atrás) alrededor de estos puntos. [Un satélite de Defensa que dejó de funcionar en órbita geoestacionaria comenzó a desplazarse a una velocidad de alrededor de 1 grado de longitud por semana.] La órbita también está perturbada por la presión de radiación solar.

Para contrarrestar estas perturbaciones, se realizan correcciones periódicas. El mantenimiento de la estación norte-sur corrige la inclinación lentamente creciente de nuevo a cero y el mantenimiento de la estación este-oeste mantiene el satélite en su longitud asignada dentro del cinturón geoestacionario.

Una vez que el satélite ha agotado su combustible, su inclinación comenzará a crecer, trazando una figura ocho centrada en el ecuador, y comenzará a desplazarse en longitud.

Estos satélites son demasiado altos para verse afectados por la atmósfera de la Tierra, por lo que su órbita no se desintegrará debido al arrastre. No tienen la energía para escapar de la influencia de la gravedad de la Tierra, por lo que no aumentarán significativamente la altitud de sus órbitas. (A menudo, los satélites geoestacionarios se elevan a una órbita ligeramente más alta al final de su vida útil prevista para evitar que causen estragos en otros satélites).

fuentes:
Mantenimiento de la estación orbital
Conceptos básicos de la órbita geoestacionaria

Cualquier satélite tan alejado como geoestacionario está en una órbita estable. Puede que no sea exactamente un día de duración, ni esté exactamente alineado con el ecuador, los cuales son necesarios para que permanezca geoestacionario. Pero permanecerá aproximadamente en la misma órbita durante decenas, posiblemente cientos, de millones de años. Simplemente no flotando convenientemente donde los humanos quieren que esté.

Por supuesto, todas las cosas buenas llegan a su fin, y en muchos miles de millones de años estoy seguro de que la órbita decaerá. Mi apuesta sería que sería hacia abajo, porque tiene que adquirir energía para moverse hacia arriba. Lo que el sol se expande para absorber la Tierra, la llegada de la fotosfera puede aumentar el arrastre y caer. Sin embargo, sí esperaba estar cerca para cobrar esa apuesta.

Las órbitas geoestacionarias son bastante estables ya que están bastante cerca de las circulares. Si la Tierra fuera una esfera verdadera (no un esferoide achatado) y el campo magnético de la Tierra fuera completamente simétrico, un satélite geoestacionario sería aún más estable. En realidad, las asimetrías en la masa de la Tierra y las asimetrías correspondientes en su campo magnético tienen pequeños efectos en las órbitas de los satélites que provocan su descomposición. Incluso a grandes altitudes orbitales, hay una pequeña desaceleración del satélite debido al efecto atmosférico. Los satélites LEO están siempre bajo los efectos constantes del arrastre del satélite en la atmósfera, ralentizándolo, por lo que la órbita finalmente se descompone.

No es un efecto natural que una órbita una vez establecida, por alguna razón, libere el satélite al espacio exterior. Por definición, si estaba en órbita, la energía que tiene es insuficiente para hacer que salga por completo de la gravedad de la Tierra.

Incluso un ave geoestacionaria eventualmente se descompondrá, aunque mucho menos rápidamente que una órbita terrestre baja.