Video della cintura di detriti formatasi nel periodo 1964-2013.
Vi siete mai chiesti che fine fanno tutti gli oggetti lanciati nello spazio? Se avete sempre creduto che una volta in orbita si perdessero magicamente nell’immenso universo, mi dispiace comunicarvi che purtoppo non è così. Oggi il nostro pianeta si trova costretto a risolvere un grande problema: i detriti spaziali.
Cosa sono esattamente i detriti spaziali?
La NASA ha classificato come ‘detriti spaziali’ tutti gli oggetti, realizzati dall’uomo, che attualmente orbitano intorno alla terra, ma non hanno più alcuna utilità.
La loro formazione dipende da numerosi fattori; i più significatici sono l’esplosione di satelliti o razzi (40%), l’abbandono dei diversi stadi dei veicoli di lancio, test per sabotare satelliti già in orbita (25%) e l’accidentale collisione tra i diversi satelliti o tra un satellite e i detriti stessi.
Negli ultimi 50 anni, a partire da Sputnik-1, sono stati effettuati 4915 lanci grazie ai quali 6600 satelliti sono entrati in orbita con una massa totale di 6800 tonnellate. In questi anni la US Surveillance Network si è incaricata di tracciare il numero di oggetti attualmente in orbita e la stima attuale vede 23000 oggetti (tra i 5 cm e 1 m) orbitare intorno alla Terra, ma questo valore potrebbe essere molto più elevato; infatti oggetti con un diametro inferiore a 5 cm sono difficili, se non addirittura impossibili, da tracciare. Questi detriti si concentrano maggiormente nelle orbite più basse (LEO Low Earth Orbit), o in ogni caso inferiori a 36000 Km, dove orbitano i satelliti per la comunicazione, navigazione e metereologia.
In particolare tra il 2007 e il 2009 si è registrato un significativo aumento dei detriti a causa di due eventi significativi: la distruzione di un satellite cinese durante un test missilistico e la collisione tra un satellite della costellazione Iridium e il satellite russo Kosmos 2251; solo quest’ultimo ha prodotto diverse migliaia di nuovi detriti!
Purtroppo, anche interrompendo del tutto il lancio di oggetti in orbita, il numero di detriti continuerà ad aumentare a causa delle continue collisioni tra gli oggetti attualmente in orbita; l’unica soluzione è rimuovere attivamente l’attuale “spazzatura” ed evitarne la formazione di futura, attraverso la progettazione di satelliti e componenti “a prova di detriti”. Stiamo parlando di “design for demise” (letteralmente: progettare la fine).
Cosa significa progettare la morte di un satellite?
Design for Demise.
Il termine Design for Demise indica l’intenzionale progettazione di strutture spaziali in grado di bruciare completamente, durante un rientro incontrollato in atmosfera, al termine della loro fase operativa. Nel fare ciò, bisogna mettere al primo posto la salvaguardia di oggetti e persone. Infatti, il rischio che un detrito sopravviva durante il rientro deve essere inferiore a 1/10000.
Questo processo dipende da diverse caratteristiche intrinseche della struttura in questione.
Materiale.
Il calore di ablazione e il punto di fusione sono i migliori indicatori della capacità di un materiale di sopravvivere durante un rientro in atmosfera. Nello specifico:
Da questa formula si evince che il calore di ablazione è strettamente collegato alla massa, calore specifico, calore di fusione e temperatura di fusione del materiale. Da ciò la scelta dell’alluminio piuttosto che il titanio per la realizzazione di strutture “demisable”.
Forma e massa.
Diverse forme possono avere importanti effetti sulla capacità di un oggetto di bruciare completamente. Infatti da questo punto di vista, il rapporto tra area e massa è essenziale. Per le stesse considerazioni, ridurre la massa (attraverso fori, pareti meno spesse o stratificazione) aumenta le possibilità di una completa ablazione.
Collocazione dei componenti.
Se si posizionano i componenti fatti di materiale più resistente al calore verso l’esterno della struttura, e di conseguenza quelli meno resistenti all’interno, si sfrutta l’elevato attrito atmosferico delle prime fasi del rientro, per poi bruciarli gradualmente fino a estinguerli.
Un secondo approccio al problema dei detriti è la passivazione.
Che cos’è la passivazione?
Passivazione.
Con il termine passivazione si indicano le strategie per evitare l’accidentale esplosione di qualsiasi sistema spaziale in orbita. L’approccio più efficace a questo problema consiste nel determinare potenziali fonti di energia residua, identificare validi metodi per dissiparla, attivare tali misure al termine della vita operativa dei componenti. Esempi di passivazione possono essere: lo sviluppo di sistemi per la gestione delle batterie, il riutilizzo di propellente o gas pressurizzati residui per spostare il satellite in un orbita a minor rischio di collisione o lo smaltimento del propellente residuo per evitare il mescolamento di questo con l’ossidante.
Che ne è degli attuali detriti?
Fishing net.
Laser.
Tutti i metodi precedentemente analizzati mirano a ridurre i futuri detriti, ma per l’attuale situazione è possibile adottare metodi attivi.
Il principio base consiste nello spostare i detriti in un’orbita inferiore dove spontaneamente entreranno in atmosfera, bruciandosi.
Esistono a tal proposito numerosi e a volte molto fantasiosi progetti, tra loro quelli che hanno ottenuto maggior considerazione sono: Clean Space 1 (Satellite dotato di un braccio meccanico per catturare i detriti), Fishing Net (una gigantesca rete da pesca spaziale), ATV (Automated Transfer Vechicle, veicolo spaziale da rimorchio) e un Laser in corrispondenza di un polo terrestre (punto dove si intersecano le orbite di più satelliti).
Tutto quanto finora esposto risulta inutile se si continua a valutare il problema ‘smaltimento rifiuti’ dal punto di vista meramente economico. Infatti al contrario di tutti i profitti derivanti dalla messa in orbita di un satellite, la sua rimozione richiede ingenti quantità di denaro senza alcun ritorno economico.
Chi investe nel settore spaziale deve prendere una decisione: accontentarsi di quello che si ha oggi o essere lungimiranti e pensare allo spazio intorno alla Terra come a un luogo ricco di potenzialità destinate a rimanere inutilizzate se verranno seppellite da una montagna di spazzatura.
di Sara Pavesi
Bibliografia:
- Interagency Report On Orbital Debris 1995 Office of Science and Technology Policy
- Orbital Debris: A Technical Assessment NASA-CR-198639
- Using the Design for Demise Philosophy to Reduce Casuality Risk due to Reentering Spacecraft R.L.Kelly (NASA)
- Spacecraft Design-for-Demise Strategy, Analysis and Impact on Low Earth Orbit Space Mission WaswaM.B.Peter
- Space Debris Mitigation Guidelines of the Committee on the Peaceful Uses of Outer Space UNOOSA
- Technical Report on Space Debris UNOOSA
- www.deorbitaldevices.com
- http://www.esa.int/Our_Activities/Operations/Space_Debris
- National Aeronautics and Space Administration The Threat of Orbital Debris and Protecting NASA Space Assets from Satellite Collisions NASA
