L’ambiente spaziale attorno alla terra ospita una quantità significativa di oggetti lanciati per perseguire vari scopi. Una volta esaurita la loro funzione emerge però un grande problema circa il rischio di collisione e di dispersione, da cui deriva il fenomeno dei detriti spaziali. Alla luce degli effetti provocati da questo tipo di attività, cresce l’attenzione verso la sostenibilità e le modalità di rimozione attiva dei detriti.
Origine dei detriti spaziali
Nel tempo, lo spazio è diventato un ambiente sovraffollato e popolato da oggetti lanciati dalla superficie terrestre. Le orbite LEO (Low Earth Orbit) e GEO (Geostationary Orbit) sono le più utilizzate e occupate dai detriti spaziali, tra cui si osservano in primis: satelliti dismessi o fuori uso, lanciatori e altri oggetti di missione. La quantità di detriti spaziali è in continua crescita anche a causa di altri fattori, come l’avvento di mega costellazioni costituite da migliaia di satelliti, la democratizzazione dello spazio che consente anche a start-up con un budget ridotto di lanciare satelliti in orbita e eventi di break-up che provocano collisioni tra satelliti e detriti spaziali generando a loro volta ulteriori danni. In questa circostanza aumenta drasticamente il rischio di collisione tra oggetti nello spazio mettendo in discussione la possibilità di condurre determinate azioni in questa dimensione.
Gli ultimi dati forniti dalla Space Debris dell’Agenzia Spaziale Europea, aggiornati a giugno del 2024, fotografano in maniera inequivocabile questo fenomeno. A partire dall’inizio dell’era spaziale, inaugurata nel 1957, sono stati effettuati un totale di 6640 lanci di razzi, ad esclusione di quelli fallimentari. Nel complesso, questi lanci hanno portato in orbita 18 mila satelliti, di cui 12 mila ancora fluttuanti nello spazio. Ad oggi, il numero di dispositivi attualmente funzionanti non supera le dieci mila unità: questo scarto concorre a incrementare la quantità totale di detriti nello spazio. Un ulteriore elemento degno di nota riguarda il fatto che non tutti gli oggetti sono tracciati e catalogati e, di conseguenza, i numeri sopra indicati potrebbe sottostimare le cifre reali che caratterizzano questo fenomeno.
La sindrome di Kessler
Nel 1978 Donald J. Kessler, astrofisico della NASA, teorizza uno scenario alquanto preoccupante. Il numero di detriti spaziali situati nell’orbita bassa attorno alla Terra sarebbe presto aumentato fino a innescare una reazione a catena di collisioni. L’effetto immediato porterebbe all’incremento esponenziale del volume di detriti e al rischio di ulteriori impatti. Nel peggiore dei casi, la conseguenza diretta di questa previsione condurrebbe all’aumento della quantità di rifiuti spaziali compromettendo la possibilità di compiere ulteriori missioni spaziali e il funzionamento delle comunicazioni satellitari.
Dopo più di quarant’anni dall’affermazione di questa teoria, è possibile constatare un primo risultato concreto da rinvenire nella presenza di migliaia di satelliti artificiali in orbita e di tonnellate di detriti spaziali. Lo scenario più probabile e catastrofico si traduce nella collisione tra oggetti di grandi dimensioni che a loro volta potrebbero generare ulteriori frammenti in un ciclo continuo di scontri tra frantumi.
Analizzando alcuni dati, le collisioni tra oggetti spaziali avvengono a velocità relative che possono raggiungere anche i 14 km/s. Di conseguenza, a questa velocità, l’impatto tra un satellite operativo e un frammento di dieci centimetri può causare la completa distruzione del satellite stesso. L’effetto immediato della collisione porta alla perdita del servizio offerto dal satellite e alla creazione di ulteriori detriti. La minaccia maggiore riguarda il possibile impatto con la Stazione Spaziale Internazionale (ISS) che metterebbe a rischio la struttura e gli astronauti. Si stima che, in caso di collisione, i costi di riparazione si aggirerebbero intorno a 200 milioni di euro.
Collision Avoidance System
I detriti spaziali vengono identificati attraverso l’utilizzo di telescopi terrestri e spaziali e di radar (detection) e vengono monitorati attraverso l’ausilio di laser (tracking). I dati raccolti vengono analizzati per prevedere potenziali congiunzioni o avvicinamenti tra satelliti e detriti fluttuanti fornendo avvisi tempestivi di potenziali collisioni. In seguito alla segnalazione, gli operatori satellitari eseguono una valutazione di congiunzione che stabilisce la probabilità di collisione attraverso l’analisi di dati orbitali precisi e modelli statistici che prendono in considerazione la velocità, la dimensione e i percorsi orbitali degli oggetti in questione.
Nel caso in cui venga superata la soglia di probabilità di collisione viene messa in atto una manovra di evitamento per spostare il satellite con costi e rischi connessi al carburante e al potenziale errore umano. Attraverso il calcolo del delta-v minimo (cambiamento di velocità) è possibile alterare l’orbita del satellite ed evitare la collisione. Questo processo si conclude con il necessario rientro del satellite nella sua orbita operativa.
Per ottimizzare i tempi di risposta e minimizzare il rischio di errore umano si sta cercando di sviluppare sistemi automatizzati in grado di evitare le collisioni attraverso il ricorso ad algoritmi sempre più elaborati per quantificare il rischio effettivo.
Una volta identificati i detriti potenzialmente pericolosi o a rischio di collisione è possibile avviare un meccanismo per garantire maggiore protezione attraverso il Collision Avoidance System. La prevenzione delle collisioni satellitari supportata dalla sicurezza operativa dei satelliti consente di mantenere l’integrità delle infrastrutture spaziali tutelando l’erogazione di servizi, quali: le telecomunicazioni, le previsioni meteorologiche, l’osservazione spaziale e la geolocalizzazione.
Sfide e prospettive future
Al centro delle sfide per mitigare il rischio di collisioni si trova la necessità di migliorare l’accuratezza dei dati orbitali. Il primo scoglio da superare prevede il rafforzamento della tecnologia di sorveglianza spaziale per tracciare anche i detriti più piccoli con maggiore precisione.
Inoltre, l’aumento del numero di satelliti e il lancio di grandi costellazioni richiedono meccanismi avanzati di coordinamento e di comunicazione per gestire il traffico spaziale.
Di pari passo, la cooperazione internazionale è indispensabile per il corretto funzionamento dei sistemi anticollisione. Dal momento che lo spazio è un bene comune globale, la collaborazione e la condivisione di dati tra vari paesi e aziende sono cruciali per prevenire le collisioni e gestire l’eliminazione dei detriti.
Ad oggi, la rimozione attiva dei detriti prevede diversi metodi di esecuzione, come bracci meccanici per raccogliere gli oggetti (braccio robotico, rete di cattura e arpione spaziale) oppure sistemi laser terrestri o spaziali e IBS, ovvero l’utilizzo di droni per spingere o trasportare un detrito in una determinata direzione. Nonostante gli enormi progressi tecnologici, queste tecniche risultano costose e poco efficaci richiedendo ulteriori sviluppi nella gestione dei detriti spaziali.
In conclusione, la tecnologia applicata alla gestione dei detriti spaziali è un campo in continuo sviluppo che deve affrontare la crescente sfida inerente alla sicurezza delle operazioni spaziali. Il continuo progresso di queste tecniche, insieme alla cooperazione internazionale e al miglioramento della gestione del traffico spaziale, costituiscono il pilastro per garantire la sostenibilità e la continuità a lungo termine delle attività spaziali.
