• Umberto Merlino

"Space debris" e sostenibilità dello Spazio esterno: la sfida del secolo

Negli anni Settanta, il consulente NASA Donald J. Kessler formulò uno scenario, secondo il quale il progressivo aumento della rete satellitare globale avrebbe senza dubbio incrementato la probabilità di collisione fra gli oggetti dispiegati in orbita. La sindrome di Kessler – il nome dato allo scenario – esprime al meglio quanto sia cruciale per la civiltà umana preservare il tessuto aerospaziale.


I dati


Ecco qualche numero per rendere l’idea. Secondo lo US Space Surveillance Network, nel 2017 soltanto il 4% degli oggetti orbitanti erano satelliti operativi, mentre la restante porzione sotto forma di detriti (debris) e satelliti dismessi. Sempre nel 2017, si stimavano circa 750.000 detriti spaziali del volume di almeno 1 cm3. Cinque anni dopo la cifra è nettamente superiore: 170 milioni di detriti, circa 8.000 tonnellate.


Inoltre, il numero dei satelliti operativi continua a salire vertiginosamente, visto che sempre più paesi stanno sviluppando capacità tecnologiche per accedere allo Spazio. Ad oggi, si contano 4.550 satelliti operativi, un bilancio poco meno che raddoppiato rispetto ad aprile 2020, quando i satelliti erano 2.660 circa.


La maggior parte dei satelliti percorre la propria traiettoria in orbita LEO (Low-Earth Orbit, forbice compresa tra i 300 e i 1.000 km d’altezza) ed è proprio in questa zona che diventa più tangibile il rischio di collisioni. La tecnologia ASAT, per esempio, che continua ad essere oggetto di sperimentazioni da parte di Mosca, è in grado di fare a pezzi un satellite con un solo missile, destabilizzandone l’orbita e producendo decine – se non centinaia – di detriti.


Al 1° settembre 2021, gli USA detengono la quota più consistente dell’intera costellazione satellitare (61%), seguiti da Cina (431), Russia (167) e altri attori internazionali (1.164). Questo espone ancora di più l’ambiente extra-atmosferico agli oggetti orbitanti e riduce la sostenibilità dell’orbita terrestre creando un preoccupante circolo vizioso.


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L'orbita geostazionaria (GEO) | ESA

Le soluzioni: il tracciamento


Quali sono le soluzioni per ridurre il numero dei detriti? In primo luogo, la comunità internazionale si è da tempo organizzata per garantire il tracciamento delle costellazioni satellitari, assegnando un codice di identificazione per ogni infrastruttura orbitale. Rimane comunque presente uno standard da seguire per fare in modo che ogni infrastruttura possa “prendere il suo posto” o essere sostituita se non più agibile, quindi smaltita correttamente. Nonostante ciò, il rischio di collisioni e sabotaggi rende questo sistema poco affidabile, almeno a tratti.


Il tracciamento costituisce perciò un tassello fondamentale per identificare future minacce e prevenire così le collisioni applicando manovre di collision avoidance compiute attraverso i propulsori in dotazione. Gli USA fanno affidamento sullo Space Surveillance Network, mentre l’Europa si sta munendo delle capacità di SSA/SST (Space Situational Awareness/Space Surveillance & Tracking), nel tentativo di implementare una propria indispensabile autonomia anche in questo campo, con sistemi basati a terra e altri in orbita (upstream e downstream).


Inoltre, siccome un costante monitoraggio del traffico orbitale consente di prevenire le collisioni, l’intelligenza artificiale potrebbe essere di grande ausilio per un tracciamento più efficiente. L’Agenzia Spaziale Europea, per esempio, sta sviluppando un software di machine learning che valuti autonomamente il rischio e la probabilità di collisione fra satelliti e altri oggetti orbitanti.


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Affollamento dell'orbita bassa (LEO) | Satflare

L’In-Orbit Servicing


L’In-Orbit Servicing (IOS) rappresenta un’attività di fondamentale importanza da svolgere in orbita: una navicella o un altro satellite si avvicina all’oggetto (stessa velocità orbitale e stessa direzione) per deviarne la traiettoria. Di conseguenza, l’oggetto può essere riposizionato (re-orbiting) in modo che il suo percorso non sia più un problema, essere “spinto” verso la Terra facendolo rientrare (de-orbiting), oppure essere spinto verso lo Spazio esterno nelle cosiddette “orbite cimitero”, a oltre 36.000 km dal nostro pianeta. Bisogna anche aggiungere che più un satellite è vicino all’atmosfera, più ne subisce l’attrito e più questo lo fa rallentare, comportando comunque un naturale decadimento verso la superficie terrestre negli anni successivi (solitamente qualche decina d’anni).


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Attracco durante l'in-orbit servicing (IOS) | ESA

I cubesat


Anche il dispiegamento di satelliti sempre più ridotti viene assunta come una soluzione estemporanea, ma comunque per nulla sostenibile nel lungo periodo, dato che molti altri Stati, come la Cina, hanno in programma di schierarne migliaia nei prossimi anni. Il progetto Stalink di Space X fornisce un esempio di come l’efficienza dei lanci possa affiancarsi al potenziamento delle competenze tecnologiche di un attore spaziale. Con una capacità di 60 micro-satelliti per lancio, SpaceX ha finora mandato oltre 2000 cubesat operativi in orbita LEO, una costellazione che potrebbe raggiungere in pochi anni quota 12.000 e che punta a monopolizzare il mercato dei servizi di connessione a internet a banda larga.


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La rete di Starlink | SpaceX

Tecnologie di bonifica


Le principali potenze spaziali stanno puntando sullo sviluppo di sistemi di bonifica dei detriti spaziali. Il progetto più eloquente è il satellite RemoveDEBRIS, sviluppato dall’Università del Surrey e lanciato in orbita nel 2018 da SpaceX. Il satellite ha dimostrato di poter intrappolare un cubesat all’interno di una rete, nonché si arpionare oggetti per trarli verso di sé durante il percorso.


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Processo di "cattura" e de-orbiting verso Terra | ESA

Altra soluzione è l’uso di sistemi laser basati a Terra, che potrebbero fungere come strumento per dismettere i satelliti inagibili e farli rientrare dall’orbita. La luce infatti riesce ad esercitare una spinta sulla materia e perciò un laser ad alta energia costantemente puntato su un oggetto orbitante potrebbe ridurne la velocità e diminuire l’altitudine dell’orbita, provocandone il rientro.


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Sistema laser dual-use | J. Mason et al., ArXiv

Scenari futuri


Poco si sa di quello che potrebbe succedere in futuro, specialmente se dovesse compiersi la profezia formulata da Kessler. Nonostante la comunità internazionale stia imbastendo una serie di contromisure per prevenire l’inagibilità del tessuto aerospaziale, il rischio di un “effetto Kessler” potrebbe seriamente realizzarsi. In più, la weaponization dello Spazio dovuta alle crescenti tensioni fra le principali superpotenze potrebbe amplificare ulteriormente la portata di questo scenario.


È certo di come sia imperativa un’operazione di bonifica dell’ambiente extra-atmosferico, così come la necessità di responsabilizzare tutti gli attori internazionali nel momento in cui si accendono i propulsori per il lancio.


Ma la nostra società è sempre più dipendente dagli impianti satellitari, ormai pervasivi. Dal commercio alle transazioni finanziarie, dalla produzione dei beni e dei servizi ai vari dispositivi quotidiani: tutto dipende dalla salute degli impianti orbitanti. Cosa succederebbe se venissero danneggiati o distrutti? Come si potrebbe fermare l’impennata dei detriti? E soprattutto, come risponderebbe l’ordine sociale nel suo complesso al caos generale, consapevole che non avrebbe più a disposizione le tecnologie su cui prima fondava la propria esistenza?