Rientro della Stazione Spaziale cinese Tiangong-1: su quale zona della Terra brucerà? C’è il rischio che qualche pezzo raggiunga il suolo?

Tiangong-1 (Palazzo Celeste-1), è la prima stazione spaziale della Cina ed un laboratorio spaziale sperimentale. Il suo obiettivo principale è stato quello di testare e gestire le tecnologie relative all’avvicinamento ed attracco in orbita. È identificabile con il suo codice UN COSPAR ID 2011-053A. È stata lanciata il 30 settembre 2011 alle 03:16:03:507 ora universale, a bordo di un razzo Long March 2F/G dal centro di lancio satellitare di Jiuquan, nel deserto dei Gobi, Mongolia continentale, Cina. Una missione senza equipaggio e due con equipaggio, eseguite dalla navicella Shenzhou (navetta divina), hanno avuto luogo durante la durata operativa della stazione.

Di seguito il documento preparato ed aggiornato dallo Space Debris Office, ESA/ESOC (Darmstadt, Germania), che risponde alle domande più frequenti sul rientro della Stazione cinese Tiangong-1.

D. Cosa succede?

La stazione spaziale cinese Tiangong-1 rientrerà nell’atmosfera terrestre e, sostanzialmente, brucerà. Periodo previsto tra marzo ed aprile 2018.

A partire da metà gennaio 2018, la navetta si trova a circa 280 km di altitudine in un orbita che inevitabilmente decadrà; probabilmente brucerà a causa del calore estremo generato dal suo passaggio ad alta velocità attraverso l’atmosfera (alcune navicelle, come le capsule Soyuz, sono progettate per sopportare il rientro).

Dopo il lancio nel 2011, l’orbita della Tiangong-1 ha cominciato a decadere regolarmente a causa della debole, ma non nulla, resistenza aerodinamica presente a 300 o 400 km di altitudine. Ciò riguarda tutti i satelliti e i veicoli spaziali in orbita bassa terrestre, come la Stazione Spaziale Internazionale(ISS) per esempio.

Di conseguenza, tali veicoli spaziali devono condurre regolari “manovre di spinta” per mantenere la loro orbita – tipicamente, i controllori da terra inviano il comando ai motori o ai razzi per accendersi per un determinato periodo di tempo, facendoli accelerare per guadagnare quota.

Durante il suo periodo di vita operativa, dal lancio e fino a dicembre 2015, regolari manovre di mantenimento dell’orbita sono state eseguite dalla Tiangong-1 per mantenere una quota operativa compresa tra i 330 ed i 390 chilometri sopra la superficie terrestre.

D. Quale era il progetto originale di dismissione?

Inizialmente, un “rientro controllato” era pianificato per la navicella spaziale alla fine della sua vita.

Questo significa che i controllori di terra avrebbero inviato ai motori i comandi di accensione, rallentando il veicolo significativamente di modo che cadesse verso la superfice. Accendere i motori sarebbe stato fatto in un momento specifico così che il veicolo sarebbe rientrato in atmosfera e, sostanzialmente, avrebbe bruciato su una larga regione inabitata dell’Oceano Pacifico meridionale. Qualsiasi pezzo rimanente sarebbe caduto nell’oceano, lontano da qualsiasi zona abitata. Questo è precisamente cosa ha fatto l’ESA, per esempio, con la serie dei cinque veicoli cargo ATV dell’Agenzia, tra il 2008 ed il 2015.

Tuttavia, a marzo 2016 la stazione spaziale Tiangong-1 ha cessato di funzionare ma ha mantenuto la sua integrità strutturale. Nella misura in cui può essere pienamente confermato, le squadre a terra hanno perso il controllo della navicella, e non è più possibile comandarla per l’accensione dei motori. Ci si aspetta, pertanto, che effettui un “rientro non controllato”.

D. Quanto è grande la Tiangong-1? Che forma ha?

Il corpo principale della navicella, lungo 10,4 metri, è costituito da due cilindri di lunghezza pressoché uguale: un modulo di servizio ed un modulo sperimentale.  Il modulo di servizio più sottile fornisce alimentazione e capacità di controllo dell’orbita per la stazione. Ha due pannelli solari, ciascuno dei quali misura approssimativamente 3 x 7 metri. Il modulo di servizio più corposo comprende una sezione conica frontale chiusa, che include una porta di attracco, una sezione cilindrica e un sezione conica posteriore. Il modulo sperimentale è abitabile.

Secondo quanto riportato, la massa totale del veicolo spaziale era di circa 8.5 tonnellate compreso il carburante al momento del lancio. Considerato che la stazione spaziale ha superato la sua vita operativa originariamente pianificata di due anni e che ha continuato ad operare con successo per altri due anni dopo tale data, una considerevole quantità di carburante deve essere stata utilizzate per mantenere l’orbita e le condizioni ambientali di abitabilità all’interno.

Ciò significa che una massa significativamente più bassa è probabile al rientro, se comparata alla massa di satelliti non più in uso che effettuano dei rientri non controllati tipicamente un paio di volte al mese.

D. Ad oggi, chi ha fatto o sta facendo cosa?

La Cina ha notificato UNOOSA, l’Ufficio delle Nazioni Unite per gli affari dello spazio extra-atmosferico, dell’imminente rientro e si è impegnata ad aumentare il monitoraggio e le previsioni del degrado dell’orbita, compresa la richiesta di un monitoraggio internazionale congiunto e una campagna di divulgazione congiunta delle informazioni nell’ambito del Comitato Inter-Agenzia di Coordinamento per i Detriti Spaziali, o IADC.

L’IADC comprende esperti di detriti spaziali ed altri provenienti da 13 agenzie spaziali/organizzazioni, incluse NASA, ESA, agenzie spaziali nazionali europee, JAXA, ISRO, KARI, Roscosmos e l’ente spaziale nazionale cinese.

I membri dell’IADC utilizzeranno questo evento per condurre la loro annuale campagna di test di rientro, durante la quale i partecipanti uniranno le proprie previsioni della finestra temporale, così come pure i loro rispettivi set di dati di tracciamento ottenuti dai radar o da altre fonti. L’obiettivo è quello di verificare, fare analisi incrociate e migliorare la precisione delle previsioni per tutti i membri.

L’ESA funge da ospite ed amministratore per la campagna, come ha fatto per le venti precedenti campagne di test IADC dal 1998. Un caso speciale per l’ESA è stata la campagna del 2013 durante il rientro non controllato del proprio satellite GOCE.

Aggiornamenti regolari vengono forniti tramite il sito web della China Manned Space Agency, in cinese ed in inglese.

A partire da gennaio 2018 l’altitudine media della stazione spaziale è di 280 km. Si ritiene che l’ulteriore degrado, e pertanto rientro, non sia controllato, riferendosi al mantenimento dell’orbita. Ciò, tuttavia, non è stato confermato inequivocabilmente dalle autorità cinesi. È stato però riportato che l’assetto, ossia l’orientamento, della Tiangong-1 è stabilizzato.

D. Su quale zona della Terra brucerà?

A causa dell’inclinazione dell’orbita della Tiangong-1, 42.8 gradi approssimativamente, e della probabile natura incontrollata del rientro, il punto di impatto finale può essere ovunque sulla Terra tra i 42.8 gradi nord ed i 42.8 gradi sud in latitudine.

Come si può vedere dalla tabella sulla destra nella mappa qui sopra, la posizione stessa del rientro non è uniformemente distribuita. A causa della geometria dell’orbita circolare della navetta, la probabilità che il rientro avvenga alla latitudine massima (42.8 gradi N) ed alla minima (42.8 gradi S) è superiore che all’equatore.

Perchè?

A causa della bassa eccentricità e dell’inclinazione non polare dell’orbita (in altre parole, poiché l’orbita della stazione spaziale intorno alla Terra è circolare e ad angolo rispetto all’equatore), la stazione spaziale passa più tempo vicino ai margini della banda di quanto ne passa attraverso la regione equatoriale della Terra. Ciò porta ad una maggiore probabilità che il rientro avvenga vicino ai confini della banda di latitudine, cioè la parte superiore ed inferiore della fascia nella mappa qui sopra.

D. Qualcuno saprà in anticipo la posizione precisa e l’orario del rientro?

Solo a partire da un giorno prima del rientro effettivo sarà possibile prevedere approssimativamente quale zona, e quindi quali regioni della Terra, potrebbero assistere al rientro.

Ma anche in questo caso, una previsione del luogo di impatto nell’ordine di chilometri è, per un rientro incontrollato, oltre le attuali capacità tecniche – a causa della complessità dei modelli dell’atmosfera, della dinamiche dell’oggetto rientrante e per i limiti nell’osservazione del veicolo spaziale.

In generale, l’incertezza associata alle previsioni di un rientro non controllato è nell’ordine del 20% della durata orbitale rimanente. In pratica, questo significa che anche 7 ore prima dell’effettivo rientro, l’incertezza sul luogo di impatto è un giro orbitale completo – a significare più o meno migliaia di chilometri!

Le ultime previsioni di rientro saranno postate nelle pagine del blog Rocket Science.

Se la navicella ha ora un sistema di controllo dell’assetto funzionante, questo potrebbe cessare di funzionare sotto i carichi di pressione dinamica più elevati (a causa di una caduta verso il basso nell’atmosfera) quando si avvicina al rientro e l’incertezza della finestra temporale di rientro potrebbe aumentare (questo fu il caso, per esempio, per il rientro del satellite GOCE dell’ESA).

D. Una volta che rientra e si spezza, c’è il rischio che qualche pezzo raggiunga il suolo?

Tiangong-1 è un grande veicolo spaziale paragonabile per dimensioni e massa ad altre stazioni spaziali e veicoli cargo frequentemente utilizzati, come gli ATV dell’ESA, il giapponese HTV, la navetta russa Progress e quelle americane Dragon o Cygnus.

Dal monitoraggio dei rientri controllati di questi tipi di veicoli spaziali si può ipotizzare che la Tiangong-1 si romperà durante il suo rientro in atmosfera e che alcune parti sopravviveranno al processo e raggiungeranno la superficie terrestre.

Video dell’ATV-1 dell’ESA durante il suo rientro controllato a settembre 2008.

Data la natura incontrollata di questo evento di rientro, la zona su cui i frammenti potrebbero cadere si estende su un ellissoide curvo lungo migliaia di kilometri e largo decine di chilometri. Mentre una vasta area potrebbe essere interessata, è importante sottolineare che una larga parte della Terra è coperta di acqua o disabitata.

Quindi la probabilità personale di essere colpiti da un pezzo di detrito proveniente dalla Tiangong-1 è in realtà 10 milioni di volte inferiore alla possibilità annua di essere colpiti da un fulmine.

Nella storia del volo spaziale, non sono mai state confermate vittime causate dalla caduta di detriti spaziali.

D. In che modo il rientro della Tiangong-1 è paragonabile con il rientro di velivoli di simili dimensioni nel passato?

Con le sue 8.5 tonnellate metriche di massa (iniziale), Tiangong-1 non è sicuramente il più grande rientro incontrollato nella storia dei voli spaziali. Questo sarebbe invece Skylab con 74 tonnellate metriche.

Tiangong-1 rientra nella categoria dei moderni mezzi di trasporto spaziali (con o senza equipaggio) come i già citati ATV (12 t), il giapponese HTV (10 t), i veicoli russi Progress (7 t) e Soyuz (7 t), quelli statunitensi Dragon (7 t) o Cygnus (5 t) ed il cinese Tianzhou (13 t). Queste masse si riferiscono alla navicella carica; nella tabella più sotto, sono mostrate al rientro.

D. In che modo l’ESA condividerà notizie o aggiornamenti sul rientro?

Oltre alle notizie pubblicate nel blog, ESA aggiornerà regolarmente le autorità degli Stati Membri dell’ESA con informazioni dettagliate sul rientro, come avviene in tutti questi eventi.