Il nostro pianeta è circondato da veicoli spaziali che svolgono un lavoro importante per studiare i cambiamenti climatici, fornire servizi di comunicazione e geolocalizzazione globali e aiutarci a rispondere a importanti domande scientifiche. Ma alcune delle loro orbite si stanno affollando e sono sempre più agitate da implacabili pezzi in rapido movimento di satelliti e razzi in disuso che minacciano il nostro futuro nello spazio. Lo rende noto l’Agenzia Spaziale Europea (ESA) in un approfondimento. Nel 2002, l’Inter-Agency Debris Coordination Committee (IADC) ha pubblicato le linee guida per la riduzione dei detriti spaziali. Le misure descritte nelle linee guida indicano come progettare, operare e gestire le missioni spaziali in modo da evitare la creazione di ulteriori detriti. Si tratta di un provvedimento cruciale per la protezione delle nostre orbite più importanti ed è servito come punto di partenza per la politica spaziale, la legislazione nazionale e gli standard tecnici per due decenni.
Dal 2016, lo Space Debris Office dell’ESA pubblica un rapporto annuale sull’ambiente spaziale per fornire una panoramica trasparente delle attività spaziali a livello globale e determinare in che misura queste e altre misure internazionali di riduzione dei detriti stiano migliorando la sostenibilità a lungo termine dei voli spaziali. Di seguito una panoramica del rapporto 2023:
- Le orbite intorno alla Terra costituiscono una risorsa limitata.
- Nel 2022, sono stati lanciati più satelliti che in qualsiasi anno precedente.
- Il numero e la dimensione delle costellazioni di satelliti commerciali in determinate orbite terrestri basse di grande valore economico, continuano a crescere.
- Un numero insufficiente di satelliti lascia queste orbite fortemente congestionate alla fine della loro vita utile.
- I satelliti che rimangono nell’orbita operativa al termine della loro missione rischiano di frammentarsi in pericolose nubi di detriti che rimangono in orbita per molti anni.
- I satelliti attivi devono eseguire un numero sempre maggiore di manovre per evitare le collisioni con altri satelliti e frammenti di detriti spaziali.
- L’adozione di misure di attenuazione dei detriti spaziali sta migliorando ma non ancora in misura sufficiente, considerato l’enorme numero di nuovi satelliti e la quantità di detriti esistenti – e il nostro comportamento nello spazio sembra essere insostenibile nel lungo termine.
Tendenze in atto
Il numero di nuovi satelliti lanciati continua ad aumentare di anno in anno. 2.409 nuovi satelliti sono entrati in orbita intorno alla Terra nel 2022, un numero mai raggiunto prima.
La maggior parte dei nuovi satelliti si sta dirigendo verso orbite simili. Lo spazio può essere incommensurabilmente vasto, ma le regioni con valore economico possono essere sorprendentemente scarse. Il numero di nuovi satelliti lanciati lo scorso anno ha visto quasi esclusivamente la creazione o l’espansione di costellazioni di satelliti commerciali in orbite terrestri basse. Queste costellazioni vengono lanciate per fornire servizi quali le comunicazioni globali, ma solo una stretta fascia di orbite è adatta a questi scopi. Di conseguenza, una collisione o esplosione in queste regioni orbitali sarebbe catastrofica per il resto dei satelliti in orbite simili e per i satelliti o i veicoli spaziali con equipaggio che attraversano questa regione diretti verso destinazioni più lontane.
Queste orbite sono le più pericolose. Degli oltre 30.000 singoli detriti spaziali di dimensioni superiori a 10 cm attualmente identificati, più della metà di essi si trova nell’orbita terrestre bassa (sotto i 2.000 km). Non sono inclusi gli oggetti che non sono ancora stati tracciati o quelli attualmente troppo piccoli per essere tracciati. In base ai modelli dell’ESA, il numero totale di oggetti in orbita attorno alla Terra, di dimensioni superiori a 1 cm, è probabilmente superiore a un milione.
Tuttavia, a causa dell’aumento del traffico di lancio, è più probabile che un satellite medio in un’orbita inferiore ai 600 km debba intraprendere una manovra per evitare di entrare in collisione con un altro satellite piuttosto che con un detrito. Un’eventuale collisione con un altro satellite operativo potrebbe essere più facile da evitare poiché, in genere, entrambi gli oggetti sono manovrabili, ma questo richiede un buon coordinamento e uno scambio di dati tra gli operatori per garantire che non si creino fraintendimenti.
A quote più elevate, i satelliti sono più a rischio di entrare in collisione con un frammento di detrito derivante da un limitato numero di noti eventi di frammentazione.
Nuovi spunti di riflessione
Un numero record di oggetti rientra nell’atmosfera terrestre. Un numero da record di oggetti realizzati dall’uomo è rientrato dallo spazio nel 2022. Ciò è stato causato da un gran numero di “frammenti di satelliti” (PF) in caduta, per lo più derivanti da un test anti-satellite effettuato in orbita. Tuttavia, lo scorso anno si è visto anche un numero record di satelliti rientrati nell’atmosfera terrestre.
Un numero crescente di satelliti è conforme alle linee guida internazionali. L’aumento del numero di rientri non è necessariamente un dato negativo. Smaltire i satelliti in modo efficiente è una delle operazioni più importanti per mantenere sicure le orbite terrestri basse. Le linee guida per la riduzione dei detriti spaziali prevedono che i satelliti lascino le orbite protette entro 25 anni dalla fine del loro utilizzo. Questa immagine mostra come la conformità a tale linea guida stia migliorando per i diversi tipi di satellite. I primi satelliti a costellazione presentavano una conformità molto bassa, ad esempio, mentre la conformità di quelli lanciati in questo decennio è quasi del 100%.
Questo significa che il numero di rientri continuerà a crescere. Oltre l’80% dei satelliti a costellazione lanciati nel 2022 sono stati inseriti in orbite da cui decadranno verso la Terra in meno di due anni quando non saranno più operativi. Si prevede quindi che il numero crescente di satelliti che rientrano nell’atmosfera terrestre sia destinato a continuare anche nei prossimi anni. La maggior parte dei satelliti non facenti parte di una costellazione sono inseriti in orbite dalle quali il rientro naturale avverrebbe in meno del massimo previsto di 25 anni, come stabilito dalle linee guida e dagli standard internazionali. Nella pratica, l’introduzione di queste linee guida ha visto le attività orbitali spostarsi verso altitudini più basse rispetto a 10 anni fa.
Nonostante ciò, la maggior parte degli oggetti rientra in modo incontrollato: vengono spenti alla fine della loro missione e lasciati cadere e consumarsi nell’atmosfera terrestre. Questo aiuta a mantenere le orbite libere da rifiuti spaziali inattivi, ma l’operatore non ha alcun controllo su dove nei nostri cieli si frantumeranno e dove sulla Terra eventuali frammenti superstiti atterreranno. L’avanzamento della tecnologia, la crescente riutilizzabilità e l’implementazione e il rispetto delle linee guida sulla sostenibilità hanno visto un recente aumento dei “rientri controllati” per i corpi dei razzi. Un rientro controllato consente agli operatori di rimuovere l’oggetto dalle regioni protette in modo più rapido e con un maggiore controllo su dove, quando e come tale oggetto rientra – e persino atterra – al costo di dedicare il carburante necessario per l’operazione.
Se le linee guida per la riduzione dei detriti spaziali diventeranno più rigorose nei prossimi anni, i satelliti potrebbero anche dover abbandonare le regioni protette più rapidamente di quanto non facciano oggi e in modalità ancora più sicura. Una strada per raggiungere questo obiettivo è progettare il satellite in modo che esegua un rientro controllato alla fine della sua missione.
Tuttavia, il fatto che un satellite più vecchio non sia stato progettato per essere controllato durante la sua discesa nell’atmosfera non significa che sia impossibile farlo. Nel luglio del 2023, i team del controllo missione ESOC dell’ESA hanno sperimentato un nuovo modo di accompagnare il rientro di un satellite più vecchio che può renderlo più sicuro. I team dell’ESA hanno effettuato il primo “rientro assistito” di questo tipo guidando il satellite Aeolus dell’Agenzia a consumarsi sopra regioni disabitate dell’Atlantico e dell’Antartide, anche se il satellite era stato progettato alla fine degli anni ’90 senza l’intenzione di controllarlo in questo modo.
Prospettiva
Lo spazio sta diventando sempre più utile, prezioso e persino essenziale per la società moderna. Ma dobbiamo assicurarci di non prelevare solo i benefici dall’orbita, ma anche i detriti. I detriti spaziali di grandi dimensioni comportano due tipi di rischio: il rischio a breve termine di collisione diretta con un satellite attivo e il rischio a lungo termine di frantumarsi in una nuvola di pezzi più piccoli, ognuno dei quali minaccia di danneggiare catastroficamente un satellite. Anche se non lanciassimo nulla d’ora in poi, le collisioni tra i detriti spaziali già in orbita peggiorerebbero il problema.
A lungo termine, l’aumento dell’attività spaziale potrebbe portare alla “sindrome di Kessler”, una situazione in cui la densità di oggetti in orbita è sufficientemente alta da far sì che le collisioni tra oggetti e detriti creino un effetto a cascata: ogni incidente genera detriti che aumentano la probabilità di ulteriori collisioni. A questo punto, alcune orbite terrestri basse diventeranno del tutto inutilizzabili.
Quindi, cosa stiamo facendo?
Sulla base dei risultati del rapporto annuale dell’ESA e di altri studi, si registra un crescente consenso sulla necessità di adottare pratiche più rigorose per la riduzione dei detriti spaziali. L’ESA ha recentemente introdotto un approccio Zero Detriti, con l’obiettivo di garantire che le attività dell’Agenzia non generino nuovi detriti spaziali in orbite di valore entro il 2030. L’approccio contempla una serie di sviluppi legati alla politica dell’Agenzia, ai progressi tecnologici e alle operazioni sui satelliti che limiteranno fortemente la formazione di detriti spaziali.
Per i detriti più vecchi, l’unica soluzione è la “rimozione attiva dei detriti”. L’ESA sta acquisendo la missione ClearSpace-1 come servizio dalla start-up svizzera “ClearSpace SA” per dimostrare le tecnologie necessarie per la rimozione attiva dei detriti e come primo passo verso la creazione di un nuovo settore commerciale sostenibile dedicato alla rimozione di oggetti ad alto rischio dalle nostre preziose e limitate autostrade orbitali. ClearSpace-1 sarà la prima missione a rimuovere un detrito spaziale in orbita. Il veicolo spaziale incontrerà, catturerà e porterà a terra in sicurezza una parte di razzo fuori uso di 112 kg, lanciato nel 2013, per un rientro atmosferico sicuro.
Proprio come nel caso del rientro di Aeolus, l’ESA cerca di dimostrare che un approccio più sostenibile è possibile, anche in circostanze difficili. L’Agenzia si augura che, fungendo da esempio, possa incoraggiare altri operatori e produttori del settore spaziale ad adottare pratiche simili per il bene di tutti.
