L’8 settembre, il primo dei quattro satelliti Cluster tornerà sulla Terra e brucerà nell’atmosfera in un “rientro mirato” incontrollato su un’area remota dell’Oceano Pacifico meridionale. In quasi 70 anni di voli spaziali, circa 10.000 satelliti e corpi di razzi sono rientrati nell’atmosfera. Eppure non abbiamo ancora una visione chiara di cosa accada realmente durante un rientro. Ora, un esperimento di osservazione aerea tenterà di assistere al rientro del satellite “Salsa” (Cluster 2). Gli scienziati a bordo di un piccolo aereo cercheranno di raccogliere dati rari su come e quando un satellite si rompe, che possono essere utilizzati per rendere i rientri dei satelliti più sicuri e sostenibili in futuro.
Imparare dalla fine del satellite Salsa
“Per mantenere pulite le preziose orbite della Terra, è importante rimuovere rapidamente un satellite dalle orbite dopo la fine della sua missione, e quindi evitare altri detriti spaziali”, afferma Holger Krag, responsabile della sicurezza spaziale presso l’ESA. “La scienza del rientro è un elemento essenziale di questi sforzi. Il rientro di Cluster può aiutarci a capire come progettare e gestire i satelliti in modo che possano essere smaltiti facilmente, in modo sicuro e sostenibile in futuro”.
Cluster offre un’opportunità unica con il suo quartetto di satelliti identici. A partire da Salsa, ognuno di loro rientrerà in circostanze e angolazioni leggermente diverse, offrendo il sogno di uno scienziato: un esperimento ripetibile.
“Insieme ai nostri partner di Astros Solutions stiamo inviando un aereo per osservare il rientro di Salsa in diretta dal cielo per osservare una classe di satelliti e condizioni di rientro che non sono mai state accessibili prima“, afferma Stijn Lemmens, analista di detriti spaziali presso l’ESA Space Debris Office. “Ci sono test che possiamo fare a terra e abbiamo modelli virtuali, ma abbiamo anche bisogno di osservazioni reali proprio sulla scena di un rientro per completare il quadro. L’esperimento di osservazione da un aereo è una nuova entusiasmante possibilità per noi di raccogliere dati e acquisire sicurezza nella modellazione per supportare nuove missioni”.
L’ultima danza di Salsa punta al Pacifico
Già a gennaio 2024, gli operatori hanno impostato Salsa per puntare a una posizione geografica specifica in una delle regioni più remote della Terra l’8 settembre 2024. Non è proprio una questione di “adesso o mai più”, ma di “adesso o tra 24 anni”.
“L’orbita di Cluster lo porta molto vicino alla Terra e poi di nuovo molto lontano in un ciclo di 12 anni“, spiega Bruno Sousa, responsabile delle operazioni di Cluster. “Salsa fa naturalmente un approccio ravvicinato all’emisfero australe quest’anno, il che sapevamo avrebbe portato alla sua cattura da parte dell’atmosfera. La sua traiettoria è stata leggermente modificata nel gennaio 2024, quando l’abbiamo manovrato per puntare a una regione specifica dell’Oceano Pacifico meridionale, il più lontano possibile dalle regioni popolate“.
Mentre la maggior parte del satellite si disintegrerà in meno di un minuto, è probabile che alcune parti sopravvivano. Puntare alle acque aperte durante il rientro sta riducendo enormemente la quantità di terra su cui potrebbero cadere i frammenti, rendendo il rientro il più sicuro possibile.
“Incontrare” Salsa
Il team ha bisogno di un orario fisso e di una posizione per preparare l’esperimento di osservazione aerea. Un rientro controllato renderebbe tutto un gioco da ragazzi, ma Cluster non è stato progettato con questa capacità.
L’orbita altamente eccentrica dei satelliti Cluster consente un “rientro mirato”. La sua orbita altamente eccentrica significa che Salsa sta subendo una grande perdita di altitudine nel suo punto più vicino alla Terra (perigeo) da un’orbita all’altra a causa dell’influenza gravitazionale del Sole e della Luna. Non è una coincidenza che ciò accada durante le ultime orbite di Salsa. Grandi cadute di oltre 30km di altitudine tra un’orbita e l’altra significano che il team può individuare l’orbita esatta in cui Salsa scenderà così tanto da oltrepassare la soglia in cui i satelliti iniziano a bruciare, a circa 80km di altitudine. È così che sanno che rientrerà e brucerà l’8 settembre.
“È grazie a questa prevedibilità nel tempo e nel luogo del rientro che possiamo equipaggiare un aereo con strumenti scientifici e osservare il rientro il più vicino possibile in sicurezza”, afferma Stijn. “C’è tuttavia un’incognita: la densità atmosferica man mano che scendiamo sempre più in basso. Pertanto, nelle prossime settimane, le stazioni di terra continueranno ad ascoltare Salsa sperando che possa inviare la telemetria fino alla fine. Anche i telescopi stanno monitorando il veicolo spaziale, perché piccole deviazioni dalla sua traiettoria prevista, se ce ne fossero, potrebbero essere importanti per il piano di volo dall’Isola di Pasqua”.
L’esperimento in volo
Non è facile condurre una campagna di osservazione sperimentale aerea in un luogo scelto per il suo isolamento. “La missione di osservazione aerea ‘ROSIE-Salsa’ è uno sforzo congiunto di partner accademici dell’Università di Stoccarda (IRS/HEFDiG), dell’Università Comenius di Bratislava (CUB), dell’Università del Queensland meridionale (UniSQ) e partner industriali di Hypersonic Technology Göttingen (HTG) e Astros Solutions, in stretta collaborazione con l’ESA”, afferma Jiří Silha, CEO di Astros Solutions.
“È una missione molto impegnativa a causa della natura imprevedibile degli eventi di rientro, che rende molto impegnativa la previsione della rottura del rientro e la pianificazione del posizionamento dell’aereo per la migliore osservazione. Tuttavia, con esperti sia in ambito scientifico che di preparazione tecnica, il nostro team è composto da persone eccezionalmente capaci che garantiranno che una volta che l’oggetto sarà in vista, otterremo tutti i dati scientifici rilevanti di cui abbiamo bisogno”.
L’aereo verrà montato con gli strumenti scientifici in Australia prima di effettuare un volo di prova per verificare se tutto è pronto per il grande evento. Quindi il team si sposterà sull’Isola di Pasqua per stabilire le comunicazioni e attendere che sia il momento di partire e incontrare Salsa.
A bordo dell’aereo ci saranno il responsabile scientifico di IRS/HEFDiG, il responsabile della missione di UniSQ e i partecipanti alla missione di CUB e Astros Solutions, che sperano di catturare il rientro in diretta. HTG supporta l’analisi scientifica e la modellazione dei dati, nonché la creazione del piano di volo preciso per l’aereo.
Ogni finestrino dell’aereo sarà dotato di telecamere e spettrografi. In totale, oltre 20 strumenti scientifici cercheranno l’esplosione, tracciando i frammenti e registrando quanti più dettagli possibili.
Poiché il rientro avviene durante il giorno, sarà più difficile individuarlo sullo sfondo luminoso del cielo rispetto a quanto sarebbe di notte. Ciò riduce il tempo che gli scienziati hanno per mettere a punto i loro strumenti. Rende anche più complicato il compito di alcuni degli strumenti che dovranno filtrare rapidamente la radiazione solare dai segnali che stanno cercando di catturare.
Sarà una snervante attesa finché non ci sarà la conferma che l’osservazione è stata un successo. Potrebbero volerci alcuni minuti, o addirittura ore, a causa della connettività limitata sull’aereo e della sua posizione estremamente isolata.
La scienza del rientro nel futuro
L’entusiasmante opportunità di inviare un aereo per osservare i rientri in diretta dall’aria è rara e promette una ricchezza di dati su come e quando esattamente i satelliti si disgregano. Il rientro di Cluster segue quelli delle missioni di osservazione della Terra Aeolus ed ERS-2 dell’ESA. L’ESA sta creando un precedente per un approccio responsabile per ridurre il problema sempre crescente dei detriti spaziali e dei rientri incontrollati con il suo approccio Zero Debris, impegnandosi a fermare la creazione di detriti spaziali entro il 2030.
Fino alla fine di novembre 2024, gli operatori dell’ESA manovreranno i tre satelliti Cluster rimanenti per allinearli per i rientri in posizioni altrettanto remote sull’Oceano Pacifico meridionale. ‘Rumba’ (Cluster 1) scenderà a novembre 2025, mentre ‘Samba’ (Cluster 3) e ‘Tango’ (Cluster 4) ad agosto 2026.
“Oltre ai quattro rientri Cluster, stiamo anche guardando avanti all’entusiasmante missione DRACO dell’ESA. Con DRACO, vogliamo ottenere la telemetria da un satellite che registra ciò che accade dall’interno durante il suo stesso rientro”, afferma Tim Flohrer, responsabile dello Space Debris Office dell’ESA. “DRACO sarà un rientro attivamente controllato di un satellite dotato di una ‘scatola nera’ che ci fornirà la telemetria da cui imparare. Se tutto va bene, speriamo di poter avere simili campagne di osservazione aerea di questi rientri in futuro”.
