Detriti spaziali: come procede la nostra battaglia contro questo problema?

Da diverso tempo abbiamo realizzato quanto i detriti spaziali rappresentino un problema su più fronti. Questi costituiscono, in primo luogo, un rischio per le potenziali collisioni con missioni orbitanti. Inoltre, hanno un impatto negativo sull’ambiente spaziale intorno alla Terra. Mai considerati prima dell’avvento del nuovo millennio, i detriti spaziali sono oggi un evidente problema per i rischi legati alle missioni spaziali e all’ambiente.

Analisi, rimedi e azioni preventive per questo fenomeno sono oggi tra le priorità delle agenzie spaziali mondiali. A maggio, l’ Esa ha rilasciato sul proprio sito il report annuale sull’analisi dell’ambiente spaziale. Questo documento evidenzia alcuni trend positivi degli ultimi anni. Tuttavia, vi sono anche molti aspetti negativi che sottolineano come l’ attuale attività spaziale non sia ancora sostenibile.

In questo articolo andremo ad analizzare la situazione attuale tramite alcuni grafici e dati quantitativi rilasciati da Esa. Quindi, cercheremo di fare il punto su come procede la nostra battaglia per risolvere questo problema. Stiamo facendo abbastanza?

Il problema dei detriti spaziali

Nel 2002 nasce la consapevolezza di questa complicazione. E’ proprio in questo anno che la Inter-Agency Debris Coordination Committee (IADC) pubblica un documento descrittivo delle linee guida da adottare per la mitigazione di questo problema. Lo scritto è una base fondamentale per sviluppare le nuove strategie spaziali e i nuovi standard tecnici.

Le misure per la mitigazione descrivono come gli enti spaziali dovrebbero progettare le fasi delle missioni per evitare la generazione di ulteriori detriti. Le misure includono la “passivazione” ovvero il divieto di lasciare combustibile esplosivo a bordo di un satellite arrivato a fine vita. Inoltre, sollecitano le manovre anti-collisione per evitare incidenti in orbita. Tra le altre misure, una riguarda il requisito di rimuovere il veicolo dall’orbita entro 25 anni dalla fine della missione.

Questi, che ad oggi sembrano essere requisiti “ovvi”, hanno cambiato le missioni spaziali all’inizio del millennio introducendo nuovi protocolli. Per cercare di mitigare e risolvere questa problematica, il documento di Esa vuole riportare con chiarezza la panoramica delle attività spaziali globali con una stima dell’impatto che queste hanno sull’ambiente. Infine, la dettagliata analisi determina quanto le misure di mitigazione funzionano e quali sono le nuove strategie che possono rendere più sostenibili le missioni spaziali.

Gli esiti conclusivi del report

In seguito riportiamo gli esiti e gli spunti conclusivi che gli esperti hanno tratto dall’analisi effettuata. Ci sono punti positivi che evidenziano come alcune nuove strategie abbiano invertito i trend negli anni recenti. Tuttavia, vi sono anche punti negativi che sottolineano quali sono le aree su cui bisognerà concentrare i lavori.

• Le nostre attuali attività spaziali non sono sostenibili. Se continueremo in questo modo, sarà sempre più difficile condurre operazioni nello spazio – in orbita terrestre – in sicurezza.
• Il numero di oggetti nello spazio sta crescendo costantemente.
• Le nuove tecnologie di monitoraggio implementate nell’ultima decade possono tracciare e catalogare in modo affidabile anche detriti più piccoli. Anche se possiamo individuare un grande numero di oggetti, spesso però non possiamo conoscere quali eventi specifici li abbiano generati.
• La dimensione media del carico utile lanciato in orbita bassa sta diminuendo. I satelliti stanno diventando più piccoli e vengono lanciati in grandi gruppi (costellazioni) di migliaia di micro-satelliti.
• Nelle ultime due decadi, in media, sono accaduti 12.5 incidenti – non volontari – all’anno che hanno creato nuovi detriti.
• Una grande percentuale di parti di lanciatori e di missioni ad alte altitudini (in orbita geostazionaria) sono “smaltite” in maniera sostenibile.
• L’innovazione delle attività spaziali in orbita bassa (low earth orbit) sta progredendo troppo lentamente. Più del 50% degli enti che operano in queste importanti orbite non concludono in modo sostenibile le loro missioni.

Andiamo ora ad analizzare diversi grafici che rappresentano fedelmente il quadro appena riportato.

Il numero di lanci è in continuo aumento

Come riportato dal grafico, il numero di oggetti in orbita è in continua crescita. Questo è facilmente spiegato dall’aumento dei lanci che portano nello spazio carichi utili. Oltre a questo, anche il numero di detriti spaziali è in aumento. Con le nuove tecnologie, diversi “oggetti non identificati” – UI nel grafico – sono stati tracciati negli ultimi anni. Questi detriti sono nello spazio da diverso tempo ma solo recentemente siamo stati in grado di individuarli. Tuttavia, è difficile poter risalire alla natura dell’evento che li ha causati.

Nel grafico riportato le sigle indicano:

• PL – Payload: carico utile lanciato da un vettore nello spazio;
• PF – Payload Fragmentation Debris: detriti derivati dalla frammentazione dei payload;
• PD – Payload Debris: detriti provenienti dai payload;
• PM – Payload Mission Related Object: oggetti relativi a missioni con carico utile;
• RB – Rocket Body: parti di lanciatori;
• RF – Rocket Fragmentation Debris: detriti derivati da frammentazione di parti di lanciatori;
• RD – Rocket Debris: detriti derivati dai lanciatori;
• RM – Rocket Mission Related Object: oggetti relativi alle fasi in cui è coinvolto il vettore;
• UI – Unidentified: oggetti non identificati.

L’aumento dei satelliti commerciali in orbita bassa

Negli ultimi due anni, è stato evidente l’incredibile aumento dei lanci di satelliti commerciali su orbite terrestre basse. Con orbita bassa – low earth orbit – si intendono qui quelle traiettorie a meno di 1750 km di altitudine dal suolo. Molti di questi veicoli sono lanciati in grandi gruppi definiti costellazioni. Le loro missioni portano numerosi benefici alla scienza, all’innovazione e alla popolazione. Tuttavia, rappresentano una grossa sfida per quanto riguarda il rispetto dell’ambiente spaziale terrestre a lungo termine.

I nuovi profili delle attuali missioni spaziali

Nelle prime decadi dei voli spaziali, le missioni erano caratterizzate da veicoli decisamente più grossi rispetto al trend attuale. Ad oggi, i satelliti hanno dimensioni più piccole con masse comprese tra i 100 e i 1000 kg. Invece, in passato le più alte percentuali di voli vedevano protagonisti veicoli orbitanti con masse superiori ai 1000 kg.

Questo trend sta influendo, tra le altre cose, ad abbassare i costi dei servizi e a rendere lo spazio più accessibile. Inoltre, la miniaturizzazione dei componenti risulta essere una strategia innovativa del mercato per seguire e confermare questo andamento.

In orbita bassa si generano ancora troppi detriti spaziali

In orbita bassa, alcuni carichi utili sono progettati per bruciare indipendentemente e in modo sicuro nell’atmosfera. Ciononostante, più del 50% delle missioni ancora non prevede uno smaltimento sostenibile. I numeri stanno lentamente migliorando ma non abbastanza velocemente.

I lanciatori svolgono i loro compiti in modo sostenibile

Uno dei lati più positivi del report 2021 riguarda i detriti generati dai lanciatori. La maggior parte di questi oggetti che inviano carico utile nello spazio sono smaltiti in modo sostenibile. Questo è possibile grazie ai rientri controllati nell’atmosfera terrestre. Se paragoniamo i numeri attuali rispetto a quelli di inizio millennio, il miglioramento è netto.

Il trend positivo alle altitudini geostazionarie

Ad altitudini più elevate quasi tutti gli operatori spaziali provano a concludere le loro missioni in modo sostenibile e la maggior parte riesce in questo intento. Le orbite geostazionarie, particolarmente usate dai satelliti per le telecomunicazioni, sono molto affollate. Per questo motivo, lo smaltimento intelligente di queste missioni è un aspetto rilevante.

Probabilità di impatti con detriti spaziali

Il grafico riporta la probabilità che detriti/oggetti abbastanza grandi costituiscano un pericolo per un’ipotetica missione in base alle diverse orbite. In aggiunta, i colori specificano da dove derivano i diversi detriti. Una buona percentuale è stata generato dalla grossa collisione satellitare avvenuta nel 2009 tra i satelliti Cosmos-2251 e Iridium 33.

Nelle orbite più basse, il fittizio satellite incontrerebbe un numero elevato di oggetti orbitanti. Una soluzione vitale sarebbe quella di evitare le collisioni con oggetti presenti sulla propria traiettoria. Queste manovre richiedono diverso tempo ma sono fondamentali. Esa sta lavorando a sistemi che possano evitare le collisioni in modo autonomo così da poter rendere operativa una nuova soluzione per risolvere – solo parzialmente – il problema.