Detriti spaziali: saremo ancora in grado di utilizzare lo spazio domani?

In un momento in cui si parla di turismo spaziale, diamo un’occhiata allo stato dello spazio attorno alla Terra e in particolare nel caso dei detriti spaziali. In questo momento, 8800 tonnellate di satelliti attivi o morti, parti di razzi e frammenti di satelliti orbitano sopra le nostre teste. Lanciato a 28.000 km orari, un centimetro di detriti può distruggere un satellite. Regolarmente, questi detriti spaziali entrano nell’atmosfera. Alcuni sopravvivono alla caduta e rappresentano un pericolo per i terrestri. Urge agire per limitarne la proliferazione, allertare le agenzie spaziali come il Centro nazionale per gli studi spaziali (CNES). Quali rischi nello spazio e sulla Terra rappresentano i detriti spaziali? Come li contiamo? Come limitarne la proliferazione e pulire lo spazio?

Esistono diverse tecnologie per rilevare e contare i detriti spaziali, adattate a diverse altitudini: Radar: come i radar stradali, inviano un treno di onde elettromagnetiche che vengono riflesse dall’oggetto e ritornano al radar. Misurando il tempo impiegato da queste onde per compiere il viaggio di andata e ritorno, conosciamo la loro posizione. I vantaggi degli autovelox sono che funzionano in qualsiasi condizione atmosferica e possono individuare un oggetto indipendentemente dalla sua velocità. Uno degli svantaggi è che le loro prestazioni diminuiscono fortemente con la distanza. Sono quindi adatti solo per orbite basse. Un altro svantaggio dei radar è che non tutte le superfici riflettono le onde in modo altrettanto efficace. È consuetudine dire che i radar possono rilevare oggetti più grandi di 10 cm. Una trentina di radar sparsi per il mondo hanno permesso di stabilire un catalogo di 26.000 frammenti di detriti spaziali. Telescopi: funzionano come fotocamere e rilevano oggetti che riflettono la luce solare. I telescopi, invece, funzionano bene per oggetti ad alta quota, in orbita geostazionaria (36.000 km). D’altra parte, le loro prestazioni nel rilevare un oggetto dipendono molto dalla sua capacità di riflettere la luce. Quattro telescopi francesi coprono tre quarti dell’orbita geostazionaria. Ci sono una trentina di telescopi nel mondo. Laser: si tratta di una nuova tecnologia che permette di fare il “tracking”, ovvero di seguire e calcolare l’orbita di un oggetto conosciuto con grande precisione. Lo svantaggio dei laser sulla Terra è che l’atmosfera li offusca. Attualmente sto lavorando su laser orbitanti che non avrebbero questo problema.

Quali rischi nello spazio e sulla Terra? Qualsiasi oggetto, fino a 2000 km di altitudine, subisce gli effetti dell’atmosfera residua e viene rallentato. La meccanica spaziale mostra che quando un oggetto viene rallentato, scende. Tutti i detriti vengono quindi trascinati in una spirale discendente e accelerata. Un giorno o l’altro ricadono sulla Terra. A un’altitudine di 800 km, possono volerci due secoli. Quando questi oggetti entrano nell’atmosfera, iniziano a frammentarsi. Anche gli oggetti si sciolgono nella loro caduta, vaporizzano. Tranne ciò che non vaporizza come il titanio o il carbonio! Si stima che dal 10 al 30% della massa di un oggetto orbitale sopravviva al suo rientro nell’atmosfera. Alcuni oggetti quindi colpiscono la superficie della Terra. Solo il 3% è densamente popolato. Finora, ci sono state 25.000 voci di oggetti orbitali e nessuna vittima. Come una spada di Damocle, abbiamo 8800 tonnellate sopra di noi che cadranno non sappiamo dove, non sappiamo quando. Ad esempio, nel giardino di una donna ugandese è stata recuperata una cisterna di titanio di 50 kg. Finora siamo stati fortunati ma è fondamentale controllare le entrate in futuro.

Il rischio di collisione in orbita: un oggetto di 2 o 3 mm può distruggere un satellite. Un oggetto di un millimetro ha l’energia di una palla da bowling lanciata a 100 km/h. Se cade sul computer di bordo, la missione è finita. Da 1 cm, il satellite è morto. Da 5-10 cm il satellite non solo è morto ma ha fatto nascere dei bambini: si è frammentato in centinaia di detriti che a loro volta rappresentano un pericolo. Ad esempio, la collisione tra i due satelliti Iridium 33 e Kosmos 2251 ha generato 4000 grandi frammenti di detriti. Questa è chiamata sindrome di Kessler: sviluppata da Donald Kessler nel 1978, questa teoria mostra che al di sopra di un certo volume di detriti nello spazio, le collisioni tra detriti sono così frequenti che il numero di detriti aumenta esponenzialmente. Quindi i due problemi principali con le collisioni sono che i detriti uccidono i satelliti attivi e che sostengono la popolazione di detriti. Il rischio per gli astronauti: gli astronauti sono relativamente bassi, a un’altitudine di 420 km. Lì, c’è ancora abbastanza atmosfera residua per pulire le orbite.

Ci sono meno rischi che altrove, ma le conseguenze di una collisione sarebbero catastrofiche. Abbiamo calcolato che la probabilità di perdere un astronauta è una possibilità su 60 per missione spaziale. Ora con le mega costellazioni, questo rischio viene moltiplicato per un fattore 10. Disagio per gli astronomi: gli astronomi che osservano il cielo sono infastiditi da satelliti o detriti che riflettono la luce solare. Ad esempio, il Vera C. Rubin Observatory Telescope è molto sensibile e ha un ampio campo. Il suo scopo è quello di fare un’indagine dell’universo. Il telescopio rileva tutto ciò che gli passa davanti, comprese le decine di migliaia di oggetti orbitanti.

È imperativo limitare la proliferazione di nuovi detriti. A livello internazionale, l’Inter Agency Debris Coordination (IADC) stabilisce le raccomandazioni. Questa agenzia riunisce le 13 principali agenzie spaziali in grado di generare detriti spaziali. Hanno lavorato su regole generali internazionali emerse nel 2002. Il Comitato spaziale delle Nazioni Unite ha ripreso queste regole in una risoluzione nel 2007. L’Organizzazione internazionale di standardizzazione (ISO) ha infine ripreso queste raccomandazioni in uno standard ISO 24113, rivisto nel 2019.

Non esiste un trattato internazionale vincolante che regoli la proliferazione dei detriti spaziali. Questo trattato internazionale vincolante non è per domani nemmeno attraverso l’ONU ed è molto difficile ottenere un consenso con paesi come la Cina o la Russia. Inoltre, sarebbe necessario creare una sorta di “poliziotto spaziale” e nessun Paese accetterebbe di sottomettersi a questi poliziotti. Per il momento tutto ciò che è vincolante si fa a livello nazionale.

Come pulire lo spazio? Per limitare la proliferazione dei detriti, lo spazio deve essere pulito. Ad esempio la zona 760-820 km: non c’è quasi più niente se non rifiuti, non possiamo più buttare niente lì. Per mantenere la popolazione di rifiuti ed evitare collisioni, è necessario rimuovere 10 grandi frammenti di detriti all’anno.

La start-up ClearSpace, che sta preparando la prima missione per deorbitare un pezzo di detriti di 120 kg, è costata al progetto 80 milioni. Chi pagherà per ripulire lo spazio? C’è una soluzione promettente a questo problema su cui l’Agenzia spaziale europea (ESA) sta attualmente lavorando. Si tratterebbe di accoppiare l’attività di pulizia con un’altra attività. I satelliti IOS (In Service Orbiting) sono come i furgoni per il recupero dello spazio: riempiono, riparano e spostano i satelliti. Al momento della morte, questi satelliti IOS porterebbero con sé un pezzo di detriti. La missione di deorbiting diventa marginale e quindi molto meno onerosa. Per risolvere il problema legale, una soluzione sarebbe che il satellite IOS dipendesse dagli stati di lancio di tutte le principali agenzie spaziali. Pertanto, gli sarebbe stato permesso di deorbitare tutti i detriti.