I detriti spaziali: valutazione del rischio

22 Marzo 2005

È difficile valutare il rischio che i detriti spaziali comportano per i veicoli spaziali e i satelliti operativi. Inoltre, l'analisi cambia a seconda che si voglia considerare il rischio di collisione con oggetti conosciuti, catalogati e monitorati oppure con oggetti sconosciuti. Per lo meno, nel caso degli oggetti conosciuti, si ha a disposizione qualche informazione. Si tratta di vecchi veicoli spaziali, satelliti in disuso, stadi di razzi e grossi frammenti di satelliti andati distrutti.

"È ormai consuetudine che i satelliti in orbita vicino alla Terra trasportino una scorta di carburante che permetta loro di eseguire manovre per evitare detriti spaziali nel corso della loro vita operativa", spiega il Dr. Heiner Klinkrad, specialista in detriti spaziali presso l'ESOC di Darmstadt, in Germania.

Piccoli oggetti, grande minaccia

Valutare il rischio dovuto alla presenza di detriti più piccoli e meteoroidi è un'impresa completamente diversa, in quanto si tratta di oggetti difficili o impossibili da rilevare e tenere sotto controllo.

I piccoli detriti vanno dalle microscopiche particelle di polvere, che sono relativamente innocue, ad oggetti di circa 1 cm di diametro. Gli oggetti di queste dimensioni sono pericolosi, ma gli schermi protettivi, inclusa la tecnologia Whipple Shield, sono sufficientemente robusti per sconfiggerli. Gli schermi, tuttavia, possono essere utilizzati solo per alcune missioni, come la Stazione Spaziale Internazionale (ISS).

Oggetti mortali da 1 a 10 cm

Gli oggetti con una dimensione da 1 a 10 cm sono quelli che destano le maggiori preoccupazioni. Si tratta di oggetti troppo piccoli e numerosi per poter essere controllati singolarmente, ma in grado di danneggiare seriamente o distruggere un veicolo spaziale in caso di collisione.

Per valutare il rischio rappresentato dagli oggetti di dimensioni comprese tra 1 e 10 cm, gli scienziati dell'Agenzia Spaziale Europea (ESA) e di altri enti spaziali utilizzano modelli e software probabilistici avanzati. Il rischio viene predetto in base alla superficie della sezione trasversale del veicolo spaziale, alla sua quota orbitale, alla traiettoria di volo e ad altri fattori.

Ad esempio, per un satellite con una superficie di sezione trasversale di 100 m2 (inclusi i pannelli solari) in orbita ad un'altitudine di 400 km, il tempo medio stimato tra impatti con un detrito di 10 cm è dell'ordine di 15.000 anni.

Collisioni ogni 10 anni

Mentre questo dato potrebbe a prima vista sembrare confortante per ciascun singolo satellite, occorre considerare che i satelliti in sono molti. "Se si calcola la superficie totale del profilo di tutti i satelliti in orbita, il tempo medio tra collisioni distruttive è di circa 10 anni", sottolinea Klinkrad.

Considerando che anche una singola collisione con un detrito di 10 centimetri potrebbe distruggere un veicolo spaziale da svariati milioni di euro o colpire la Stazione Spaziale Internazionale (ISS) e il suo equipaggio, anche il rischio di un impatto ogni dieci anni diventa molto serio.

Le collisioni distruttive sono una realtà

Nel 1993, la prima missione di manutenzione del Telescopio Spaziale Hubble ha trovato un foro di oltre 1 cm di diametro in un'antenna ad alto guadagno.

Nel luglio 1996, il satellite di ricognizione militare francese Cerise è stato colpito e gravemente danneggiato, ironicamente, da un frammento catalogato dell'esplosione dello stadio superiore di un razzo Ariane. L'impatto ha causato la distruzione di circa 4,2 metri del braccio di stabilizzazione a gradiente gravitazionale del Cerise.

Vi saranno più collisioni in questo decennio? Nessuno può prevedere con certezza quello che accadrà, ma è ovvio che è necessario intraprendere misure di contenimento del rischio.

La ricerca dell'ESA sui detriti spaziali

Oltre alle attività svolte presso l'ESOC per lo sviluppo di un sistema di segnalazione dei detriti, l'ESA conduce altre ricerche sui rifiuti spaziali presso il centro ESTEC (European Space Research and Technology Centre) nei Paesi Bassi, focalizzando l'attenzione principalmente sul segmento spaziale. Le attività includono:

  • Sviluppo e implementazione di rilevatori di impatto
  • Sviluppo e collaudo di schermi di protezione
  • Supporto alle attività di verifica delle diverse tipologie di schermi
  • Analisi dell'impatto su hardware recuperato
  • Valutazione dei danni da collisione

L'ESA non è la sola organizzazione impegnata sul fronte dei detriti spaziali. Il Dr. Toshiya Hanada, professore associato presso il Dipartimento di meccanica e ingegneria aerospaziale dell'Università di Kyushu, nei pressi di Fukuoka, in Giappone, sta lavorando alla realizzazione di un modello teorico della distribuzione dei detriti e allo sviluppo di sensori ottici capaci di eseguire la scansione degli pannelli solari dei satelliti per rilevare segni di impatti.

Il gruppo di ricerca del Dr. Hanada presta particolare attenzione all'orbita terreste geosincrona. "Abbiamo messo a punto un modello evolutivo dei detriti orbitali per l'orbita geosincrona e abbiamo condotto prove di impatto a bassa velocità, meno di 1,5 km/s, per realizzare modelli di impatto su un veicolo spaziale in tale orbita", riferisce il Dr. Hanada.

Il problema dei detriti ha chiaramente assunto una rilevanza globale.

Software di valutazione del rischio a disposizione

Al centro ESOC, il Dr. Klinkrad presenta il software di valutazione del rischio sviluppato dall'ESA assieme a un team di fornitori. Il software DRAMA (Debris Risk Assessment and Mitigation Analysis) è messo gratuitamente a disposizione della comunità spaziale e può essere utilizzato per valutare il rischio di un impatto distruttivo per una specifica missione.

Nonostante questi strumenti, è improbabile che la situazione dei detriti spaziali possa migliorare se non vengono intraprese misure mirate, coordinate e sistematiche per ridurre i rischi che ora sono stati compresi così chiaramente.

Gli operatori di veicoli spaziali dovranno evitare la distruzione intenzionale e non intenzionale dei propri veicoli, incluse esplosioni o collisioni programmate o accidentali, essendo queste le principali cause all'origine di detriti non controllabili, ma estremamente pericolosi.

Nota del redattore:

La terza e ultima parte della serie sui detriti spaziali, "Contenimento dei detriti e necessità di un codice di condotta", esaminerà le attuali proposte per la riduzione dei detriti spaziali attraverso l'implementazione di misure a basso costo, ma comunque in grado di contribuire in modo significativo alla protezione dello spazio per il futuro.

La terza parte sarà pubblicata all'inizio di aprile, prima dell'apertura della 4a Conferenza europea sui detriti spaziali, che si terrà presso l'ESOC, a Darmstadt in Germania, dal 18 al 20 aprile 2005. Per l'iscrizione, il programma e ulteriori informazioni, selezionare il link della conferenza sulla destra in alto.

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