Speciale sull'emergenza rifiuti spaziali: cosa sono, quanti sono e le possibili soluzioni

I rischi che corrono gli astronauti sono tantissimi; a questi, in tempi recenti, se n'è aggiunto un altro: quello dei rifiuti spaziali. Si tratta di detriti artificiali di dimensioni variabili che mettono continuamente a rischio la vita degli astronauti. Il 25 marzo scorso, infatti, gli astronauti a bordo della Stazione Spaziale Internazionale hanno dovuto abbandonare la struttura e rifugiarsi sulla capsula Soyuz per sfuggire ad una possibile collisione con una nube di detriti. Ma ciò che più spaventa sono i numeri: abbiamo letteralmente inondato l'orbita terrestre di spazzatura, e i rifiuti si stanno moltiplicando esponenzialmente.

«I detriti nello spazio ormai sono un vero problema» ha spiegato Federico Belloni dello Swiss Space Center al Policlinico di Losanna. «La ISS è stata costruita per proteggere gli astronauti dai rifiuti di meno di due centimetri, ma se si avvicina un oggetto più grande gli astronauti devono spostarsi sulla capsula Soyuz per sicurezza». 
Ma il vero problema è che – come spiega Heiner Klinkrad, ingegnere e direttore dell'Ufficio detriti spaziali dell'ESA – «la ISS può resistere fino a detriti di due centimetri, quelli più grandi può solo evitarli e per spostarsi ha bisogno di almeno 36 ore».
Ogni tanto, però, i detriti in rotta di collisione vengono rilevati abbastanza in anticipo e la Stazione riesce a spostarsi. Infatti, come spiega Belloni, «dall'entrata in servizio della ISS, sono state effettuate almeno tredici manovre per evitare i detriti, l'ultima delle quali il 29 gennaio per scartare un frammento dell'Iridium-33».
Ma come si formano questi detriti? «Fondamentalmente – continua Belloni – sono formati principalmente da vecchi satelliti in disuso che hanno avuto delle collisioni, da vecchi stadi di razzi e da pezzi di satelliti rilasciati durante le normali operazioni. Tra l'altro, negli ultimi anni, il numero di detriti è aumentato esponenzialmente a causa del test missilistico cinese FY-1C ASAT dell'11 gennaio 2007 che ne ha formati più di tremila di oltre 10 cm e per la collisione accidentale tra i satelliti Iridium–33 e Cosmos 2251, l'uno attivo, l'altro in disuso, che ne ha creati più di duemila». Ma non sono solo satelliti: anche i reattori a propellente solido emettono delle scorie di vari centimetri che ogni tanto ricadono a Terra.
Sempre più spesso, per fortuna, i satelliti non più attivi vengono fatti precipitare sulla Terra. La sonda Phobos-Grunt, ad esempio, è stata fatta precipitare nell'oceano a 1250 km dall'isola di Wellington. Il luogo di collisione non era stato precisato, in quanto la sonda rispondeva raramente ai comandi dei tecnici per vari problemi. Molti degli altri rottami spaziali, infatti, sono stati fatti schiantare a 3900 km dalle coste neozelandesi, dove ormai si è formato un cimitero in cui sono «sepolti» anche la MIR e i cargo russi Progress.
Le tute degli astronauti, inoltre, sono progettate per resistere solamente a particelle infinitesimali: proprio per questo, durante le attività extra-veicolari (EVA) e le passeggiate spaziali gli astronauti sono protetti (o meglio, erano protetti) dallo Space Shuttle, che agiva da scudo a eventuali detriti.
Le orbite che percorrono i satelliti sono, principalmente, tre: l'orbita LEO, compresa tra i 200 e i 2000 km di altitudine; l'orbita MEO, compresa tra i 2000 e i 35586 chilometri di altitudine; e, infine, l'orbita GEO, tra i 35586 e i 35986 chilometri. Attualmente, la fascia più critica è quella LEO: i rifiuti maggiori di 10 cm sono oltre dodici mila, e si prevede che fra duecento anni saranno la bellezza di 70 mila.
«La loro velocità dipende, secondo le leggi di Keplero, dalla loro altitudine» spiega Bonnal Christophe del CNES. «Noi ci occupiamo dei detriti situati nell'orbita LEO, dove la velocità e attorno ai 7,5 chilometri al secondo, ossia 27 mila chilometri orari. Le collisioni, però, si verificano fra due oggetti in movimento e dunque quella che conta è la velocità relativa, che può essere quasi nulla se i due copri viaggiano sulla stessa orbita, ma può anche raddoppiare nel caso di uno scontro frontale. Statisticamente abbiamo dimostrato che le collisioni avvengono per lo più con un angolo di 45 gradi, con una velocità relativa di 10,6 km/s cioè circa 38,2 mila chilometri orari». In parole povere, come commenta Klinkrad, «raggiungono il potenziale esplosivo di una bomba a mano».
Ad oggi, il catalogo di rifiuti spaziali più dettagliato è il Tao Line Element (TLE), reso possibile grazie ad una rete di network di radar e telescopi. Nonostante ciò, la sua precisione è ancora troppo bassa per poter effettuare delle analisi scientifiche vere e proprie. Anche la NASA ha il suo catalogo, il cosiddetto JSPOC (Joint Space Operation Center). Anche questo catalogo è però troppo poco dettagliato: quando c'è il rischio di collisione, ad esempio, la NASA avverte solamente di «spostarsi da lì», senza specificare altro. La Francia ha sviluppato il suo catalogo basato su radar, noto come GRAVES. E' l'unica agenzia spaziale oltre alla NASA a disporre di un simile catalogo; Russia e Cina potrebbero disporne di uno, che sarebbe però top secret.
L'emergenza rifiuti spaziali ha una storia breve: il primo ad accorgersene fu il consulente NASA Donald J. Kessler, che nel 1978 teorizzò uno scenario in cui l'incredibile numero di detriti avrebbero reso letteralmente impossibile l'esplorazione spaziale. Nell'ottobre 2002 l'Inter Agency Debris (IADC), il Comitato di Coordinamento Spaziale, divulgò delle linee guida allo scopo di evitare il concretizzarsi di un simile scenario. In Francia, queste linee guida sono diventate legge a tutti gli effetti. L'appello dell'IADC si articola sostanzialmente in tre regole, come spiega Cristophe: «lo spazio circumterrestre deve essere pulito, le esplosioni accidentali devono essere evitate il più possibile attraverso una completa passivazione a fine della missione e le zone critiche devono essere protette, senza lasciare quindi alcun residuo a 25 anni dalla fine della missione».
A questo punto, è lecito chiedersi: «e le soluzioni?». Per fortuna, ce ne sono tante. Tra queste, una è stata proposta dai ricercatori dell'Ames Research Center. Si tratta di una proposta che sembra quasi ispirata a un videogioco: un raggio laser, unito a un telescopio per prendere la mira, potrebbe distruggere i rifiuti una volta puntato nella giusta direzione. La nazione che controllerà il raggio sarebbe però in grado di distruggere tutti i satelliti che vuole, e a questo punto è sorta una vivace discussione politica.
Una proposta interessante è lo svizzero CleanSpace One, una capsula di 30x10x10 cm con il compito di deorbitare i satelliti obsoleti. La sonda catturerebbe i detriti e, una volta pieno, si lascerebbe bruciare nell'atmosfera terrestre.
«In questo progetto, per il quale dovremmo investire almeno 10 milioni di franchi svizzeri, abbiamo intenzione di verificare almeno 4 principali tecnologie in grado di farci superare tutti gli ostacoli che dovremo affrontare» ha spiegato Belloni. «Avvicinarsi a un oggetto passivo è un'operazione molto complicata, che dovremo riuscire a simulare accuratamente, cosa che richiede competenze di "orbit design", inoltre questi satelliti hanno una manovrabilità molto complessa, e per questo necessitano di un sistema di controllo e navigazione molto accurato e proprio per questo stiamo lavorando con differenti industrie aerospaziali in grado di elaborare algoritmi che ci permettano di effettuare le manovre richieste».
«Il nostro satellite ha dimensioni ridotte per i quali gli attuali propulsori sono sovradimensionati, e per questo stiamo guardando con interesse ai MicroThrust, motori ionici di ultima generazione che, secondo gli ingegneri dell'EPFL, richiederebbero un litro di carburante per raggiungere la Luna» hanno commentato gli svizzeri.
Dopo il lancio, tra i 630 e i 750 km di altitudine, il CleanSpace One verrebbe espulso dal razzo. L'approccio al primo detrito verrà eseguito a 28 mila chilometri orari. La fase di avvicinamento e la cattura sono molto complicate, e per questo gli svizzeri hanno elaborato più possibilità. La prima prevede una pinza bio-ispirata che si attaccherà al detrito, mentre un secondo progetto prevede la cattura diretta del detrito. La compagnia aerospaziale Tethers ha partecipato al progetto inoltrando la sua proposta: il lancio di un satellite munito di un altro satellite «al guinzaglio» collegato a un cavo all'interno del quale scorre elettricità. La conducibilità, a questo punto, permetterebbe al cavo di catturare elettrostaticamente tutti i detriti vicini, per poi trascinarli con sé nell'atmosfera e bruciare durante il rientro.
Il centro Ames sta lavorando dal 1990 alla creazione di una nube-gel in grado di ripulire l'orbita LEO.
Anche l'Italia sta partecipando in questa enorme corsa, e un'università sta progettando una sorta di lingua di camaleonte composta da schiume in grado di catturare i detriti.
Insomma, tra spazzini spaziali, nubi di gel e lingue di camaleonte, le proposte sono tutt'altro che prive di fantasia, ma finora la soluzione perfetta deve ancora arrivare.
Speciale sull'emergenza rifiuti spaziali: cosa sono, quanti sono e le possibili soluzioni Speciale sull'emergenza rifiuti spaziali: cosa sono, quanti sono e le possibili soluzioni Reviewed by Pietro Capuozzo on 15.7.12 Rating: 5
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