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Anticipare le collisioni tra veicoli spaziali e spazzatura spaziale
A settembre, un frammento si è staccato da un satellite della NASA di 19 anni, non operativo, a 330 miglia di altezza nel cielo. Lo United States Space Surveillance Network (SSN), responsabile del monitoraggio degli oltre 22.000 satelliti e altri oggetti in orbita, ha rilevato l'evento, ha tracciato il percorso orbitale del frammento e ha stabilito che era diretto verso la Stazione Spaziale Internazionale (ISS). ). Se colpisse il laboratorio da 100 miliardi di dollari, la spazzatura potrebbe causare danni catastrofici. Dopo aver ricevuto l'avvertimento, la NASA ha deciso di manovrare il veicolo spaziale fuori dal percorso dei detriti, un compito che ora esegue circa due volte l'anno. La minaccia di una tale collisione è più che raddoppiata negli ultimi due anni, afferma Nicholas L. Johnson , capo scienziato della NASA per i detriti orbitali.
Spazio disordinato: Questa immagine generata al computer mostra la grande quantità di spazzatura artificiale in orbita.
Più di mezzo milione di oggetti artificiali delle dimensioni di una biglia o più grandi stanno ora circondando la Terra, e 15.000 di questi sono più grandi di un pugno. Questi detriti orbitali, o spazzatura spaziale, includono satelliti inattivi, corpi di razzi esauriti, materiali provenienti da motori a razzo solido, frammenti di collisione e rifiuti di missione. La maggior parte dei veicoli spaziali operativi utilizza schermature protettive per mitigare l'impatto di oggetti di diametro inferiore a un centimetro. Ma dal momento che i più grandi stanno correndo intorno alla Terra a una velocità di cinque miglia al secondo, ognuno di loro potrebbe distruggere qualsiasi satellite con cui si è scontrato. La situazione mette in pericolo l'industria dei servizi satellitari da 160 miliardi di dollari, che svolge un ruolo fondamentale per le chiamate telefoniche internazionali, le trasmissioni televisive, i dati climatici e meteorologici e la sorveglianza militare.
Tasso di crescita del numero di oggetti detriti in orbita attorno alla Terra più grandi di 10 centimetri.
Credito: NASA
Per capire come si evolveranno tali minacce e prevedere i percorsi della spazzatura spaziale in modo da evitare collisioni, la NASA ha sviluppato uno dei modelli predittivi più sofisticati al mondo. Chiamato Leggenda (per detriti da ambiente geosincrono a quello terrestre), il modello tridimensionale simula i percorsi di tutti gli oggetti spaziali tracciabili e tiene conto anche dei nuovi detriti provenienti da futuri incidenti. Per tenere conto dell'incertezza e della casualità, vengono generati centinaia di scenari utilizzando il metodo Monte Carlo, un insieme di algoritmi in grado di calcolare i fattori di rischio in un ambiente complesso. Con Legend, gli scienziati della NASA utilizzano la media di più simulazioni per stimare il numero, le dimensioni e il tipo di oggetti che si scontreranno e approssimativamente con quale frequenza. A differenza dei modelli utilizzati dal Centro operativo spaziale congiunto del comando strategico degli Stati Uniti , che rileva e traccia quotidianamente oggetti di grandi dimensioni e scherma i satelliti attivi per possibili collisioni entro 72 ore, Legend include frammenti più piccoli e guarda lontano nel futuro.
In vigore dal 2004, il modello della NASA è costantemente alimentato con i dati raccolti dai risultati dei test a terra e dei veicoli spaziali che si sono rotti in orbita; da telescopi e radar che osservano il cielo; e dall'analisi delle superfici di veicoli spaziali segnate da crateri che sono tornati sulla Terra. Ciò significa che devono essere eseguite continuamente nuove simulazioni. Legend consente agli scienziati di calcolare le conseguenze di una particolare rottura o collisione e li aiuta ad avvisare i manager della stazione spaziale che un pezzo di detriti potrebbe trovarsi sul suo cammino. Il modello consiglia inoltre il lancio di satelliti di aree da evitare e guiderà gli scienziati nel tentativo di sviluppare e lanciare per la prima volta la tecnologia di rimozione dei detriti.
Previsioni dello spazio: Questo grafico mostra il numero cumulativo di collisioni tra oggetti di 10 centimetri e oltre. La pendenza della curva a partire dal 2009 si basa sulla previsione del modello Legend di circa 0,14 collisioni che producono detriti all'anno tra oggetti catalogati. Le collisioni effettive si sono verificate nel 1991, 2005 e 2009. (Sono stati modellati tre scenari: BAU = business as usual; PMD = smaltimento post missione; NFL = nessun lancio futuro)
Nel suo discorso alla prima conferenza sulla rimozione dei detriti orbitali dell'anno scorso, J.C. Liou, scienziato capo della NASA per Legend, ha affermato che il modello prevedeva 178 collisioni nei prossimi 200 anni, 83 delle quali catastrofiche in orbita terrestre bassa. Le collisioni sono previste circa una volta ogni cinque anni, in media. L'incidente più recente è avvenuto nel febbraio 2009, quando un satellite per telecomunicazioni Iridium operativo si è schiantato contro un satellite Cosmos russo in pensione a più di 15.000 miglia all'ora. La collisione è stata la prima a distruggere un satellite attivo e ha generato più di 2.000 nuovi frammenti di detriti tracciabili. L'evento ha portato a un cambiamento in una politica che era stata in vigore dalla creazione della NASA più di 50 anni fa. Sotto la teoria del grande cielo, la spazzatura spaziale non era vista come una grave minaccia, perché lo spazio è così vasto. La teoria del grande cielo non è più un concetto praticabile per le operazioni spaziali, afferma Chris Moss, direttore del Joint Space Operations Center presso la Vandenberg Air Force Base in California. I satelliti vengono ora concentrati in orbite specifiche, sottolinea Moss. Non è più banale che due oggetti qualsiasi possano scontrarsi. Stiamo prendendo sul serio il problema e spendendo le nostre risorse per risolverlo.
È un compito arduo, soprattutto perché i pezzi più piccoli di spazzatura spaziale non possono essere facilmente rintracciati da terra. Stiamo entrando in un momento in cui l'ambiente dei detriti orbitali sarà sempre più controllato da collisioni casuali, afferma Donald Kessler , un consulente che si è ritirato dalla NASA 14 anni fa. Nel 1978, da giovane astrofisico della NASA, Kessler predisse che entro il 2000, i frammenti di collisioni casuali nell'orbita terrestre bassa sarebbero diventati una fonte significativa di piccoli detriti che avrebbero aumentato la probabilità di ulteriori collisioni. Il suo documento di riferimento Frequenza di collisione di satelliti artificiali: la creazione di una cintura di detriti ha portato alla creazione della NASA Ufficio Programma Detriti Orbitali , dove ha trascorso 17 anni come scienziato capo per la ricerca sui detriti orbitali. Nel corso di quel periodo, lo scenario da lui predetto divenne noto come il Sindrome di Kessler .
Kessler ha recentemente pubblicato un nuovo documento verificando che le sue previsioni del 1978 fossero grosso modo corrette, e le confrontò con l'ambiente spaziale di oggi. La sua conclusione: siamo di fronte a un problema serio. Se manteniamo l'attuale popolazione di veicoli spaziali in orbita senza aggiungere altro, solo il risultato di collisioni casuali produrrebbe detriti più velocemente di quanto la resistenza atmosferica potrebbe ripulire l'orbita terrestre bassa, dice. La sua raccomandazione: è ora di iniziare a rimuovere attivamente i detriti più grandi dal cielo. Il modello Legend mostra che anche se riuscissimo a evitare le collisioni con tutti i veicoli spaziali operativi con successo, dice, farebbe poca differenza nel risultato, perché ci sono così tanti detriti che non possono essere manovrati.
Il messaggio della modella sta finalmente arrivando. Nella sua politica spaziale nazionale del 2010, il presidente Obama ha ordinato alla NASA e al Dipartimento della Difesa di ripulire lo spazio e ha fornito una carta per condurre ricerche su come farlo. La riparazione è il passo successivo, afferma Johnson. Il finanziamento iniziale degli sforzi per la pulizia dello spazio è previsto nel 2011.