Sindrome di Kessler: ci stiamo lentamente intrappolando sotto l'ombrello della spazzatura spaziale

Nel settembre del 2019, due satelliti si trovavano a circa 200 miglia sopra la superficie del pianeta zoomando l'uno verso l'altro ad una velocità vertiginosa di 32.000 miglia orarie. Uno era il satellite di osservazione della Terra Aeolus dell’Agenzia spaziale europea (ESA) e l’altro era uno di I satelliti Starlink di SpaceX, e poiché entrambi acceleravano verso la stessa regione dello spazio, gli scienziati stimavano una probabilità 1 su 1.000 che si scontrassero.

L'aeronautica americana ha visto i due satelliti dirigersi l'uno verso l'altro e ha avvertito entrambe le organizzazioni, ma a causa di quello che SpaceX ha descritto come un "bug" nei suoi sistemi di comunicazione, ha rifiutato di intraprendere qualsiasi azione. Se i satelliti si fossero schiantati, entrambi sarebbero stati completamente distrutti e l’impatto avrebbe scagliato nello spazio milioni di frammenti piccoli e grandi. Immagina la scena iniziale di

la pellicola Gravità, e ora amplificalo di un ordine di grandezza.

Fortunatamente per tutti noi, l’ESA è riuscita a manovrare il suo satellite per evitare la collisione, ed entrambi i satelliti stanno ora proseguendo in sicurezza nelle loro orbite. Tuttavia, questo tentativo ravvicinato dimostra cosa può accadere quando lo spazio diventa troppo pieno. Quando migliaia o addirittura milioni di oggetti volano intorno al nostro pianeta a velocità enormi, il rischio di collisioni è elevato.

Abbiamo studiato quali sono le conseguenze di tutti questi detriti spaziali che fluttuano nello spazio e abbiamo ottenuto lo scoop da Donald Kessler, ex scienziato senior della NASA per la ricerca sui detriti orbitali e uno dei maggiori esperti mondiali di spazio detriti.

La trappola della spazzatura

Quando un satellite si rompe, generalmente nessuno va nello spazio per ripararlo. Quando un razzo abbandona uno dei suoi stadi, lo stadio viene lasciato fluttuare ovunque venga espulso. E quando due oggetti in orbita si scontrano, possono produrre letteralmente milioni di piccole particelle che volano nello spazio e finiscono per orbitare attorno alla Terra.

Tutto questo materiale scartato è noto collettivamente come detriti spaziali. È la spazzatura che abbiamo lasciato nello spazio intorno al nostro pianeta e cresce ogni anno.

Alla fine degli anni ’70, quando la ricerca sui detriti spaziali era appena iniziata, Kessler propose una possibilità spaventosa: che un giorno, potrebbero esserci così tanti detriti spaziali spazzatura nell'orbita terrestre bassa che le collisioni si sarebbero riversate a cascata fino a rendere difficile o impossibile lanciare i satelliti senza che venissero colpiti detriti. Diventeremmo essenzialmente prigionieri sul nostro stesso pianeta e non avremmo nessuno da incolpare se non noi stessi.

Le collisioni si sono verificate in passato e probabilmente si ripeteranno

Se risuonassero le preoccupazioni per i detriti o per la potenziale collisione dei satelliti SpaceX ed ESA esagerato per te, vale la pena notare che i satelliti si sono scontrati in passato, in modo terribile conseguenze.

Nel 2009, due satelliti si sono scontrati ad una velocità sorprendente di 11.700 metri al secondo (26.000 miglia all'ora), non solo distruggendo entrambi gli oggetti ma anche spargendo un enorme campo di detriti attraverso le loro due orbite e oltre. Uno dei satelliti faceva parte della costellazione Iridium di satelliti per le comunicazioni, e uno era il satellite Kosmos della Forza spaziale russa disattivato. Il satellite Kosmos era stato scartato e lasciato in orbita in un momento in cui poche persone prendevano sul serio la minaccia dei detriti.

Questo incidente ha reso le persone consapevoli della gravità della minaccia rappresentata dai detriti. Non solo avrebbe potuto distruggere costosi satelliti, ma la collisione ha peggiorato notevolmente il problema: la NASA ha stimato che l'evento creato 1.000 pezzi di detriti più grande di 10 centimetri che potrebbe continuare a minacciare altri satelliti per migliaia di anni.

I detriti minacciano sia la Stazione Spaziale Internazionale che il Telescopio Spaziale Hubble

Ci sono due questioni principali da considerare quando si parla di sovraffollamento nello spazio. Il primo è il modo in cui i detriti spaziali possono influenzare i veicoli già in orbita attorno alla Terra, come la Stazione Spaziale Internazionale (ISS). La ISS si trova in un'orbita terrestre molto bassa, a un'altitudine media di 330 chilometri (205 miglia), che la colloca nel mezzo di un sacco di detriti spaziali. L'ISS è particolarmente vulnerabile agli impatti dei detriti perché è così grande che ha dovuto essere progettata per resistere agli impatti di detriti fino a 1 cm di dimensione.

Per gestire la minaccia di altri detriti, l'ISS osserva potenziali impatti e si sposta. “La stazione spaziale è stata la prima a iniziare a fare manovre per evitare tutto ciò che le si avvicinava”, Kessler ha spiegato: “ma il problema con queste manovre è che non si può prevedere che ci sarà un collisione. La precisione del tracciamento è sufficientemente precisa da indicare che qualcosa passerà scomodamente vicino a te e che esiste la probabilità di una collisione. Quindi faranno delle manovre in quelle circostanze”.

Nel caso della ISS, è importante prestare particolare attenzione perché è così grande e perché sono in gioco vite umane. Ci sono anche tutti gli altri oggetti in orbita terrestre bassa da considerare, come il telescopio Hubble che orbita a circa 545 chilometri (340 miglia) e altre missioni sia con equipaggio che senza equipaggio. E questo per non parlare di tutti i satelliti che si trovano su un’orbita geosincrona più alta, dove c’è anche un problema di detriti.

I detriti potrebbero diventare così gravi da impedire del tutto il lancio dei satelliti?

La seconda questione da considerare è come i detriti influenzeranno i futuri lanci. In termini di viaggio verso pianeti lontani, quando lasci la Terra alle spalle viaggi attraverso il campo di detriti per un periodo di tempo così breve che è meno probabile che causi problemi. Il problema sorge quando si guardano gli oggetti che rimangono permanentemente all’interno dei campi di detriti, come i satelliti e le missioni spaziali con o senza equipaggio.

"Puoi attraversare la strada in modo molto più sicuro che vivere in mezzo ad essa", spiega Kessler.

Attualmente la questione viene affrontata soprattutto in termini economici. In sostanza, man mano che i detriti peggiorano, il lancio dei satelliti diventerà sempre più costoso. Ma ciò che accadrà oltre questo è ancora sconosciuto a causa della mancanza di ricerche su questo argomento.

“Nessuno è mai riuscito a trovare una risposta alla domanda ‘quanto un ambiente è troppo brutto [perché siano possibili i lanci satellitari]?’”, ha detto Kessler. È fondamentale rispondere a questa domanda prima di poter essere certi di quando i detriti spaziali ci impediranno di lanciare completamente gli oggetti in orbita.

Per risolvere il problema abbiamo bisogno di un’azione aggressiva adesso

Se vogliamo risolvere questo problema, non possiamo semplicemente incrociare le dita e sperare per il meglio. Per affrontare davvero il problema dei detriti, afferma Kessler, “è necessaria un’azione più aggressiva”.

La questione più urgente è quella legislativa. Esistono linee guida concordate sulla mitigazione dei detriti, come una linea guida che qualsiasi cosa venga lanciata in orbita inferiore a 2000 chilometri (1240 miglia) deve rientrare nell'atmosfera per bruciarsi entro 25 anni dalla sua missione completamento. Ciò attribuisce la responsabilità della rimozione degli oggetti all'azienda o all'agenzia che li lancia.

Ma allo stato attuale, queste sono linee guida e non leggi. Kessler suggerisce che dovremmo trasformare le linee guida sulla rimozione dei detriti in regole e imporre sanzioni alle organizzazioni che non le seguono. Ciò incoraggerebbe le persone a seguirli per il bene di tutti.

Tuttavia, anche convincere tutti a seguire le linee guida attuali potrebbe non essere sufficiente. "Ci sono diversi studi che sono giunti alla stessa conclusione: anche se tutti seguissero le regole, ciò non sarebbe sufficiente per fermare la crescita dei detriti", ha detto Kessler. Questo perché le collisioni sono ancora in corso e creano detriti sempre più piccoli.

Questo è il motivo per cui abbiamo bisogno del secondo passo: rimuovere dall’orbita i 500 detriti più grandi. Questi sono i pezzi più grandi che sono relativamente facili da tracciare e che sappiamo rappresentare il pericolo maggiore. Ed è qui che entrano in gioco le nuove tecnologie.

Le nuove tecnologie potrebbero aiutarci a ripulire il nostro agire

Kessler ha indicato un articolo dei ricercatori della NASA J.C. Liou e N.L. Johnson del 2006, che esaminava cosa sarebbe necessario per eliminare i detriti spaziali. “Se iniziassimo l’anno prossimo e rimuovessimo cinque oggetti all’anno per i prossimi 100 anni”, ha detto Kessler, “ciò stabilizzerebbe l’ambiente orbitale”.

Tuttavia, il recupero di oggetti di grandi dimensioni dall’orbita è estremamente impegnativo. “Questi oggetti non sono stati progettati per essere afferrati”, ha spiegato Kessler, “e molti di loro ruotano. Prima di poter afferrare l'oggetto, devi fermare la rotazione. E alcuni di questi sono grandi quanto gli scuolabus”.

Un suggerimento su come affrontare questo problema è creare una struttura di assistenza satellitare in cui i satelliti potrebbero essere mantenuti e riparati per prolungarne la durata, creando così un periodo di tempo più lungo prima che diventino robaccia. La stessa struttura potrebbe anche essere utilizzata per far scendere gli oggetti dall’orbita una volta che non fossero più necessari.

Sono in lavorazione anche altre idee su come eliminare i detriti, come ad esempio Rimuovere il progetto satellitare DEBRIS che sta testando metodi per la cattura dei detriti tra cui reti, arpioni e navigazione basata sulla visione. Anche l’Agenzia spaziale europea lo è indagare sulla rimozione dei detriti insieme alla società Astroscale sperimentando l'aggiunta di un meccanismo di attracco ai satelliti prima del lancio per renderli più facili da catturare quando sono in pensione.

Una questione internazionale che richiede cooperazione internazionale

Come la sfida del cambiamento climatico, il problema dei detriti spaziali è una questione internazionale che richiederà la cooperazione internazionale per essere affrontata. Se vogliamo continuare a utilizzare lo spazio per la ricerca scientifica e per tecnologie abilitanti come le comunicazioni e il GPS, dovremo trovare un modo per rimediare ad alcuni dei danni che abbiamo già causato, oltre a trovare nuove soluzioni per il problema futuro.

Mentre non è probabile che rimarremo bloccati sulla Terra e perderemo totalmente la nostra capacità di viaggiare su altri pianeti in tempi brevi, il campo di detriti esistente attorno al pianeta potrebbe avere un impatto diretto sulla nostra capacità di studiare spazio. “Ciò che farà più male non sarà perdere l’accesso ad altri pianeti, ma perdere il telescopio Hubble”, ha detto Kessler. “Alla fine potrebbe diventare solo un pezzo di detriti. È la nostra curiosità scientifica ad essere a rischio”.

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