L'ormai defunta stazione spaziale cinese Tiangong-1 è in rotta per schiantarsi sulla Terra, completando la sua "fase di rientro nell'atmosfera". Mentre gli esperti erano consapevoli che ciò sarebbe accaduto per più di un anno, c'è stata un'enorme incertezza sulla tempistica esatta. Poiché l'altitudine orbitale della stazione è diminuita, però, questa incertezza si è progressivamente ridotta ed è ora possibile prevedere che entro pochi giorni sarà disorbita.

La maggior parte della stazione da 8,5 tonnellate brucerà e si disintegrerà mentre attraversa l'atmosfera, anche se alcuni detriti potrebbero colpire la Terra. E sebbene abbiamo la capacità di controllare con precisione un veicolo spaziale come Rosetta, che orbitava a pochi km di distanza dalla cometa 67P pur essendo a 405 m km di distanza dalla Terra e viaggiando a 55, 000 km all'ora - non possiamo effettivamente prevedere l'ora e il luogo del potenziale impatto di Tiangong-1 sulla Terra, nonostante sia solo 200 km sopra di noi.

Ma perché è così difficile, e la scienza un giorno ci aiuterà a inchiodare tali previsioni?

Le leggi di Newton ci dicono che i satelliti orbitano attorno alla Terra in orbite perfettamente circolari o ellittiche, ripetendo il loro percorso ancora e ancora (assumendo che la gravità sia l'unica forza che agisce su di loro). Però, questo non è vero a bassa quota, diciamo sotto 1, 000 km, perché il satellite si sta quindi muovendo attraverso l'atmosfera terrestre. Questo provoca "resistenza aerodinamica" (resistenza dell'aria) - una forza che si oppone alla velocità del satellite, che trasforma effettivamente l'orbita in una spirale discendente verso la superficie terrestre.

In teoria, possiamo calcolare perfettamente la resistenza per prevedere il percorso di un satellite. Questo può essere fatto usando un'equazione che dipende dalla velocità del satellite ( v² ), la densità dell'atmosfera ( ? ), un coefficiente numerico che dipende dalla forma del satellite e dal suo orientamento rispetto al flusso d'aria ( C ), e l'area dell'oggetto ( UN ). Per chi fosse interessato, l'equazione è: D =½ × C × ? × UN × v² . Ma non è necessario comprendere l'equazione per capire perché è così difficile calcolare la resistenza.

La velocità del veicolo spaziale è facile da misurare in modo abbastanza accurato utilizzando le osservazioni. Però, gli altri parametri sono molto incerti, il che rende difficile determinare il percorso di Tiangong-1. Per veicoli come automobili e aerei, C può essere stimato teoricamente o con fluidodinamica computazionale e misurato sperimentalmente in galleria del vento. Il problema principale qui è che la forma di Tiangong-1 è complessa, e l'oggetto è incontrollato e cade caoticamente, con conseguente cambiamento costante C .

L'altra incognita è la densità dell'atmosfera, che decresce con l'altitudine. Però, soprattutto ad alta quota, questo varia a causa di una serie di fattori imprevedibili, il più importante dei quali è l'attività solare.

L'attività magnetica solare segue un ciclo di 11 anni, che si traduce in un periodico aumento e diminuzione della quantità di radiazioni e particelle cariche emesse. Questi interagiscono con una parte dell'atmosfera terrestre chiamata ionosfera, modificandone la densità. Un buon indicatore dell'attività solare è il numero di macchie solari osservate. Ma mentre il ciclo solare può essere monitorato, anche il livello di attività cambia in modo imprevedibile, portando a cambiamenti imprevedibili nella densità dell'atmosfera.

Un altro fattore importante è che il satellite si disintegrerà e brucerà durante le fasi finali del rientro, aggiungendo ulteriore incertezza a tutti i termini della formula di trascinamento.

Questo spiega perché è quasi impossibile prevedere un punto (o una regione) di impatto lungo il percorso del satellite. Detto ciò, si può avere un'idea approssimativa dell'area di probabile impatto, in base all'inclinazione dell'orbita del veicolo spaziale. Sappiamo che l'orbita di Tiangong-1 gli consente di rientrare solo tra le latitudini di -43 (nord) e +43 (sud) gradi intorno all'equatore. Come puoi vedere nella mappa qui sopra, questo porta ad una banda estesa di probabile impatto, principalmente a sud dell'equatore.

Miglioramenti tecnologici

Per prevenire l'accumulo di detriti in orbita attorno alla Terra, che può rappresentare una minaccia per veicoli spaziali e satelliti, ora si raccomanda che ai satelliti in orbita terrestre bassa venga comandato di rientrare nell'atmosfera terrestre entro 25 anni dal completamento della missione.

È quindi di crescente importanza essere in grado di evitare minacce alla popolazione e agli oggetti sulla Terra quando questi veicoli spaziali si schiantano. I modelli e i dati sperimentali per la resistenza atmosferica vengono continuamente migliorati, ma è improbabile che raggiungano mai la precisione richiesta per permetterci di prevedere i punti esatti dell'impatto.

Anziché, i futuri satelliti devono essere progettati con il rientro come parte cruciale della missione. Rientro attivo e controllato, ad esempio utilizzando vele a trascinamento o propulsori – potrebbe ridurre le incertezze e garantire che il satellite bruci completamente nell'atmosfera seguendo una traiettoria accuratamente calcolata in anticipo.

I satelliti dovrebbero anche essere progettati e testati in modo tale che, durante il rientro, si frammentano nel modo desiderato e non causano una minaccia alla Terra. Questo concetto, analogo alle deformazioni controllate nelle auto per proteggere i passeggeri in caso di incidente, è noto come "design for demise". Questo non è qualcosa che viene imposto oggi.

Ci possono sempre essere miglioramenti in termini di sicurezza. Ma anche se il rientro dell'astronave non è controllato o prevedibile, non dobbiamo preoccuparci di esserne colpiti. Le probabilità che tu venga colpito sono prossime allo zero, mentre le probabilità che colpisca qualcuno sono circa una su 3, 200.

Questo articolo è stato originariamente pubblicato su The Conversation. Leggi l'articolo originale.