Durante i suoi 30 anni in orbita intorno alla Terra, il telescopio spaziale Hubble della NASA/ESA ha assistito alla natura mutevole del volo spaziale poiché i cieli si sono riempiti di un numero maggiore di satelliti, è nata la Stazione Spaziale Internazionale e gli incidenti e le esplosioni nello spazio hanno creato nuvole di detriti spaziali in rapido movimento.

Hubble stesso ha sentito l'impatto di questi detriti, accumulando minuscoli crateri da impatto attraverso i suoi pannelli solari che testimoniano una vita lunga e movimentata nello spazio. Quindi cosa possiamo imparare da questi impatti, e cosa riserva il futuro per Hubble?

Nel 1993, è stata condotta la prima missione dello Shuttle per "abbellire" Hubble. Dotando l'osservatorio spaziale di ottiche correttive, è stato improvvisamente in grado di catturare le immagini incredibilmente nitide dell'Universo amato da tutto il mondo.

Mentre gli astronauti erano lì, hanno sostituito i pannelli solari dell'osservatorio che erano stati "tremolanti" a causa delle fluttuazioni di temperatura. Uno dei pannelli è stato smaltito in orbita, poi bruciando nell'atmosfera terrestre, ma l'altro fu riportato sulla Terra.

Parte del contributo dell'ESA a Hubble è stato quello di progettare, produrre e fornire i suoi pannelli solari in cambio di tempo di osservazione, il che significa che l'array restituito era disponibile per l'ispezione da parte dell'Agenzia.

Questa è stata una delle prime opportunità nella storia dell'esplorazione spaziale di vedere l'impatto di più di due anni nello spazio su un satellite in orbita. Il team ha scoperto centinaia di crateri da impatto che intaccano la superficie di solo una piccola sezione del pannello solare, che vanno da micron a millimetri di diametro.

Nove anni dopo, i pannelli solari sono stati nuovamente sostituiti e sono tornati sulla Terra questa volta dopo aver accumulato quasi un decennio di crateri da impatto.

Questo array è ora in mostra presso il Technology Center dell'ESA (ESTEC) nei Paesi Bassi, ma un piccolo pezzo è arrivato al controllo della missione ESOC in Germania, sede dell'Ufficio Detriti Spaziali.

Serie di prove del primo bombardamento di Hubble

Anche se non sappiamo esattamente quando si è formato ogni cratere da impatto, devono essersi verificati durante il periodo in orbita del pannello solare. Come tale, impresso su di loro, è una prova unica dell'attività dei voli spaziali durante il loro tempo nello spazio.

I crateri da impatto sono stati studiati per determinarne le dimensioni e la profondità, ma anche per cercare potenziali nuovi residui. Dato che la composizione chimica della cella solare era nota, materiali o elementi "alieni" potrebbero essere stati portati nel cratere dall'impattore.

Metalli come ferro e nichel suggerirebbero un impatto da una fonte naturale:frammenti di asteroidi e comete noti come micrometeoroidi. I crateri trovati nei pannelli solari di Hubble tuttavia contenevano piccole quantità di alluminio e ossigeno, una forte indicazione dell'attività umana sotto forma di residui di sparo del "motore a razzo solido".

La squadra di detriti spaziali, come parte di uno sforzo più ampio con i partner dell'industria e del mondo accademico, sono stati in grado di abbinare la forma e le dimensioni di questi crateri a modelli di lanci di razzi noti per essere avvenuti all'epoca, trovare una corrispondenza tra i crateri osservati e i crateri attesi.

Hubble si è fatto male?

Queste minuscole particelle, che vanno da micrometri fino a un millimetro di dimensioni, avrebbe colpito Hubble a velocità relative enormi di 10 km/s, tuttavia non hanno avuto un grande impatto sull'astronave che continua a scattare immagini incredibili del nostro Universo.

Tali impatti si verificano abbastanza frequentemente per tutti i satelliti, l'effetto principale è un degrado continuo ma graduale della quantità di energia che i pannelli solari possono produrre.

Le nuove missioni utilizzano un modello creato dal team di detriti spaziali, sulla base dei primi dati sull'impatto di Hubble, per prevedere quanti impatti ci si può aspettare per ogni missione e quale effetto avrà sull'energia solare.

Hubble vive ancora con la minaccia di una collisione

Immagina la navicella spaziale Hubble in orbita, che risiede all'interno di un cubo di 1 km x 1 km x 1 km. In media, in qualsiasi momento, un singolo pezzo di detriti di dimensioni micron condivide quel cubo con Hubble, perché per ogni chilometro cubo di spazio intorno alla Terra, c'è circa un minuscolo oggetto detriti.

Questo non sembra molto, ma Hubble stesso sta viaggiando a 7,6 km/s rispetto alla Terra e così anche questi minuscoli frammenti di detriti. Una grande frazione di collisioni tra i due non avviene frontalmente, ma in un angolo, portando a velocità di impatto relative di circa 10 km/s.

Per semplicità, immagina che queste particelle viaggino a 10 km/s rispetto a un Hubble immobile. Questo è lo stesso di dieci di questi oggetti in rapido movimento che entrano ed escono dallo spazio cubico di Hubble ogni secondo. Poiché i pannelli solari di Hubble occupano un'ampia superficie, misura circa 7x2 m, è più probabile che si trovino faccia a faccia con un gran numero di questi proiettili.

Hubble oggi affronta una minaccia simile da piccoli frammenti di detriti come ha fatto subito dopo il suo lancio. Mentre le particelle di dimensioni micron vengono ancora create oggi, l'atmosfera a questa bassa quota, 547 km sopra la superficie terrestre, ne spazza via anche un certo numero.

Però, anche il rischio da oggetti più grandi purtroppo è in aumento. I frammenti di detriti che vanno da circa 1-10 cm di dimensione sono troppo piccoli per essere catalogati e rintracciati da terra, ma hanno abbastanza energia per distruggere un intero satellite. All'altitudine di Hubble, la probabilità di una collisione con uno di questi oggetti è raddoppiata dai primi anni 2000, da una probabilità dello 0,15% all'anno allo 0,3% di oggi.

Hubble vive dove le mega-costellazioni intendono risiedere

Alcuni satelliti vengono lanciati oggi senza la capacità di cambiare la loro orbita. Invece di manovrare alla fine della loro vita, possono essere inseriti ad altitudini relativamente basse in modo che nel tempo l'atmosfera terrestre li spinga verso il basso per bruciarli, inclusa la regione che Hubble chiama casa.

Inoltre, il numero totale di satelliti operativi installati in questa regione sembra destinato ad aumentare rapidamente. Alcune costellazioni di Internet a banda larga, il più grande dei quali dovrebbe contenere migliaia di satelliti, hanno gli occhi puntati su queste altezze.

Sicurezza spaziale all'ESA

Per aiutare a prevenire l'accumulo di nuovi detriti in caso di collisioni, Il programma Space Safety dell'ESA sta sviluppando tecnologie di "prevenzione automatica delle collisioni" che renderanno più efficiente il processo di prevenzione delle collisioni, automatizzando i processi decisionali sul campo.

Ma che dire dei detriti che sono già là fuori? In una prima mondiale, L'ESA ha commissionato una missione di rimozione dei detriti attiva che eliminerà in sicurezza un oggetto di detriti attualmente in orbita. La missione ClearSpace-1 avrà come obiettivo una parte di un razzo Vespa da 100 kg, lasciato in orbita dopo il secondo volo del lanciatore Vega dell'ESA nel 2013.

Con una massa di 100 kg, la Vespa è di dimensioni simili a un piccolo satellite. La sua forma relativamente semplice e la costruzione robusta lo rendono un primo obiettivo adatto, prima di passare a dimensioni maggiori, acquisizioni più impegnative tramite missioni successive, inclusa la cattura di più oggetti.