Il 4 ottobre 2022 sarà un giorno di buon auspicio poiché l'umanità celebrerà il 65° anniversario dell'inizio dell'era spaziale. Tutto ebbe inizio nel 1957 con il lancio del satellite sovietico Sputnik-1, il primo satellite artificiale mai inviato in orbita. Da allora, sono stati lanciati circa 8.900 satelliti da più di 40 paesi in tutto il mondo. Ciò ha portato a crescenti preoccupazioni sui detriti spaziali e sul pericolo che rappresentano per le costellazioni future, i veicoli spaziali e persino gli habitat in orbita terrestre bassa (LEO).

Ciò ha portato a molte soluzioni proposte per ripulire la "spazzatura spaziale", nonché a progetti di satelliti che consentirebbero loro di deorbitare e bruciare. Purtroppo, ci sono ancora dubbi sul fatto che un pianeta circondato da mega-costellazioni sia sostenibile a lungo termine. Un recente studio di James A. Blake, ricercatore presso l'Università di Warwick, ha esaminato l'evoluzione dell'ambiente dei detriti in LEO e ha valutato se le future operazioni spaziali possono essere condotte in modo sostenibile.

Per il suo dottorato di ricerca progetto, Blake si è concentrato sull'imaging e sul tracciamento dei detriti spaziali nelle orbite geosincrone della Terra (GEO) a circa 36.000 km (22.370 mi) sopra l'equatore. In questa regione dello spazio, i satelliti seguono la rotazione della Terra e hanno lo stesso periodo orbitale della Terra, il che la rende molto ricercata per le telecomunicazioni. Tuttavia, lo spazio in questa regione è molto limitato, il che potrebbe portare a seri problemi di sovraffollamento e detriti.

In particolare, il lavoro principale di Blake è stato un rilevamento di deboli detriti geosincroni effettuato utilizzando il telescopio Isaac Newton presso l'Osservatorio Roque de los Muchachos sull'isola di La Palma. Il suo lavoro è stato riassunto in uno studio intitolato "DebrisWatch I:A survey of deboli geosynchronous detriti", apparso nel gennaio 2021 sulla rivista Advances in Space Research. Come ha indicato in questo studio, la popolazione di detriti in GEO non è ben vincolata ma rappresenta un problema crescente.

Un problema storico

Secondo lo Space Debris Office (SDO) dell'ESA, dal 3 marzo 2022, circa 12.720 satelliti sono stati lanciati sull'orbita terrestre dallo Sputnik-1. Di questi, circa 7.810 rimangono in orbita, di cui circa 5.200 sono ancora operativi. In tutto, circa 29.860 oggetti detritici in LEO sono regolarmente monitorati da reti di osservazione terrestre e sono mantenuti nel loro catalogo.

In precedenza, si pensava che la popolazione di detriti in GEO sarebbe stata abbastanza trascurabile a causa delle rigide normative sulla spaziatura che hanno lo scopo di garantire che i satelliti non entrino in collisione. Tuttavia, la recente apparente distruzione dei satelliti per comunicazioni - AMC-9, di proprietà della società di telecomunicazioni lussemburghese SES SA, e Telkom-1 della Lockheed Martin - ha fornito prove evidenti dell'esistenza di un campo di detriti in GEO. Ciò presenta nuove implicazioni per le costellazioni future in GEO.

Come ha detto Blake a Universe Today via e-mail, tracciare l'evoluzione dei detriti spaziali è essenziale per il futuro della mitigazione dei detriti:

"Lo Sputnik 1 è stato il primo di migliaia di satelliti ad essere lanciato in orbita terrestre negli ultimi sei decenni, e quel numero continua a crescere rapidamente. Alcuni sono rientrati nell'atmosfera terrestre, mentre altri sono in orbita in uno stato abbandonato e incontrollato, rappresentano una minaccia per i satelliti attivi su cui facciamo affidamento.

"Nel tempo, la popolazione di detriti orbitali è cresciuta a causa di esplosioni e collisioni accidentali, insieme a test anti-satelliti intenzionali. La stragrande maggioranza dei detriti prodotti da questi eventi rimane invisibile per noi, troppo piccola per essere rilevata dalla nostra attuale generazione di reti di sorveglianza , ma ha ancora il potenziale per danneggiare gravemente i veicoli spaziali."

Secondo Blake, c'è una lezione da imparare dallo sfruttamento dell'ambiente vicino alla Terra da parte dell'umanità. In linea con la natura interconnessa dell'esplorazione spaziale e della vita sulla Terra, questa stessa lezione si applica ugualmente alle attività dell'umanità sulla terra. In breve, l'umanità deve agire in modo sostenibile in modo che le generazioni future possano godere e beneficiare delle libertà di cui abbiamo goduto dall'alba dell'era spaziale. Per fare questo, afferma Blake, è necessario evitare le collisioni:

"Un'efficace prevenzione delle collisioni richiede informazioni tempestive e accurate. Man mano che i cataloghi di satelliti e detriti diventano sempre più grandi, le reti di sorveglianza hanno il compito di monitorare sempre più oggetti per fornire un avviso sufficiente agli operatori, che possono quindi scegliere di manovrare il proprio velivolo fuori pericolo. "

Monitoraggio e mitigazione

L'attuale strategia per prevenire un ambiente di detriti incontrollabile in orbita prevede un duplice approccio:tracciamento e "passivazione". Il compito di tracciare satelliti e detriti è gestito da diverse agenzie spaziali e uffici governativi in ​​tutto il mondo. Ad esempio, il Joint Space Operation Center presso la base aeronautica di Vanderburg in California (JSpOC) utilizza le reti di sorveglianza spaziale (SSN), una combinazione di sensori ottici e radar, per monitorare i satelliti e i detriti in orbita.

Il NASA Orbital Debris Program Office (ODPO), situato presso il Johnson Space Center, misura l'ambiente orbitale dei detriti mentre sviluppa misure per controllare la crescita dei detriti. L'Office of Safety and Mission Assurance (OSMA), con sede presso il quartier generale della NASA a Washington DC, è responsabile dello sviluppo, dell'attuazione e della supervisione delle politiche e delle procedure a livello di agenzia per garantire la sicurezza, l'affidabilità e la sostenibilità dell'ambiente spaziale.

C'è anche lo Space Debris Office (SDO) dell'ESA, situato presso l'European Space Operations Center (ESOC) a Darmstadt, in Germania, che è responsabile della misurazione e della modellazione dell'ambiente orbitale dei detriti e dello sviluppo di strategie di protezione e mitigazione. Coordina inoltre le attività e gli sforzi di ricerca con le agenzie costituenti dell'ESA, che formano la Rete europea di competenze sui detriti spaziali (SD NoC).

A livello internazionale c'è l'Inter-Agency Space Debris Coordination Committee (IADC), un forum che comprende tredici agenzie spaziali nazionali (tra cui la NASA, Roscosmos, l'ESA e le agenzie spaziali indiana e cinese). Questo organismo ha sviluppato linee guida nel 2001 che sono state riviste più volte (l'ultima nel 2020) e da allora sono state adottate dal Comitato delle Nazioni Unite per gli usi pacifici dello spazio esterno (UNCOPUOS).

Dall'altra parte, c'è la famosa "regola dei 25 anni", in cui gli operatori sono incoraggiati a smaltire i satelliti entro 25 anni dal completamento della missione tramite il rientro atmosferico. I satelliti a bassa quota potrebbero già essere naturalmente in grado di farlo. Al contrario, i satelliti potenzialmente non conformi possono essere dotati di propulsori, vele di trascinamento e altri strumenti per accelerare il processo di deorbita. Come ha spiegato Blake:

"Gli operatori sono incoraggiati a "passivare" i veicoli spaziali al termine della loro missione, esaurendo o risparmiando eventuali fonti residue di energia interna a bordo del satellite o del corpo del razzo, riducendo così le possibilità di esplosione. Adesione alla "regola dei 25 anni" per il deorbitante di veicoli spaziali nell'orbita terrestre bassa è ancora relativamente basso e un impulso alla cooperazione su scala internazionale sarà fondamentale per affrontare il problema dei detriti."

Un problema di politica

Alla fine, Blake indica che uno dei maggiori ostacoli al raggiungimento della sostenibilità nello spazio è la politica. Negli ultimi decenni, le linee guida IADC adottate da UNCOUPOUS hanno costituito la base per pratiche di mitigazione standard sulla scena internazionale. Sfortunatamente, queste linee guida sono volontarie (cioè non legalmente vincolanti) e alcune nazioni che viaggiano nello spazio hanno scelto di non includerle nei loro quadri normativi nazionali.

Inoltre, l'adesione alla "regola dei 25 anni" rimane molto bassa in LEO e il processo di rientro non è un'opzione praticabile per gli oggetti nella regione GSO di alta quota. Di conseguenza, gli operatori tenteranno in genere di portare i satelliti dismessi nelle cosiddette orbite "cimitero" ben oltre GSO, o quella che è nota come orbita supersincrona (SSO). Ciò ha l'effetto di liberare la zona operativa in orbita per l'utilizzo da parte di futuri satelliti, ma i detriti possono ancora rappresentare una minaccia per i veicoli spaziali destinati alla Luna o allo spazio profondo.

Ciò che è necessario, afferma Blake, è una politica di rimozione attiva dei detriti (ADR) che operi in tandem con un più rigoroso rispetto delle normative per la mitigazione dei detriti:

"In definitiva, vorremo condurre missioni di rimozione regolari per smaltire attivamente i veicoli spaziali morti e i detriti, anche se una serie di ostacoli tecnologici devono ancora essere superati. Come evidenziato dal recente test ASAT russo nel novembre 2021, c'è anche un necessità di norme riconosciute a livello internazionale, giuridicamente vincolanti, per sanzionare comportamenti sconsiderati."

Inoltre, la NASA, l'ESA, l'Agenzia spaziale nazionale cinese (CNSA) e altre agenzie spaziali stanno attualmente testando i sistemi ADR. I concetti includono array di energia diretta (laser) basati sulla Terra, veicoli spaziali dotati di raggi al plasma, arpioni e reti e rimorchiatori spaziali magnetici. Negli ultimi anni, afferma Blake, ci sono stati anche sforzi per formulare una "valutazione della sostenibilità dello spazio" che incentivi gli operatori ad aderire a pratiche sicure e alla mitigazione dei detriti. Tuttavia, molte domande rimangono senza risposta.

For instance, with access to space becoming more widespread, how does a regulatory framework compare University-led CubeSat experiments to commercial constellations of satellites (a la Starlink)? Also, how will lawmakers attribute liability in the event of a collision involving uncontrolled debris? And what mechanisms will be in place to ensure a level playing field between emerging space agencies and those with a decades-long presence in space?

The debate around these questions and attempts to find solutions are actively unfolding around us right now. It has also led to the rise of non-profit organizations like the Space Court Foundation (SCF) the Space Generation Advisory Council (SGAC). There are also the time-honored efforts to formulate and crystallize policy by the Institute of Air &Space Law (IASL) at McGill University and the United Nations Office for Outer Space Affairs (UNOOSA).

As our presence in space continues to grow, we can expect some spirited debate, resolutions, and impressive innovations in the coming years. As always, the driving force behind these developments will be a basic matter of necessity. Humanity's future in space depends upon accessibility and safety, something that cannot happen with huge debris fields in orbit.