Tecnologie obiettivo "Zero Debris": rilascio detriti

Giovanni Garofalo • 4 marzo 2025

L'Agenzia Spaziale Europea (ESA)  ha pubblicato il "Zero Debris Technical Booklet" il 15 gennaio 2025, un documento fondamentale che delinea le tecnologie necessarie per raggiungere l'obiettivo di Zero Debris entro il 2030. Questo è il risultato di una collaborazione tra ingegneri, operatori, giuristi, scienziati ed esperti di politica, tutti membri della comunità Zero Debris, composta dai firmatari della Zero Debris Charter. (European Space Agency, 2024).

Il documento identifica sei obiettivi tecnologici chiave, tra cui: prevenire il rilascio di nuovi detriti, migliorare la sorveglianza del traffico spaziale e approfondire la conoscenza degli effetti dei detriti spaziali. Questo sforzo collettivo rappresenta un passo significativo verso un futuro sostenibile nello spazio, promuovendo una collaborazione internazionale per la salvaguardia dell'ambiente orbitale terrestre. In questo articolo ci si focalizzerà principalmente sul rilascio dei detriti ad opera delle operazioni spaziali.


Prevenzione: rilascio di nuovi detriti

Uno degli obiettivi principali delineati nel booklet è la prevenzione del rilascio di nuovi detriti spaziali, indipendentemente dalle loro dimensioni.  Fin dall’avvento delle attività spaziali (Figura 2a), i lanci che hanno permesso alla razza umana di avventurarsi nello spazio sono stati Numerosi. Di contro, le attività spaziali portano con sé la problematica della generazione e del rilascio di particelle (più o meno grandi) in orbita (Figura 2b).

Questo richiede, ancora oggi, lo sviluppo di tecnologie e pratiche operative avanzate che minimizzino la generazione di detriti durante tutte le fasi delle missioni spaziali.


Figura 2 Cronologia (1956 – 2001) (a) dei lanci in orbita effettuati con successo da parte di varie agenzie spaziali e (b) della catalogazione di detriti spaziali in orbita. (Mehrholz, et al., 2002)

Evitare il rilascio intenzionale di detriti

I detriti spaziali comprendono numerose particelle naturali (meteoroidi) e artificiali (derivanti, per esempio, dalla frammentazione di uno stadio), che non assolvono più alcuna funzione. Tra questi si trovano satelliti non funzionanti, stadi, frammenti generati da missioni e detriti derivanti da esplosioni o collisioni. In questo ambito, tutti gli attori del settore devono evitare il rilascio involontario di qualsiasi detrito.

Alcuni di essi (numericamente parlando, milioni), sono troppo piccoli per essere tracciati, e rappresentano un rischio significativo per le missioni spaziali. In media i detriti viaggiano fino a 37.000 km/h, abbastanza da causare danni considerevoli anche se di dimensioni ridotte. Inoltre, la fisica delle collisioni presenta dei risvolti interessanti, se si considera che sopra i 1.000 km/h di velocità di impatto, la fisica permette al corpo di comportarsi come un liquido.


Per affrontare la minaccia dei detriti, la NASA utilizza il radar Haystack, capace di rilevare frammenti tra 5 mm e 30 cm. Questo strumento campiona statisticamente la popolazione di detriti puntando verso specifici angoli e rilevando gli oggetti che attraversano il suo campo visivo.


Il rilascio di elementi strutturali dagli stadi dei lanciatori (Figura 4) rappresenta un rischio significativo per l’ambiente spaziale. Se non adeguatamente contenuti, questi elementi possono trasformarsi in detriti a lunga permanenza, aumentando la probabilità di collisioni con veicoli spaziali operativi. 

Tutti gli attori del settore spaziale devono garantire che gli oggetti spaziali siano smaltiti con successo in modo tempestivo per mitigare il rischio di generazione di detriti e interferenze con le missioni operative. Le soluzioni più recenti per affrontare questo problema includono:

A. Lanciatori progettati per contenere i potenziali oggetti (frammentabili) relativi alla missione, inclusi strutture per lanci multipli, masse fittizie e adattatori. Per fare ciò sono necessari elementi strutturali dello stadio superiore progettati per prevenire il rilascio involontario di qualsiasi detrito.

B.   Migliorare i modelli di simulazione riguardanti l'esposizione all'ambiente spaziale (ad es. comprensione chimica per estrapolare i risultati, analisi TGA per simulare l'esposizione estrema al sole) 

Conclusioni

Sono necessari ulteriori sforzi per sviluppare soluzioni tecniche e operative volte a migliorare la probabilità di successo nel deorbitare gli oggetti spaziali al termine della loro missione. Raggiungere una rapida e efficace rimozione orbitale dopo la fine della missione è fondamentale per evitare l’accumulo di detriti.


Per ottenere un tasso di successo della rimozione orbitale di almeno il 99%, sono necessari miglioramenti a vari livelli, tra cui, ma non solo:

·      Aumentare la probabilità che un oggetto rientri autonomamente in atmosfera terrestre dopo la fine della missione;

·      Progettare architetture di veicoli spaziali più affidabili;

·      Integrare queste capacità con mezzi esterni, come i servizi di rimozione, quando necessario (Figura 5);

·      Garantire che gli oggetti spaziali siano predisposti per la rimozione.

L'attuale modello delle operazioni spaziali sta cambiando grazie ad aziende estremamente capitalizzate, quali per esempio SpaceX e Blue Origin. Prima, esso si basava sull'uso singolo dei veicoli spaziali, progettati per essere lanciati, operare e poi essere eliminati nell'atmosfera o posizionati in orbite morte. Per un futuro più sostenibile, è necessario passare a un modello di economia circolare nello spazio, che mira a ridurre l'uso delle risorse e aumentare il valore derivato dagli asset spaziali.

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«Non ci riesco!» Quante volte un bambino pronuncia questa frase davanti a una costruzione che cade, a un esercizio che non torna, a un oggetto che non funziona come aveva immaginato? E quante volte noi adulti, quasi automaticamente, interveniamo? Sistemiamo, suggeriamo, mostriamo la soluzione. Lo facciamo per aiutarlo, naturalmente. Ma proprio in quel momento potremmo sottrargli un'esperienza preziosa: la possibilità di cercare da solo una strada diversa. È anche qui che possiamo comprendere il valore educativo delle abilità STEM. STEM è l'acronimo di Science, Technology, Engineering and Mathematics, ma educare alle STEM non significa semplicemente avvicinare bambini e ragazzi alla scienza, alla matematica o alla tecnologia. Significa soprattutto allenare un modo di pensare: osservare, fare domande, formulare ipotesi, sperimentare, sbagliare, modificare una strategia e provare ancora. Competenze utili nello studio, certamente. Ma soprattutto nella vita. 1. Problem solving : «Come potresti risolvere?» Un bambino sta costruendo una torre. Arriva quasi alla fine e la torre cade. Potremmo mostrargli immediatamente come rendere più stabile la base. Oppure potremmo domandargli: «Secondo te, perché è caduta?» Questa semplice domanda cambia completamente il ruolo dell'adulto. Non siamo più quelli che forniscono la soluzione, ma quelli che aiutano il bambino a cercarla. Il problem solving nasce proprio da qui: riconoscere un problema, immaginare possibili soluzioni, provarne una e verificare cosa accade. 2 . Pensiero critico : «Come fai a saperlo?» I bambini fanno continuamente affermazioni, collegamenti e ipotesi attraverso una fervida immaginazione… «Succederà sicuramente così.» «Questo è più pesante.» «Se faccio questo, allora succede quello.» Invece di confermare o correggere immediatamente possiamo chiedere: «Come fai a saperlo?» «Come potremmo verificarlo?» Li aiutiamo così a distinguere ciò che pensano da ciò che possono osservare, verificare e argomentare. Il pensiero critico non consiste nell'insegnare ai bambini cosa pensare, ma nell'aiutarli a costruire strumenti per interrogarsi su ciò che pensano. 3. Creatività : «E se provassimo in un altro modo?» STEM e creatività non sono affatto mondi separati. Quando una soluzione non funziona, serve immaginarne un'altra. Costruire un ponte con pochi materiali, trovare un modo diverso per trasportare dell'acqua, inventare una struttura che regga un peso: ogni piccolo problema può avere più di una risposta. Lasciare spazio a soluzioni diverse da quelle che avremmo scelto noi significa comunicare al bambino: «La tua idea merita di essere sperimentata.» 4. Collaborazione : «Proviamo a pensarci insieme» Molte attività STEM richiedono confronto, divisione dei compiti, ascolto delle idee altrui e capacità di modificare la propria proposta. Ecco perché diventano anche un esercizio relazionale. Un bambino può avere una buona idea e scoprire che quella di un compagno completa la sua. Impara così che collaborare non significa rinunciare alla propria soluzione, ma comprendere che insieme possiamo vedere possibilità che da soli non avevamo immaginato. 5. Perseveranza : l'errore che insegna Forse è questa una delle competenze più importanti. Un esperimento non riesce. Una costruzione crolla. Il risultato non è quello previsto. L'errore, nell'approccio STEM, non rappresenta necessariamente la fine del percorso. Può diventare una nuova informazione. Cosa non ha funzionato? Cosa possiamo cambiare? Cosa abbiamo scoperto grazie a questo tentativo? Il bambino impara progressivamente che sbagliare non significa necessariamente «non sono capace», ma può significare semplicemente: «Questa strada non ha funzionato. Posso cercarne un'altra.» Ed è qui che le abilità STEM incontrano profondamente l'educazione. Il ruolo dell'adulto: meno risposte, più domande Forse la sfida più difficile riguarda proprio noi adulti. Quando un bambino è in difficoltà, intervenire è spesso più veloce. Risolvere al suo posto evita frustrazione, attese e qualche volta anche un po' di disordine. Educare all'autonomia significa anche riuscire a rimanere accanto senza sostituirsi. Perché educare alle STEM non significa soltanto preparare bambini e ragazzi alle professioni del futuro. Significa aiutarli a diventare persone capaci di osservare un problema senza sentirsi immediatamente sconfitti, fare domande, cercare alternative, confrontarsi con gli altri e riprovare. Dal “non ci riesco”, imparare a chiedersi: “Cos'altro posso provare?”
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