Il CNUCE controlla la presenza di detriti spaziali nell'atmosfera terrestre

Nei 40 anni trascorsi dall'inizio dell'Era Spaziale, circa 4000 satelliti artificiali sono stati lanciati in orbita terrestre. Una delle conseguenze di questa attività è stata la creazione di una crescente popolazione di detriti, ovvero di oggetti che continuano ad orbitare nello spazio senza svolgere più alcuna funzione. Molti di essi sono veicoli spaziali che hanno completato la loro o si sono guastati; altri sono stadi propulsivi esauriti, impiegati a suo tempo per collocare i missione satelliti nelle loro orbite prestabilite; altri ancora sono componenti di cui era prevista la separazione; infine, e sono i più numerosi, ci sono frammenti derivanti da rotture ed esplosioni, per lo più accidentali.

Il Comando Spaziale americano, che dispone di una rete globale di sensori ottici e radar per la sorveglianza dello spazio circumterrestre, ha catalogato nel corso degli anni circa 25.000 oggetti più grandi di 10 cm. Di questi ben 16.000 sono rientrati nell'atmosfera del nostro Pianeta, per lo più disintegrandosi a quote comprese tra gli 80 e i 40 km. Ma circa 9000 oggetti, di cui solo 500 sono satelliti operativi, popolano tuttora lo spazio attorno alla Terra. E molti di questi resteranno in orbita per più di un secolo, rappresentando un potenziale pericolo per le future attività spaziali.

Il problema dei detriti di origine artificiale non è, però, limitato agli oggetti grandi più di 10 cm, che possono essere individuati e tracciati individualmente. Molti di più sono i frammenti più piccoli: si stima che al di sotto dei 2000 km di altezza ci siano oltre 150.000 detriti più grandi di 1 cm e alcune centinaia di milioni di detriti millimetrici. Alle tipiche velocità relative che si riscontrano in orbita bassa (circa 10 km/s) anche l'impatto di oggetti tanto piccoli potrebbe infatti provocare danni considerevoli. Un detrito millimetrico potrebbe infatti forare i moduli pressurizzati della stazione spaziale Mir, nonché danneggiare alcuni sistemi critici dello Space Shuttle, mentre un frammento centimetrico sarebbe in grado di sfondare gli scudi protettivi della stazione spaziale internazionale Alpha, il cui assemblaggio in orbita comincerà l'anno prossimo.

Attualmente i rischi sono sensibili, anche se ancora non proibitivi; ma la continuazione delle attività spaziali e le collisioni accidentali tra oggetti già in orbita continueranno a generare nuovi detriti più velocemente di quanto le forze naturali siano in grado di rimuovere. Pertanto lo studio del problema, che in prospettiva potrebbe precludere le attività spaziali, almeno su certe orbite, ha ricevuto una crescente attenzione nell'ultimo ventennio e, in particolare, negli anni '90.

L'Istituto CNUCE del CNR di Pisa si è dedicato a queste tematiche a partire dal 1979. Da allora, infatti, la Sezione Dinamica del Volo Spaziale ha cominciato ad elaborare le previsioni di rientro nell'atmosfera di oggetti spaziali potenzialmente pericolosi secondo le autorità nazionali di Protezione Civile. A partire dalla seconda metà degli anni '80 l'interesse si è esteso alla sorveglianza spaziale, al controllo dell'uso dell'energia nucleare in orbita terrestre, alle caratteristiche e all'evoluzione della popolazione di detriti, alle possibili misure di mitigazione.

In seguito alle competenze maturate, nel 1992 il CNUCE, in collaborazione con il Dipartimento di Matematica dell'Università di Pisa e con il Consorzio Pisa Ricerche, ha ottenuto un contratto dall'Agenzia Spaziale Europea (ESA) proprio per lo studio dell'evoluzione a lungo termine, su tempi scala di un secolo, della popolazione di detriti in orbita terrestre. Allo scopo sono stati sviluppati sofisticati modelli di simulazione e codici di calcolo estremamente versatili per analizzare le situazioni più disparate.

Recentemente, inoltre, è stata rinnovata per altri cinque anni la convenzione tra l'Agenzia Spaziale Italiana (ASI) e il CNUCE. Come nella precedente, tra le varie attività contemplate c'è anche il Servizio di Monitoraggio degli Oggetti Spaziali, che comprende sia le previsioni di rientro di oggetti a rischio per il Dipartimento della Protezione Civile, sia lo studio dei detriti spaziali e della loro evoluzione nel tempo. I principali filoni di ricerca contemplano il decadimento orbitale di oggetti non controllati, i meccanismi e i modelli di frammentazione sia esplosiva sia collisionale, l'evoluzione a lungo termine delle nubi di detriti, le sorgenti di detriti a bassa energia, i modelli di traffico, le tecniche di mitigazione e prevenzione e i meccanismi di rimozione. Viene altresì periodicamente aggiornato il CNUCE Orbital Debris Reference Model, ovvero il modello ambientale che simula la distribuzione nello spazio di detriti orbitali di massa superiore al millesimo di grammo.