Piovono rifiuti dal cielo

Non si vedono ma esistono e tornano sulla Terra: sono i rifiuti che continuiamo a produrre con le attività spaziali e che affollano le orbite sopra le nostre teste. In media, cade dal cielo un oggetto a settimana, senza controllo: l’Agenzia Spaziale Europea (ESA) ha quindi lanciato una strategia per correre ai ripari entro il 2030. Ecco come

Non c’è più spazio nello Spazio intorno all’orbita terrestre: è quanto emerge dall’ultimo Space Environment Report dell’Agenzia Spaziale Europea, pubblicato a luglio 2024. I detriti spaziali continuano ad aumentare, nel 2023 sono stati lanciati più satelliti che mai, tutti questi satelliti sono costretti a fare sempre più slalom per evitare di collidere tra loro e con i rifiuti. Con la stessa chiarezza, l’Agenzia ha messo nero su bianco che di questo passo qualsiasi attività extraorbitale, pubblica e privata, non sarà più sostenibile.

Per questo, la Strategia Zero debris, cioè “Rifiuti zero” dell’ESA prevede, tra l’altro, che, nel 2030, meno di un oggetto su mille debba generare detriti spaziali e che meno di un oggetto su 10.000 debba causare incidenti cadendo sulla Terra. Come siamo arrivati a questo punto? Lo abbiamo chiesto a Tiago Soares, ingegnere capo dell’iniziativa Clean Space e coordinatore tecnico della strategia.

Dalle ultime Space Enviromental Statistics pubblicate, ci sono circa 13.000 satelliti nello spazio e circa 10.000 sono ancora funzionanti… gli altri 3.000 a cosa servono? Perché sono ancora lì? Cosa succede quando un satellite si rompe?

In realtà, il quadro è molto migliorato: ci sono stati molti lanci negli ultimi anni, quindi sembra che ci sia solo una piccola percentuale di satelliti non funzionanti, che un tempo erano la maggioranza degli oggetti in orbita. Si tratta di satelliti lanciati in passato, quando i Paesi e le aziende non erano consapevoli del fatto che lo spazio può essere infinito, ma le nostre orbite non lo sono: sono, piuttosto, una risorsa. Quei satelliti sono stati lanciati senza alcun mezzo per smaltirli: si è pensato di farli funzionare più possibile e poi farli rimanere in orbita, anche per migliaia di anni. Quindi non è un problema che sarà risolto a breve. In futuro ci saranno altri satelliti, ed è proprio questo che stiamo cercando di prevenire: i tempi si sono evoluti, si spera che le persone pensino un po’ più a lungo termine, ma lasciare in orbita tutti questi satelliti non era considerato qualcosa che ci avrebbe ostacolato in futuro. Solo tra gli anni ’70 e ’80 è stata concepita la sindrome di Kessler, ovvero la crescita esponenziale dei detriti spaziali: ogni volta che si verifica una collisione o un’esplosione, vengono rilasciati migliaia di piccoli detriti che comportano un rischio per le altre missioni. E se uno dei piccoli detriti colpisce un altro satellite, genera altri detriti, con effetto a cascata.  Si è dovuto attendere fino agli anni 2000 per avere degli standard effettivi su come progettare i satelliti per proteggere le orbite, ma ormai sono obsoleti.

Sempre in base a questi dati, sono circa 36.500 gli oggetti spaziali catalogati e censiti e 40.000 gli oggetti detritici più grandi di 10 cm, che diventano oltre un milione da 1 a 10 cm…. Come vengono rilevati e in quale parte dell’orbita si trovano?

Gli oggetti si trovano nelle orbite più interessanti per gli esseri umani: è lì che abbiamo perso il maggior numero di satelliti ed è lì che alla fine si sono verificati gli incidenti. La maggior parte di essi si trova nella regione orbitale che chiamiamo orbita terrestre bassa, LEO – Low Earth Orbit, che in passato è stata molto utilizzata per l’osservazione della Terra, ora sempre più anche per i satelliti di telecomunicazione. L’altra area è quella dei Geo – Geostationary Earth Orbit, i satelliti stazionari che in passato venivano utilizzati per le telecomunicazioni, per la televisione e che oggi sono ancora molto utilizzati per le telecomunicazioni. Anche questi a volte meritano di essere osservati. Queste due aree sono quelle più inquinate o in cui si cominciano ad avere più regole di progettazione per evitare di generare detriti. In particolare, ci sono alcune orbite nella regione di Torbet inferiore, tra i 708 e 1200 chilometri di altitudine, che sono davvero molto affollate di detriti perché sono state molto utilizzate in passato e lo sono ancora oggi. È anche lì che si possono lanciare più oggetti e più facilmente: sono le orbite più interessanti per poter vedere la Terra in buone condizioni, anche dal punto di vista scientifico.

Come vengono monitorati questi detriti?

Il sistema radar è sempre più diffuso: stiamo iniziando a usare sistemi ottici per tracciarli. Questi sistemi sono in grado di catturare o osservare oggetti di altezza superiore a circa 8-10 centimetri. Possiamo rilevare quelli più piccoli, ad esempio, con misurazioni radar a esposizione più lunga, ma non è possibile tracciarli. Non si sa se ci sarà un rischio per il satellite tra due giorni. Quindi in realtà i detriti più grandi di un centimetro sono quelli che chiamiamo piccoli perché costituiranno già la maggior parte del satellite. Abbiamo un grande divario tra quelli molto piccoli, sotto 1 millimetro, e i dieci centimetri che non vediamo e che sono molto pericolosi. Forse i più pericolosi perché ci aspettiamo di avere più di 1.000.000 di detriti sopra 1 centimetro, quindi non possiamo vederli.

Penso al frammento che ha perforato il tetto di una casa a Naples, in Florida. Come possiamo proteggerci da questo tipo di collisioni?

Questa è un’altra cosa di cui in passato non ci si è occupati molto. È ciò che chiamiamo “rischio di incidenti a terra”. I satelliti sono stati progettati per le prestazioni, quindi sono composti da materiali molto resistenti alle alte temperature, all’alta pressione e questo li rende molto difficili da distruggere quando rientrano, nella cosiddetta “decomposizione per fusione”. Durante il rientro ci sono oggetti come i serbatoi (in questo caso era un pacco batteria) che non sono stati progettati per rompersi, in modo da non rappresentare un rischio sulla Terra. Ora stiamo iniziando ad avere delle regole in merito, ma è ancora una tecnologia in via di sviluppo. Abbiamo fatto un sacco di ricerca negli ultimi anni, l’Europa è abbastanza avanzata su questo rispetto al resto del mondo, ma non abbiamo ancora molti prodotti sul mercato che siano realmente progettati per questo e questo è uno dei miei obiettivi. Ho spinto molto per questo tipo di tecnologie perché negli ultimi anni abbiamo avuto serbatoi che sono caduti in India e in Brasile. In Florida è caduto in una casa, non ha fatto male a nessuno ma c’è una causa in corso per questo. Questi episodi possono anche spingere un po’ la necessità di sviluppare soluzioni di dismissione, specialmente con la crescita del numero di oggetti nelle nostre orbite che potenzialmente possono cadere. È davvero importante che ci prendiamo cura della scomparsa dei satelliti quando cadono, in modo che non feriscano nessuno.

Nello stesso report affermate che sono stati lanciati più satelliti negli ultimi due anni che in sei decenni di esplorazione spaziale: perché?

C’è stato chiaramente un boom delle missioni commerciali. Negli ultimi anni, SpaceX è stato completamente dirompente. Penso che avessimo lanciato circa 6.000 satelliti prima di allora e il lancio di una costellazione di Starlink in pochi anni ha guidato molto questa tendenza, ma sono molte le iniziative in fase di sviluppo: lo spazio è sempre più privatizzato ormai, guidato commercialmente. Nei prossimi anni vedremo numeri ancora più alti e non è qualcosa da cui si tornerà indietro. Ad oggi, questo movimento è guidato dai mercati delle telecomunicazioni, che offrono Internet dallo spazio. Vediamo anche il peso che ha in situazioni strategiche come in Ucraina, quindi possiamo aspettarci che più Stati vorranno avere i loro satelliti. Mi aspetto anche di vedere più consolidamenti dell’osservazione della Terra, del monitoraggio ambientale, del monitoraggio dei disastri. Credo siano davvero cambiate le regole del gioco.

Ed è per questo che ho detto che per me è molto chiaro che le regole che avevamo prima del 2008, quindi i primi standard internazionali sulla mitigazione dei detriti spaziali, non sono per niente aggiornate e non soddisfano le esigenze attuali.

Ed è per questo che abbiamo iniziato con la strategia Zero Debris, che ora è un’iniziativa guidata dalla comunità, con 180 entità che hanno confermato di voler firmare. Stiamo cercando di dire che dobbiamo andare in una direzione diversa. Dobbiamo produrre standard, ottenere un consenso sugli standard, ma ci vorrà molto tempo. Quindi abbiamo cercato di concordare o di progettare alcuni obiettivi concreti per cui la comunità può impegnarsi e sviluppare la tecnologia anche prima che gli standard e la legge siano lì, indipendentemente dal fatto che gli standard siano o meno disponibili.

Seguendo l’approccio di “economia circolare” applicato allo spazio, come si può ridurre e/o mitigare la produzione di rifiuti spaziali dalla prototipazione alla fine del ciclo di vita?

Deve essere fatto dal mercato, ma stiamo cercando di abilitare questo cambiamento: dobbiamo iniziare a pensare in modo circolare, alla rimozione dei rifiuti dallo spazio prima, poi al loro riutilizzo e infine, in futuro, al loro riciclo. Ma dobbiamo accelerare su questo. In Europa e anche in Giappone ci sono poche missioni in cantiere sulla rimozione dei rifiuti. Ci sono alcuni investimenti di investitori privati, le assicurazioni stanno iniziando a prestarci attenzione, quindi la rimozione del rischio in orbita è qualcosa che sta iniziando. Quando la tecnologia si muoverà, forse anche le normative inizieranno a muoversi.

Nell’approccio Zero Debris diciamo che non lasciamo rifiuti indietro: qualcosa può andare storto e, anche se è stato progettato per essere perfetto, il tuo satellite rimane lì perché ha fallito. Quindi devi essere in grado di rimuoverlo.

Poi, dopo aver padroneggiato questo, iniziamo a parlare davvero di: possiamo riutilizzarlo? Potremo farci qualcosa dalla spazzatura catturata nello spazio? Potrebbe essere molto interessante, aprire un nuovo mondo di possibilità, riparare le parti di satelliti invece di lanciarne interamente di nuovi. Ci sono satelliti che funzionano da più di 20 anni, altri si guastano dopo un anno perché si guasta un elemento, ma non tutta l’attrezzatura: riparare in orbita con la robotica significa riutilizzare le parti dei satelliti che hanno funzionato più a lungo e/o ripristinare solo il pezzo necessario al satellite guasto. Ma questo pensiero cambia completamente il processo di progettazione dell’industria aerospaziale. Potremmo aver bisogno di alcuni capitani d’industria che inizino a fare le cose in questo modo ed è quello che stiamo cercando di promuovere. Abbiamo lanciato la call for ideas Circular Economy e stiamo cercando di avviare cinque studi su sistemi per realizzarle nei prossimi mesi. Abbiamo anche avviato l’iniziativa EcoStar per chiedere: come possiamo rendere verdi i nostri satelliti? Di sicuro, la modularità potrebbe essere una parte di questa soluzione. Nel Clean Space Office, stiamo avviando molte iniziative per preparare il futuro in questo modo. Lo spazio sta iniziando a essere sempre più commerciale, quindi possiamo provare ad accelerare questi processi. Ma ovviamente, abbiamo bisogno che anche le aziende si impegnino in questo e la vedano come un’opportunità.

Ci sono tecnologie già sviluppate e/o in fase di sviluppo per ripulire lo spazio?

È una missione molto complicata. Ci stiamo lavorando da un po’. Dovremmo avere la prima missione di rimozione in Europa nel 2028 e abbiamo sviluppato grandi tentacoli che si chiudono attorno al satellite e cercano di farlo cadere. I futuri satelliti dell’ESA stanno incorporando interfacce specifiche per essere catturati: quindi se si rompono sarà in teoria molto più semplice farli rientrare, hanno dei marcatori chiari per aiutarci a navigare. Se ci pensi, un detrito danzerà nello spazio. Non sarà controllato.

Dovremo arrivarci con altri satelliti e iniziare un movimento sincronizzato nello spazio, in una sorta di danza spaziale, durante la quale avvicinarci da una certa angolazione e catturarlo da un certo punto.

Per molte persone è fantascienza, per me non più: penso che diventeremo molto abili in questo nei prossimi anni, in cui avremo la prima dimostrazione che possiamo farlo nello spazio. Per me ci sono alcune funzioni chiave: la prima è essere in grado di ricostruire l’assetto da terra, quindi avremo alcuni marcatori laser che ci consentiranno di sapere come si muove il satellite quando arriveremo con il nostro inseguitore, usando le telecamere. Sarà importante avere un’interfaccia fisica da afferrare, perché anche quella al momento non c’è. E un altro requisito fondamentale sarà rallentare questi movimenti rotatori, in modo che sia più facile fare questa danza.

Quali sono stati i risultati più importanti ottenuti dalla strategia Zero Debris e le maggiori sfide che state affrontando?

Dal punto di vista tecnico, i risultati più grandi sono stati iniziare ad avere queste interfacce a bordo dei satelliti del futuro, che consentono un miglioramento e un monitoraggio regolare della salute dei satelliti per prevenire guasti sconosciuti in orbita di cui poi non potremmo più occuparci. Già dopo il 2008, dicevamo che quando si progetta qualcosa, si dovrebbe garantire una certa affidabilità: ma prima spettava sostanzialmente all’operatore decidere come continuare o meno a prendersi cura del ciclo di vita del satellite. Ora stiamo cercando di mettere alcuni controlli che potrebbero aiutare a prendere una decisione. Per me questi sono due importanti progressi tecnici: le missioni di rimozione dei rifiuti spaziali saranno un passo ancora più importante. Inoltre, penso che mettere insieme una comunità così importante dietro cinque obiettivi in ​​un documento di 2 pagine sia stato davvero uno dei momenti salienti della mia carriera, onestamente, un po’ come il grado e mezzo dell’accordo di Parigi sulla riduzione delle emissioni contro il cambiamento climatico: ora sappiamo come misurare il nostro successo. Ci stiamo avvicinando? Forse non lo raggiungeremo, ma abbiamo qualcosa a cui puntare. Questo è molto importante e non c’era per la sostenibilità dello spazio. Per quanto riguarda le sfide, tutti hanno paura di cambiare le cose nello spazio ed è molto difficile apportare cambiamenti. Parliamo dello spazio come di un campo molto innovativo, ma non è facile. Le cose stanno cambiando. Le aziende audaci stanno andando molto più velocemente del passato, ma la cultura deve cambiare e penso che una nuova mentalità potrebbe costare un po’ di soldi all’inizio, ma che questo sia il futuro.

Non si potrà fare spazio senza detriti zero, quindi più ci muoviamo velocemente, meglio è.

Non è qualcosa ancora presente nella cultura del settore spaziale: come società lottiamo contro il cambiamento climatico e la sostenibilità a tutti i livelli ed è ancora una lotta quotidiana. È una lotta.

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