Come l'orbita terrestre bassa si trasforma in un mucchio di spazzatura

2024 Autore: Seth Attwood | [email protected]. Ultima modifica: 2023-12-16 16:08

La scia di spazzatura dell'uomo si è a lungo estesa oltre il pianeta, lontano nello spazio. Mentre attivisti e politici stanno decidendo cosa fare con i rifiuti domestici sulla Terra, tonnellate di apparecchiature che sono state utilizzate si stanno accumulando nelle orbite.

Scopriamo di cosa sono fatte le discariche spaziali, dove si trovano e se possono cadere detriti "celesti" sulla nostra testa (spoiler: questo è già successo).

Che tipo di spazzatura sta volando nello spazio

L'era spaziale iniziò con il lancio del primo satellite artificiale nel 1957. Da allora, l'umanità ha lanciato molti razzi e messo in orbita quasi 11.000 satelliti. Negli ultimi anni, il numero di missioni spaziali è aumentato notevolmente. Ora lo spazio vicino alla Terra viene esplorato non solo dagli stati: aziende private e organizzazioni senza scopo di lucro si sono unite al business. Il carico sulle orbite sta crescendo.

Come è cambiato il numero di oggetti nello spazio vicino alla Terra

Tuttavia, i satelliti, come qualsiasi altra tecnica, si guastano e diventano obsoleti. Vengono sostituiti da nuovi dispositivi e i dispositivi guasti sono costretti a vivere la loro vita in orbita sotto forma di rottami metallici. Nei dintorni vicini e lontani del nostro pianeta sono apparse "discariche".

Tutti gli oggetti tecnici inutilizzabili e i loro frammenti sono classificati come detriti spaziali. La maggior parte di essa viene utilizzata per stadi di razzi, vecchi satelliti e loro frammenti. Nonostante i lanci costanti di nuovi dispositivi, i satelliti funzionanti in orbita sono molto meno che "rifiuti". Secondo le stime dell'Agenzia spaziale europea (ESA), nello spazio vicino alla Terra ci sono 128 milioni di minuscoli detriti, la cui dimensione non supera un centimetro, 900 mila frammenti da 1 a 10 cm e 34 mila - più di 10 cm Per confronto: ci sono solo 3 satelliti funzionanti, 9 mila.

Più attivamente l'umanità utilizza l'orbita terrestre bassa (200-2000 km sul livello del mare). Questa parte dello spazio esterno è la più "densamente popolata" e allo stesso tempo la "più sporca". Ad un'altitudine di 650-1000 km, si trova la prima "discarica": qui "vivono" vecchi veicoli, detriti di varie dimensioni e satelliti militari con installazioni nucleari. Tali altezze per lo stoccaggio di oggetti potenzialmente pericolosi non sono state scelte a caso: possono rimanere lì per circa duemila anni. Il secondo "sito di prova" ufficiale si trova ad un'altitudine di circa 36 mila km: lì vengono inviati tutti i satelliti che hanno servito dall'orbita geostazionaria.

Tuttavia, i detriti spaziali "volano" non solo in luoghi appositamente designati per questo. Una collisione con detriti nello spazio vicino alla Terra può avvenire ovunque, perché è quasi impossibile prevedere il movimento di piccole particelle. Ma è davvero possibile schivare grandi frammenti - la maggior parte di essi sono osservati dalle agenzie spaziali mondiali. Se nei prossimi anni aziende come SpaceX, OneWeb e Amazon distribuiranno migliaia di satelliti di comunicazione sulla Terra, gli specialisti dovranno monitorare il movimento in orbita con molta più attenzione per evitare incidenti.

Chi tiene traccia dei detriti nello spazio

Secondo l'ESA, le reti di osservazione spaziale tracciano regolarmente solo 28.000 detriti particolarmente grandi. La US Space Surveillance Network è uno dei principali servizi di analisi della traiettoria dei detriti spaziali. Gli esperti tengono un catalogo in cui vengono introdotti oggetti più grandi di 5-10 centimetri dall'orbita terrestre bassa e detriti a partire da 30 centimetri situati vicino al geostazionario.

Negli Stati Uniti esistono altri centri che raccolgono ed elaborano dati non solo sui “rifiuti”, ma anche sui dispositivi in funzione. Le loro geolocalizzazioni sono pubblicate di pubblico dominio sulla risorsa Space Track e da Twitter del 18th Space Control Squadron, puoi conoscere la distruzione di determinati veicoli. Sulla base di queste informazioni è stata creata una mappa online Stuff in Space, che mostra in tempo reale la posizione dei satelliti (punti rossi), dei corpi dei razzi (blu) e dei detriti spaziali (grigi). La mappa viene aggiornata ogni giorno e mostra chiaramente lo stretto "rapporto" tra dispositivi operativi e "rifiuti".

Anche i paesi di Europa, Russia e Cina stanno osservando il movimento su "tracce" spaziali utilizzando telescopi o radar geostazionari. Le collisioni in orbita sono rare, grazie ai servizi che calcolano la probabilità di incidenti.

Da dove vengono i detriti spaziali?

Nonostante il fatto che le collisioni nello spazio siano rare, influenzano seriamente la crescita delle "discariche celesti". Uno degli incidenti spaziali più gravi si è verificato nel 2009: il satellite per comunicazioni americano Iridium e l'apparato militare russo inoperativo "Kosmos-2251" non sono riusciti a disperdersi. Il loro "incontro" ha dato origine a una grande nuvola di piccoli detriti e più di 1, 5 mila grandi frammenti, che fino ad oggi rimangono nello spazio vicino alla terra.

I ricercatori chiamano le esplosioni la ragione principale della formazione di detriti spaziali. Molto spesso si verificano a causa di perdite o riscaldamento del carburante, che rimane nei serbatoi degli stadi superiori già esauriti, gli ultimi stadi di razzi e satelliti. L'attrezzatura esplode a causa di difetti di progettazione o dell'impatto dell'ambiente spaziale ostile. Ad esempio, nel 2018 gli stadi superiori russi e americani "Fregat" e "Centaur" si sono schiantati in orbita, nel 2012 il nostro "Briz-M" è stato disperso in frammenti. Nel marzo 2021, un vecchio satellite meteorologico statunitense è esploso e un anno fa uno stadio del razzo sovietico Cyclone-3, che era stato nello spazio vicino alla Terra per 29 anni, si è trasformato in 75 frammenti alla deriva.

I test sulle armi anti-satellite lasciano un'ampia scia di detriti. Nel 2007, la Cina ha distrutto il proprio Fengyun-1C con un missile a medio raggio a un'altitudine di 865 km. Formata circa 3, 5 mila oggetti di grandi dimensioni e un numero incalcolabile di frammenti fino a 5 centimetri. Nel 2019, l'India ha anche lanciato un razzo contro il suo satellite: circa 400 detriti sparsi in orbite che vanno da 200 a 1600 km.

Gli specialisti dell'ESA hanno analizzato più di 560 casi di distruzione di dispositivi. Come notano, ci sono altre ragioni per la formazione di detriti spaziali nelle orbite. Spesso, alcune delle sue parti sono disconnesse dall'apparato, vengono distrutte a causa di imperfezioni nella struttura o si guastano quando interagiscono con l'atmosfera terrestre.

Ragioni per la distruzione della navicella spaziale

Nel 2020, gli specialisti di RS Components hanno analizzato quale delle potenze spaziali ha invaso lo spazio più fortemente di altre. Si è scoperto che la maggior parte del relitto rintracciato oggi appartiene alla Russia e ai paesi della CSI: 14.403 frammenti. Al secondo posto ci sono gli Stati Uniti (8734), al terzo la Cina (4688).

Perché le discariche spaziali sono pericolose

I satelliti moderni sono dotati di protezione da micrometeoriti e detriti spaziali, ma "armatura" non sempre salva. I detriti dell'esplosione continuano a muoversi a una velocità iniziale. Poiché non esiste una forza di attrito percettibile nello spazio e la normale gravità non agisce, praticamente non rallentano.

La loro velocità può raggiungere gli 8-10 km / s, che è quasi sette volte più veloce di un proiettile. Anche i colpi dei frammenti più lenti possono essere fatali. I pezzi di dimensioni superiori a 10 cm sono in grado di distruggere completamente gli aerei. Le collisioni con frammenti superiori a 1 cm interrompono il funzionamento del veicolo spaziale o provocano esplosioni di oggetti non operativi. Le particelle millimetriche nella maggior parte dei casi lasciano crepe e scheggiature sugli alloggiamenti.

Nel 2016, un minuscolo detrito delle dimensioni di un granello di polvere ha lasciato un'ammaccatura di 7 mm sul vetro della finestra della ISS. Le collisioni con eventuali frammenti di detriti sono pericolose per la stazione spaziale, perché si muove in orbita a una velocità superiore a 7,6 km/s. L'ISS esegue regolarmente manovre evasive e corregge la sua orbita: i pannelli anti-meteorite non sono in grado di proteggere l'equipaggio in caso di collisione con detriti di grandi dimensioni. A volte i cosmonauti sono costretti a evacuare la stazione e attendere il momento di un pericoloso avvicinamento ai detriti spaziali nella navicella spaziale Soyuz, al fine di lasciare rapidamente la "nave che affonda", se necessario.

La maggior parte delle manovre dei veicoli spaziali vengono eseguite per evitare "incontri" con detriti. Queste azioni sono costose. Gli esperti passano ore a calcolare i rischi e a pianificare una nuova traiettoria. Al momento della manovra, si consuma carburante, che devi portare con te "in riserva", e i dispositivi "rimangono inattivi" - non trasmettono i dati necessari per i ricercatori.

Per quelli sulla Terra, i detriti spaziali non rappresentano una seria minaccia. Piccoli dispositivi riescono a bruciare nell'atmosfera, mentre grandi parti esaurite di razzi o satelliti, di regola, vengono abbassate lungo una determinata traiettoria nell'Oceano Pacifico o in territori disabitati in Kazakistan. Solo una volta i detriti spaziali artificiali hanno colpito una persona. Nel 1997, un relitto di un veicolo di lancio americano Delta II cadde su Lottie Williams, residente in Oklahoma. La ragazza è rimasta delusa nell'apprendere che non era un pezzo di una stella che le è caduto sulla spalla, ma un frammento di un serbatoio di carburante.

Il consulente scientifico della NASA Donald Kessler fece una previsione sgradevole nel 1978. Successivamente, il fenomeno da lui descritto fu chiamato "sindrome di Kessler". Secondo l'astrofisico, un giorno la concentrazione di "rifiuti" nello spazio aumenterà a tal punto che il numero di incidenti comincerà a crescere in modo incontrollabile. I detriti si schianteranno contro gli aerei e questi verranno fatti a pezzi e "attaccheranno" altri oggetti. Mucchi di rottami metallici renderanno inutilizzabili le orbite inferiori e intorno alla Terra apparirà una cintura di immondizia, che ricorda gli anelli di Saturno. Alcuni esperti ritengono che la concentrazione critica di oggetti artificiali in orbita sia già stata raggiunta.