Riformulare i detriti orbitali: da un approccio statistico a uno basato sul dosaggio per la sicurezza spaziale

Italia - Agenzia stampa Ekhbary

Riformulare i detriti orbitali: da un approccio statistico a uno basato sul dosaggio per le minacce nascoste nello spazio

Con ogni satellite lanciato in orbita terrestre, l'umanità acquisisce preziose intuizioni sulle operazioni spaziali. Tuttavia, questo progresso è sempre più accompagnato da una sfida crescente: l'insidiosa minaccia dei micrometeoroidi e dei detriti orbitali (MMOD). Gli esperti del settore stanno ora segnalando che l'attuale approccio alla valutazione del rischio MMOD, fortemente basato su statistiche generali e sull'evitamento di grandi collisioni tracciabili, potrebbe essere fondamentalmente errato nel cogliere la vera natura degli impatti cumulativi di piccole particelle non tracciate. C'è un crescente appello a un cambiamento di paradigma, passando da una prospettiva statistica a un approccio di 'dosaggio', che rispecchi la nostra comprensione dei rischi di radiazioni, per valutare veramente l'impatto di queste minacce pervasive.

Storicamente, l'ambiente spaziale era percepito come relativamente stabile, con pericoli prevedibili come temperatura, vuoto e carica. L'avvento di satelliti come lo Sputnik negli anni '60 ha segnato l'alba dell'era spaziale, dimostrando la nostra capacità di operare entro questi limiti. Tuttavia, ciò che è cambiato drasticamente da allora è la densità del traffico in orbita terrestre bassa (LEO) e la graduale 'inquinamento' con milioni di pezzi di detriti orbitali, creando un ambiente MMOD moderno molto più complesso di quanto mai avvenuto prima. Mentre i 'grandi impatti' e le collisioni tra veicoli spaziali sono tracciabili e possono essere mitigati attraverso manovre, la vera sfida risiede nei micro-MMOD.

I micro-MMOD, che comprendono oggetti di dimensioni inferiori a 3 millimetri non tracciabili, costituiscono la stragrande maggioranza degli oggetti in LEO per numero. Questo enorme volume di particelle invisibili presenta un profondo mistero. Come possiamo comprendere una minaccia che non possiamo tracciare? La missione Long Duration Exposure Facility (LDEF) della NASA, volata tra il 1984 e il 1990, ha rivelato realtà sorprendenti. Studiando materiali e sottosistemi restituiti dallo spazio, ha rivelato un ambiente disordinato, direzionale e ad alto flusso. Sull'esterno dell'LDEF sono stati identificati oltre 30.000 impatti MMOD, con concentrazioni significativamente più elevate sul lato rivolto in avanti. Ciò suggerisce che i satelliti moderni, specialmente nella LEO sempre più congestionata di oggi, dove le popolazioni di detriti sono circa triplicate dal 1990, potrebbero subire centinaia di impatti all'anno.

Gli operatori satellitari spesso faticano a conciliare questi numeri, affermando frequentemente che l'MMOD non è un fattore significativo al di là dei requisiti del rapporto di valutazione dei detriti orbitali (ODAR). Tuttavia, il problema risiede nella natura di questi impatti. Non tutti gli impatti MMOD sono così catastrofici come descritto nei video virali di ipervelocità. La maggior parte dei fori osservati sull'LDEF erano piccole perforazioni sub-millimetriche. Eppure, queste micro-perforazioni possono ancora creare detriti secondari, anche se non distruggono immediatamente un satellite. Fondamentalmente, poiché i guasti in orbita sono spesso oscuri e dedotti dalla telemetria, molti guasti potrebbero essere erroneamente attribuiti a problemi di radiazioni, software o lavorazione, quando i micro-MMOD potrebbero essere il vero colpevole. Perturbazioni su scala millimetrica, sia da problemi di lavorazione che da micro-MMOD, possono apparire quasi identiche nella telemetria da terra, ma degenerare in risultati catastrofici, in particolare durante le fasi critiche di dispiegamento.

Pertanto, gli esperti stanno sostenendo un approccio epidemiologico, concentrandosi sulle popolazioni di particelle e sull'esposizione piuttosto che solo su congiunzioni discrete. Si tratta di dosaggio. Il rischio MMOD può essere paragonato ai rischi di radiazioni alfa e beta: popolazioni di particelle che si preferirebbe non lasciare entrare in sistemi sensibili. Se il dosaggio è la lente corretta, allora le strategie di protezione efficaci diventano chiare: amplificare la protezione attorno ai sistemi critici e insostituibili, e centralizzare tali sistemi per una salvaguardia efficiente. Ciò richiede una rivalutazione approfondita della progettazione dei veicoli spaziali e dei materiali, considerando soluzioni basate su compositi che non espellono frammenti micro-MMOD duri all'impatto, a differenza delle loro controparti metalliche.

Il futuro dell'ambiente dei detriti orbitali indica un'escalation dei rischi. I veicoli spaziali del Defense Meteorological Satellite Program continuano a 'rompersi' anni dopo la disattivazione, sottolineando la natura a lungo termine e volatile di queste minacce. L'aumento delle dinamiche di conflitto nello spazio, la proliferazione dei concetti di intercettori e le operazioni di rendezvous e prossimità (RPO) complicano ulteriormente il quadro. Sebbene l'RPO possa ridurre i detriti se eseguita in modo impeccabile, introduce anche nuove modalità di guasto che producono detriti se eseguita male. Siamo a un punto critico in cui un significativo salto di capacità per comprendere e mitigare l'MMOD potrebbe risolvere il problema, o uno sforzo minore potrebbe portare a un degrado irreversibile del nostro ambiente orbitale. Queste pressanti realtà richiedono una rivalutazione completa delle strategie di progettazione satellitare, lo sviluppo di nuovi materiali e l'adozione di un modello di valutazione del rischio più olistico e basato sul dosaggio per garantire la sostenibilità delle operazioni spaziali per le generazioni future.

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