Space debris: come evitare la catastrofe orbitale?

Una bomba a orologeria orbitale

L’esplorazione dello spazio, iniziata oltre sessant’anni fa, ha lasciato dietro di sé una scia di detriti che oggi rappresenta una seria minaccia per l’operatività dei satelliti e la sicurezza delle future missioni. Si stima che centinaia di milioni di frammenti, tra cui rottami di razzi, componenti metalliche e satelliti dismessi, orbitino attorno alla terra. Questi oggetti, muovendosi a velocità prossime ai 28.000 km/h, si trasformano in proiettili capaci di arrecare danni significativi alle infrastrutture spaziali, inclusa la Stazione Spaziale Internazionale.

La situazione è resa più complessa dalla rapida crescita dell’industria spaziale, sempre più orientata verso interessi commerciali. Gli operatori di costellazioni satellitari per le telecomunicazioni, ad esempio, necessitano di un numero elevato di satelliti a basso costo per garantire una copertura ottimale. Questa tendenza impone una maggiore attenzione alla sostenibilità delle operazioni spaziali, e soprattutto alla capacità di gestire il ciclo di vita dei satelliti, limitando la creazione di nuovi detriti.

Il problema dei detriti spaziali non è soltanto ambientale, ma anche economico. Gli operatori satellitari devono sostenere costi elevati per monitorare i detriti, calcolare le traiettorie e effettuare manovre evasive. Queste manovre, essenziali per evitare collisioni, consumano carburante e riducono la vita utile dei satelliti. Si prevede che la densità crescente dei detriti aumenterà il rischio di perdita totale dei satelliti, con conseguenti perdite economiche dirette e interruzioni di servizio per miliardi di persone.

Le statistiche sono allarmanti. L’agenzia spaziale europea (esa) stima che vi siano oltre 35.000 oggetti di dimensioni superiori ai 10 centimetri in orbita attorno alla terra. Se si considerano anche i detriti più minuti, con dimensioni comprese tra un millimetro e un centimetro, la quantità totale eccede i 130 milioni di unità. Ogni frammento rappresenta una potenziale minaccia per le attività spaziali e per la vita degli astronauti.

Il monitoraggio dei detriti spaziali è una sfida tecnologica complessa. I radar gestiti dal dipartimento della difesa degli Stati Uniti sono stati a lungo i principali strumenti per la sorveglianza dello spazio. Tuttavia, solo una parte dei detriti viene tracciata con precisione. I pezzi più piccoli sono più numerosi e difficili da seguire, ma anche frammenti di pochi centimetri possono causare danni ingenti. Sistemi radar avanzati, come lo space fence costruito nelle isole marshall, effettuano milioni di osservazioni al giorno, ma la capacità di tracciamento deve essere ulteriormente potenziata.

Le collisioni in orbita generano un effetto a cascata noto come sindrome di kessler, in cui ogni impatto produce nuovi detriti, aumentando esponenzialmente il rischio di ulteriori collisioni. Per affrontare questo problema, è necessario sviluppare tecnologie innovative per la rimozione dei detriti e implementare politiche internazionali che incentivino comportamenti responsabili da parte degli operatori spaziali. Ignorare questa sfida potrebbe compromettere la futura esplorazione dello spazio e mettere a rischio le infrastrutture satellitari da cui dipendono molti aspetti della vita moderna. La cooperazione internazionale è quindi essenziale per mitigare i rischi associati ai detriti spaziali e garantire un futuro sostenibile per le attività nello spazio.

La spazzatura spaziale è un problema concreto: nel mese di aprile, mentre la capsula di spacex stava accelerando verso la Stazione Spaziale Internazionale, la base di controllo a terra ha annunciato che c’erano solo 20 minuti per completare una procedura di sicurezza prima di un potenziale impatto con un pezzo di un veicolo spaziale ormai in disuso. Attualmente, l’identificazione della “spazzatura” in orbita è principalmente affidata ai sistemi radar. Tuttavia, dei circa 34.000 corpi celesti artificiali di almeno dieci centimetri di diametro che si stima esistano, solamente circa 29.000 vengono monitorati con sufficiente accuratezza. Gli elementi di minori dimensioni sono più diffusi e complessi da tenere sotto osservazione. Quelli con una larghezza compresa tra uno e dieci centimetri superano le novecentomila unità, mentre quelli di un millimetro o più potrebbero raggiungere i 128 milioni. È importante sottolineare che anche i più esigui frammenti di detriti sono capaci di provocare danni. A maggio, l’Agenzia Spaziale Canadese ha reso noto che un detrito non tracciato aveva causato una perforazione di cinque millimetri sul Canadarm2, un braccio robotico essenziale per la Stazione Spaziale Internazionale.

Le implicazioni economiche: chi paga il conto?

Il problema dei detriti spaziali non è solo una questione di sicurezza, ma anche un grave problema economico. I costi diretti e indiretti legati alla gestione dei detriti spaziali sono in costante aumento, gravando sugli operatori satellitari, le agenzie spaziali governative e le compagnie di assicurazione. È fondamentale affrontare la questione della responsabilità finanziaria: chi dovrebbe pagare per la rimozione dei detriti e come incentivare comportamenti più responsabili?

Attualmente, non esiste un quadro giuridico internazionale che definisca chiaramente le responsabilità in materia di detriti spaziali. Alcuni sostengono che i paesi e le aziende che hanno generato i detriti dovrebbero essere ritenuti responsabili dei costi di pulizia. Altri propongono un sistema di “tassa orbitale”, una sorta di imposta applicata agli operatori satellitari per finanziare attività di rimozione dei detriti e promuovere pratiche più sostenibili. Un’altra ipotesi, è la creazione di un fondo internazionale finanziato da tutti gli operatori spaziali, che coprirebbe i costi delle operazioni di pulizia e di mitigazione del rischio.

L’idea di una tassa orbitale ha guadagnato popolarità negli ultimi anni, ma la sua implementazione solleva diverse sfide. Innanzitutto, è difficile stabilire criteri chiari ed equi per il calcolo della tassa. Come si valuta il contributo di ciascun operatore alla creazione di detriti? Come si evitano distorsioni del mercato che potrebbero penalizzare gli operatori virtuosi e favorire quelli meno responsabili? È necessario, inoltre, garantire trasparenza nella gestione dei fondi raccolti e stabilire meccanismi di controllo efficaci per prevenire abusi e sprechi.

L’articolo di INAF riporta uno studio che suggerisce come una “tassa orbitale” potrebbe incrementare notevolmente il valore dell’industria spaziale, riducendo il rischio di collisioni e i costi correlati. Si stima che una tassa di questo tipo potrebbe far crescere il valore del settore da 600 miliardi a quasi 3.000 miliardi di dollari, trasferendo direttamente agli operatori satellitari i costi indiretti associati ai lanci spaziali. Una simile tassa, paragonabile a un’imposta patrimoniale per i satelliti, potrebbe raggiungere i 235.000 dollari all’anno per ogni satellite lanciato entro il 2040.

Gli operatori satellitari devono affrontare costi significativi per evitare collisioni. Le manovre evasive consumano carburante e riducono la vita utile dei satelliti. Inoltre, i ritardi causati da queste manovre possono interrompere i servizi offerti dai satelliti, causando perdite economiche. In caso di collisione, il danno economico può essere ancora più grave, con la perdita totale del satellite e l’interruzione dei servizi per un periodo prolungato.

Anche le agenzie spaziali governative investono ingenti risorse nel tracciamento dei detriti e nello sviluppo di tecnologie di mitigazione. Queste attività sono essenziali per garantire la sicurezza delle missioni spaziali e proteggere le infrastrutture satellitari. Tuttavia, è necessario trovare un modo per ripartire in modo più equo i costi tra tutti gli attori coinvolti, incentivando comportamenti più responsabili e promuovendo la sostenibilità a lungo termine delle attività spaziali.

Uno dei pericoli maggiori è che gli operatori, consapevoli di dover pagare una tassa, si sentano meno incentivati a ridurre la produzione di detriti. Per evitare questo effetto perverso, è necessario combinare la tassa orbitale con altre misure, come standard di progettazione più rigorosi, incentivi per la rimozione dei satelliti a fine vita e sanzioni per comportamenti irresponsabili. La sfida è creare un sistema che promuova l’innovazione e la crescita del settore spaziale, garantendo al contempo la protezione dell’ambiente orbitale.

Tecnologie innovative per la rimozione dei detriti

La rimozione dei detriti spaziali è una sfida tecnologica complessa che richiede lo sviluppo di soluzioni innovative e sostenibili. Diverse aziende, tra cui ClearSpace e Astroscale, stanno lavorando a tecnologie avanzate per la cattura e la rimozione dei detriti spaziali, aprendo la strada a un nuovo mercato potenziale. Queste aziende propongono l’utilizzo di laser, reti e robot per ripulire l’ambiente orbitale e ridurre il rischio di collisioni.

ClearSpace, ad esempio, sta sviluppando veicoli spaziali dotati di “occhi intelligenti” in grado di identificare e catturare i detriti. La tecnologia si basa su un sistema di navigazione autonoma in tempo reale basato su lidar flash, che consente al veicolo di avvicinarsi al detrito in modo sicuro e preciso. La missione principale di ClearSpace è rimuovere i satelliti in avaria, ma in futuro l’azienda prevede di estendere i suoi servizi al rifornimento e alla riparazione dei satelliti in orbita.

Astroscale, invece, sta sviluppando diverse tecnologie per la rimozione dei detriti, tra cui reti, arpioni e sistemi di attracco. L’azienda ha già condotto con successo diverse missioni dimostrative per testare le sue tecnologie e ha firmato contratti con agenzie spaziali e operatori satellitari per la rimozione di detriti specifici. L’approccio di Astroscale si basa sulla rimozione attiva dei detriti (adr), che prevede l’utilizzo di veicoli spaziali dedicati per catturare e rimuovere i detriti più pericolosi.

Queste tecnologie promettono di ridurre significativamente la quantità di detriti spaziali in orbita, ma i costi sono ancora elevati. La fattibilità economica dei modelli di business di queste aziende deve essere dimostrata. Per rendere la rimozione dei detriti spaziali un’attività sostenibile, è necessario ridurre i costi delle tecnologie, aumentare l’efficienza delle operazioni e creare un mercato solido per i servizi di rimozione dei detriti.

La collaborazione tra aziende, agenzie spaziali e governi è essenziale per promuovere lo sviluppo di tecnologie innovative e creare un quadro normativo che favorisca la rimozione dei detriti spaziali. Gli incentivi governativi, come finanziamenti per la ricerca e sviluppo e contratti per la rimozione di detriti specifici, possono stimolare l’innovazione e attrarre investimenti nel settore. Inoltre, è necessario stabilire standard internazionali per la progettazione e la gestione dei satelliti, al fine di ridurre la creazione di nuovi detriti e facilitare la rimozione dei satelliti a fine vita.

Un altro approccio promettente è lo sviluppo di sistemi spaziali basati sul riciclo e sull’integrazione tra ciò che è già in orbita e ciò che sarà lanciato in futuro. Questo approccio prevede la progettazione di satelliti modulari, facili da riparare e aggiornare in orbita, e lo sviluppo di tecnologie per il rifornimento dei satelliti. In questo modo, si può prolungare la vita utile dei satelliti e ridurre la necessità di lanciare nuovi veicoli spaziali, limitando la creazione di nuovi detriti.

La corsa allo spazio ha generato 100 milioni di pezzi di detriti tra rottami di razzi, pezzi di metallo e satelliti obsoleti, che rappresentano una minaccia per le infrastrutture spaziali come la Stazione Spaziale Internazionale. ClearSpace, Csem, Epfl e Klepsydra Technologies hanno investito nello sviluppo di un sistema di navigazione autonoma in tempo reale, basato su lidar flash, per l’In-Orbit Servicing (IOS), con il sostegno di Innosuisse (l’Agenzia svizzera per l’innovazione). Il loro scopo è rimuovere i satelliti in avaria e, in futuro, aumentarne la durata attraverso rifornimento o riparazione. Secondo l’Esa (l’Agenzia Spaziale Europea), oltre 35.000 oggetti di più di 10 centimetri sono alla deriva intorno alla Terra, ma se si considerano i frammenti più piccoli, da 1 millimetro a 1 centimetro, il numero sale a 130 milioni di unità, che si trasformano in proiettili a 28.000 km/h, potenzialmente minacciosi per le attività spaziali e la sicurezza degli astronauti.

Verso un’economia spaziale circolare e sostenibile

La crescente consapevolezza dei rischi e dei costi associati ai detriti spaziali sta spingendo verso un modello di economia spaziale più circolare e sostenibile. Questo nuovo approccio prevede la riduzione della creazione di nuovi detriti, la rimozione attiva dei detriti esistenti e la promozione di pratiche più responsabili da parte di tutti gli attori coinvolti. L’obiettivo è garantire che lo spazio rimanga accessibile e sicuro per le future generazioni.

Un aspetto fondamentale è la progettazione di satelliti che siano facili da smaltire a fine vita. I satelliti dovrebbero essere dotati di sistemi di deorbitazione automatica, che consentano loro di rientrare nell’atmosfera terrestre e bruciare completamente al termine della loro missione. In alternativa, i satelliti potrebbero essere progettati per essere catturati e rimossi da veicoli spaziali dedicati. La scelta della tecnologia più appropriata dipende da diversi fattori, tra cui le dimensioni e la massa del satellite, l’altitudine dell’orbita e i costi.

Un altro aspetto importante è la promozione di standard internazionali per la gestione dei detriti spaziali. Questi standard dovrebbero definire le responsabilità degli operatori satellitari, stabilire limiti alla quantità di detriti che possono essere generati durante le missioni spaziali e incentivare la rimozione dei satelliti a fine vita. La cooperazione internazionale è essenziale per garantire che questi standard siano ampiamente adottati e applicati.

La rimozione attiva dei detriti è un’attività costosa e complessa, ma è necessaria per ridurre il rischio di collisioni e proteggere le infrastrutture spaziali. I governi e le agenzie spaziali dovrebbero investire in tecnologie innovative per la rimozione dei detriti e creare un mercato solido per i servizi di rimozione dei detriti. Gli incentivi fiscali, i contratti a lungo termine e i partenariati pubblico-privato possono stimolare l’innovazione e attrarre investimenti nel settore.

La creazione di un’economia spaziale circolare e sostenibile richiede un cambiamento di mentalità da parte di tutti gli attori coinvolti. È necessario abbandonare l’approccio “usa e getta” che ha caratterizzato le prime fasi dell’esplorazione spaziale e adottare un approccio più responsabile e consapevole. Lo spazio è una risorsa preziosa che deve essere gestita in modo sostenibile, per garantire che le future generazioni possano beneficiare delle opportunità che offre.

In definitiva, l’obiettivo è creare un sistema in cui la rimozione dei detriti spaziali diventi un’attività economicamente vantaggiosa. Ciò richiede la riduzione dei costi delle tecnologie, l’aumento dell’efficienza delle operazioni e la creazione di un mercato solido per i servizi di rimozione dei detriti. Con il giusto approccio, la rimozione dei detriti spaziali può diventare un’opportunità per creare nuovi posti di lavoro, stimolare l’innovazione e promuovere la sostenibilità dell’ambiente orbitale.

Spazio, economia e responsabilità: spunti per il futuro

Come abbiamo visto, la problematica dei detriti spaziali si interseca profondamente con l’economia, la tecnologia e la responsabilità sociale. Affrontare questa sfida è cruciale per garantire un futuro sostenibile all’esplorazione e all’utilizzo dello spazio. La space economy, un settore in rapida espansione, offre opportunità straordinarie, ma richiede una gestione attenta e responsabile per evitare di compromettere le risorse orbitali.

Un concetto fondamentale della space economy, spesso trascurato, è quello delle esternalità. In economia, un’esternalità si verifica quando un’attività economica ha un impatto su terzi che non sono direttamente coinvolti nella transazione. La creazione di detriti spaziali è un chiaro esempio di esternalità negativa: gli operatori che lanciano satelliti nello spazio non sopportano interamente i costi dei detriti che generano, mentre questi costi ricadono su tutti gli altri operatori e sulla comunità internazionale. Comprendere e internalizzare queste esternalità è essenziale per promuovere comportamenti più responsabili e incentivare la riduzione dei detriti.

Un concetto più avanzato, applicabile al tema dei detriti spaziali, è quello dei beni comuni globali. L’orbita terrestre può essere considerata un bene comune globale, una risorsa condivisa da tutta l’umanità. La gestione dei beni comuni globali richiede la cooperazione internazionale e l’implementazione di regole e meccanismi di governance che garantiscano un utilizzo sostenibile delle risorse. La sfida dei detriti spaziali richiede quindi una risposta globale, basata sulla collaborazione tra governi, aziende e organizzazioni internazionali.

Siamo di fronte a un bivio. Possiamo continuare a sfruttare lo spazio senza preoccuparci delle conseguenze, accumulando detriti e mettendo a rischio le future missioni. Oppure possiamo scegliere un approccio più responsabile, investendo in tecnologie innovative, promuovendo standard internazionali e incentivando comportamenti virtuosi. La scelta che faremo oggi determinerà il futuro dell’esplorazione spaziale e la sostenibilità dell’economia spaziale. La risposta non è semplice, poiché implica bilanciare interessi economici, obiettivi scientifici e responsabilità ambientali. Ma una cosa è certa: ignorare il problema dei detriti spaziali non è un’opzione. È necessario agire ora, prima che la situazione diventi irreversibile.

Immagina per un momento di guardare il cielo notturno, sapendo che sopra di noi, invisibile ai nostri occhi, si cela un campo minato di detriti. Pensa alle implicazioni economiche, ai costi nascosti che gravano sulle nostre vite digitali, dipendenti dai satelliti. Rifletti sul fatto che lo spazio, un tempo simbolo di infinite possibilità, sta diventando una discarica cosmica. Forse, solo forse, questa consapevolezza può spingerci a fare scelte più responsabili e a impegnarci per un futuro spaziale più pulito e sostenibile.