Il telescopio del Zimmerwald Observatory dell'Università di Berna.
Un modo per individuare i detriti spaziali in orbita consiste nel tracciarli con delle stazioni laser a Terra. In questo modo vengono fornite informazioni indispensabili al fine di evitare collisioni con satelliti attivi, ma non solo. Il metodo utilizzato fino ad ora, risentiva però di un grosso limite. L’individuazione dei detriti tramite laser poteva infatti essere svolta solo durante le ore crepuscolari, quando l’osservatorio è in ombra ed i detriti sono illuminati dagli ultimi (o i primi) raggi solari.
Per rendere più chiaro il perché di questo limite si pensi alla Luna. Il momento durante il quale riusciamo ad osservarla meglio ad occhio nudo è proprio durante la notte, quando riflette la luce del sole sulla parte in ombra del nostro pianeta.
L’analogia dell’osservazione lunare però non rispecchia appieno l’osservazione dei detriti. Questi ultimi infatti non riflettono la luce solare per tutta la notte, ma solo per poche ore al giorno. Questo fatto è dovuto alla scarsa distanza tra la Terra ed i detriti stessi. Un esempio lampante di questo fenomeno sono gli ormai famosi “trenini” di satelliti Starlink, essi infatti sono facilmente individuabili solo durante le ore crepuscolari.
Un’esperimento recente ha provato che è invece possibile operare alla ricerca di detriti spaziali con i laser anche alla luce del giorno. Grazie a questa scoperta si potranno effettuare predizioni più accurate sui movimenti dei detriti ed evitare possibili collisioni. Utilizzando una combinazione di telescopi, rilevatori e filtri polarizzatori a lunghezza d’onda specifica, è possibile aumentare il contrasto tra i corpi in orbita ed il cielo diurno, rendendo visibili corpi fino ad ora inosservabili in suddette condizioni.
Tim Floher, capo ufficio “Detriti Spaziali” di ESA ha spiegato: “Siamo abituati all’idea di poter vedere le stelle solo di notte, e questo è stato altrettanto vero per l’osservazione dei detriti con il telescopio, a differenza della ridotta finestra di tempo durante la quale era appunto possibile effettuare la ricerca. Utilizzando questa nuova tecnica, sarà possibile individuare oggetti che in precedenza erano ‘invisibili’, nascosti nel cielo azzurro. Questo significa che potremo lavorare tutto il giorno evitando possibili collisioni”.
Il 24 giugno 2020, alcuni ricercatori dell’università di Berna hanno effettuato le prime ricerche di detriti in pieno giorno, utilizzando la tecnologia laser geodetica presente al Swiss Optical Ground Station and Geodynamics Observatory di Zimmerwald.
L’utilizzo di questa tecnologia in piena luce non era mai stata provata prima, ma utilizzando apparecchiature molto sensibili, quali sviluppo di immagine e filtri digitali in tempo reale, active tracking dei detriti e fotocamere con sensori CMOS, è stato possibile captare il debole segnale laser riflesso dai detriti.
L’astronomo Thomas Schildknecht commenta: “ La possibilità di osservare durante il giorno permette di moltiplicare il numero di misurazioni. Esiste un’intera rete di osservatori dotate di laser geodetico, che potrebbero in futuro aiutare alla costruzione di un preciso catalogo per detriti spaziali. Orbite più accurate saranno fondamentali in futuro per evitare collisioni ed aumentare la sicurezza nello spazio”
Per poter determinare con massima accuratezza la posizione dei satelliti in orbita, si usano gli stessi laser utilizzati in geodesia. Questa è una disciplina che studia la superficie e la forma della Terra mediante accurate misure satellitari.
La geodesia satellitare può essere distinta per configurazioni in base alla piattaforme utilizzate. Si hanno sistema di tracciamento: “Terra-Spazio”, “Spazio-Terra” e “Spazio-Spazio”.
Più precisamente, per il tracciamento si utilizza una tecnica appartenente alla geodesia satellitare chiamata Satellite Laser Ranging (SLR), tra le tecniche appartenenti alla configurazione Terra-Spazio. Negli anni si è creata una rete globale di osservatori in grado di determinare la posizione dei satelliti mediante il metodo “two-way travel time”. In questo caso osservatori terrestri emettono un impulso laser verso il riflettore presente sul satellite, il fascio di luce viene quindi riflesso verso la superficie e captato da un secondo osservatorio. Misurando il tempo che il segnale impiega a percorrere la distanza tra il telescopio e il satellite è possibile ottenere una precisa stima della posizione di quest’ultimo.
L’operazione si complica notevolmente quando bisogna individuare un detrito, quindi un oggetto non dotato di riflettore. In questo caso si sfrutta la rivoluzione del detrito, esso viene inseguito con il laser finché non raggiunge un’inclinazione tale da permettere al segnale luminoso di rimbalzare e raggiungere un osservatorio. Questa operazione può richiedere numerosi tentativi.
Ogni detrito nell’orbita terrestre può rappresentare un problema sia per satelliti che per intere missioni spaziali. I frammenti provengono da vecchi lanci spaziali, oppure da esplosioni e collisioni avvenuti in orbita.
Non sono infatti rare le osservazioni di serbatoi, razzi di missioni fallite o abbandonate, rivestimenti vari, capaci di distruggere satelliti in uso con il rischio di creare ulteriori frammenti. Persino gli oggetti più piccoli (qualche millimetro) possono rappresentare un rischio, dato che viaggiano incontrollati a velocità di 7 Km/s.
In questo video dell’ESA è possibile osservare una rappresentazione dei detriti in orbita attorno alla Terra.
Numero di detriti per dimensione:
Nel video sono rappresentati in rosso i satelliti (in funzione e non); in Giallo le strutture di razzi; verde per gli oggetti relativi a missioni (rivestimenti, adattatori, etc.); e blu per i frammenti di satelliti.