Il problema dei detriti spaziali: stato attuale, prospettive e tecnologie

@amoroso Good point.

@Giuiba ci hai visto lungo, Tethers Unlimited è di fatto una realtà operativa in questo campo.

La novità in questo caso è poter sfruttare questo principio per l’innalzamento dell’orbita. Per un cubesat é tanta roba.

Per il sistema di dispiegamento, eravate orientati anche a test in drop tower?

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Tecnicamente è un punto da tenere in considerazione, certo. È facile immaginare come un filo lungo centinaia di metri aumenti considerevolmente l’area di collisione di uno spacecraft, e l’handbook sulla verifica dei requisiti per la mitigazione dei detriti spaziali ha una piccola sezione apposita dedicata ai tether…

L’approccio (parlo dal lato ESA) è comunque standard, si deve essere in grado di dimostrare che le probabilità di collisione e di “re-entry casualty” siano sufficientemente piccole, e che le strategie per il disposal siano convincenti e credibili, come per qualsiasi altra missione. Normale lavoro.

In questi casi è importante prendere margini adeguati, pertanto in genere non occorrono strumenti particolarmente sofisticati per analizzare i punti sopra. Lo stesso vale per i tether, sono accettate alcune ipotesi semplificative ma conservative che rendono i calcoli relativamente semplici.

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Non so Raffaele se sai già qualcosa di tuo e mi stai imboccando :yum:, ma abbiamo effettivamente condotto una campagna di test di un prototipo rudimentale del meccanismo che menzionavo sopra… alla ZARM di Brema…

Rievocherei anche una certa puntata di astronauticast, ma mi imbarazzo troppo:-)

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Compleanni ed anniversari, non me ne parlare.
Gli argomenti interessanti invece, li tengo sempre in mente! Di che ti imbarazzi, è una puntata tra le più belle proprio per il vostro contributo.

D-Orbit shows an tell. L’azienda aerospaziale italiana si mostra in questo interessantissimo video.

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Nuovo articolo di Luca Frigerio pubblicato su AstronautiNEWS.it

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Oggi su un famoso gruppo Telegram ( :stuck_out_tongue_winking_eye:) si parlava di questo nuovo concetto, riguardo satelliti fatti in derivati del legno:

In giro si accenna genericamente alla cosa, come ad uno studio votato alla mitigazione dei detriti spaziali. Ma fondamentalmente si tratta più di una proposta mirata alla riduzione di eventuali inquinanti rilasciati in fase di rientro.

Personalmente, mi ero figurato la questione alla stregua di “inquinamento industriale terrestre VS inquinamento razzi”, ma in effetti @PiClau propone una visione interessante:

Cito dalla famosissima chat:

"Per ora si ma andrebbe visto in prospettiva. Non ho dati sicuri ma si comincia a parlare dell’effetto dei rientri delle megacostellazioni, che a regime saranno centinaia all’anno, e rilasceranno polveri in alta atmosfera (>50 km), persistenti, che potrebbero avere effetti sia sul clima (aumento o diminuzione dell’effetto serra) che sulla fascia di ozono (catalizzatori di reazioni).
Come gli effetti delle super eruzioni vulcaniche.
A parte che non so se siano stati quantificati seriamente, bisogna dimostrare poi che da questo punto di vista il carbonio del legno sia meglio dell’alluminio.
Secondo me le prospettive per i satelliti in legno puntano su due aspetti:
A) la possibilità di sfruttare caratteristiche peculiari come la trasparenza alle onde radio (ne parla l’articolo di ArsTechnica), l’elasticità ridotta, la scarsa conducibilità termica (pregio o difetto a seconda);
B) nel caso prenda piede come materiale strutturale spaziale, potrebbe essere più economico dell’alluminio una volta avviata l’economia di scala.
Considera che in Corea del Sud stanno sviluppando materiali a partire dal legno, basati sulla cellulosa nanostrutturata (con processi relativamente semplici, e pochi o niente solventi, solo calore, pressione e vapore) potenzialmente molto interessanti"

Molto interessante l’ipotesi B.

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Parla da sé

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Per la prima volta in assoluto, un satellite per le telecomunicazioni ha utilizzato un motore allo iodio per effettuare un cambiamento nella propria orbita. ESA cita questa idea come “potenzialmente innovativa” nella gestione della spazzatura spaziale, permettendo a piccoli satelliti di rientrare in atmosfera facilmente e, aggiungo, soprattutto, economicamente al termine della missione. Ovviamente il motore può essere utilizzato anche in senso opposto, per effettuare gli inevitabili innalzamenti di orbita che si rendono necessari per compensare l’attrito generato dalla seppur poca atmosfera.

Lo sviluppo è merito di ThrustMe, una compagnia derivata dal École Polytechnique (Scuola Politecnica) e del French National Centre for Scientific Research (CNRS) ed è supportata da ESA tramite il programma Advanced Research in Telecommunications Systems (ARTES).

Lo iodio iniettato in un propulsore elettrico che controlla l’altezza del satellite. I vantaggi dell’uso di questo gas rispetto ai propellenti tradizionali è l’utilizzo di tecnologie più semplici, del minore costo, la non tossicità e lo stato solido a temperatura e pressione normali, per cui si rivela anche più semplice da gestire a Terra. Una volta scaldato, lo iodio sublima, ovvero passa allo stato gassoso senza diventare liquido, rendendolo quindi un candidato ideale per i sistemi propulsivi. La maggiore densità permette, a parità di volume, di caricarne un maggior quantitativo in termini di massa.

Il volo di esordio per il propulsore è avvenuto a bordo in un nanosatellite commerciale per la ricerca, chiamato SpaceTy Beihangkongshi-1, lanciato nel novembre 2020. È stato testato questo mese prima di essere utilizzato per cambiare l’orbita del satellite.


Fonte: ESA - Iodine thruster can innovate satellite’s EOL.

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Ne parliamo anche qua: [2020-11-06] Long March 6 | Satellogic x 10 - #27 di Vespiacic

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Una bellissima pagina by ONU/ESA sugli space debris.
Oltre all’articolo, 2 belle infografiche e 2 puntate Podcast. La prima su cosa sono e come sono distribuiti i detriti spaziali, la sconda su quanto ci impiegano a rientrare in atmosfera.

https://www.unoosa.org/oosa/en/informationfor/media/unoosa-and-esa-release-infographics-and-podcasts-about-space-debris.html

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ESA sta facendo una serie di 9 puntate di quel podcast.
Sarà un’ottima risorsa dove dirottare chi ha dubbi in merito.

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Rispondo dopo molto tempo a questo messaggio.
Anche ESA si sta interessando ai compositi con fibre naturali, in particolare in questo articolo si parla di fibre di lino:

Come spiega bene l’articolo, il focus non è sui debris ma su:
A) avere materiali che bruciano prima e in modo più completo durante il rientro, in maniera da ridurre le possibilità che arrivino a terra pezzi grossi;
B) sfruttare le proprietà peculiari di queste fibre, ovvero trasparenza alle onde radio, controllo termico, smorzamento delle vibrazioni, coefficiente di espansione termica molto basso:
“We found that they have exceptionally low thermal expansion – which is good in terms of the temperature extremes of orbital space – as well as high specific stiffness, and strength which can be retained right down to cryogenic temperatures,” says ESA materials and processes specialist Ugo Lafont. “They are also able damp down vibration well, can endure ultraviolet radiation exposure and impede radio signals much less than carbon fibres.”

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Già che ci siamo aggiungo questo articolo sui satelliti in legno.

Si sono spaccati due grandi satelliti recentemente.

Il primo è statunitense, NOAA-17, già fuori servizio da diversi anni https://spacenews.com/decommissioned-noaa-weather-satellite-breaks-up/
Si trova al momento in orbita polare a 800 km di quota, lui e i suoi resti, e ci resteranno per un bel po’.

Il secondo è cinese, Yunhai-1-02, ne abbiamo parlato anche qui [2019-09-25] Long March 2D | Yunhai-1-02 - #3 di Lupin, l’orbita è solo leggermente più bassa, ma a quella quota sono tanti anni di differenza per il rientro:

EDIT: i tempi di decadimento sono di qualche centinaio di anni

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Oltre alla consueta pubblicazione del Orbital Debris Quarterly News (qui l’ultimo numero di Feb 2021) con le numeriche aggiornate, e stato pubblicato anche il report della European Space Agency riguardo la situazione degli space Debris.

https://sdup.esoc.esa.int/discosweb/statistics/

Rispetto alla pubblicazione americana (che ha una cadenza circa trimestrale e riassume in maniera molto più concisa la situazione, perché ricca anche di altre notizie ed informazioni) la pubblicazione di ESA è un vero e proprio compendio enciclopedico.

Il link porta alla pagina “riassuntiva”, che già di per sé è davvero piena di dettagli sulle classificazioni per tipologia ed orbita (già solo spulciare tutte le classificazioni e nomenclature di queste ultime vale la lettura). Ma trovate in cima alla pagina il link al pdf completo della pubblicazione.

Tnx to @marcozambi per la segnalazione! Sarà una perfetta lettura per i prossimi giorni :blush:

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Il report di NASA sull’ Orbital Debris Risk, redatto lo scorso gennaio

Abbiamo già detto che NASA fa da “monito” ai vari enti regolatori internazionali, ma di fatto non può porre nessun veto.

Se non quello dato dalla sua autorevolezza.

E questo documento è in più parti permeato dalla volontà di sottoporre l’urgenza del problema alla intera comunità della industria aerospaziale, evidenziando le attuali lacune di mezzi, investimenti e regolamentazioni condivise.

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C’è un articolo di Marco Casolino (@zzambot sul forum) e altri, tipo il nobel Mourou, su una proposta di un metodo di rimozione dei detriti in orbita bassa tramite laser. Ce ne sono state altre di questo tipo, ma la proposta di questo articolo segue un approccio graduale con tecnologie dimostrative già esistenti sulla stazione spaziale.
Qui c’è l’articolo completo, che a parte le formule non è difficile da leggere:

In pratica la proposta si concentra maggiormente sui detriti spaziali di circa 1 centimetro di diametro, quelli che fondamentalmente costituisco il pericolo maggiore in orbita bassa per la loro difficoltà di tracciamento e velocità elevata.
L’idea base è di osservarli con il telescopio EUSO e di colpirli con un laser.
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Figura 2 di pagina 3

Il telescopio JEM-EUSO avrà un’apertura di 2,5 metri e una capacità di osservazione con un diametro angolare di 60°, ma non è ancora presente sulla stazione spaziale. Al momento c’è un dimostratore, mini-EUSO, di cui abbiamo seguito molto le vicende su questo forum Mini-EUSO - accensione del 7, dalle capacità abbastanza limitate rispetto al suo successore, ma abbastanza da poter fare da dimostratore. Il JEM-EUSO riuscirà a vedere oggetti da 1 cm da 1.000 km di distanza, il mini-EUSO solo da 100 km, qui c’è un bel grafico che compara grandezza (asse x) e distanza (asse y) degli oggetti visibili, le unità sono espresse in metri, con in diagonale le capacità massime di visualizzazione dei due telescopi:
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Figura 4 di pagina 6

Una volta avvistato il detrito va colpito con un laser, che vaporizza una piccola quantità di materiale sulla superficie del detrito, e il getto emesso impartisce al corpo la spinta necessaria per un cambio sostanziale d’orbita. L’oggetto è piccolo, quindi è pensabile di riuscire a ottenere i 0,1 km/s di delta v necessari per il deorbitamento in atmosfera.
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Figura 6 di pagina 9: con un \Delta V ben calibrato si può deorbitare il detrito

Il cannone laser non esiste ancora (al 2014), ma sono già stati realizzati a Terra alcuni dimostratori delle tecnologie necessarie per costruirlo. Siccome l’inseguimento del detrito dura una manciata di secondi, dovrà concentrare una grossa potenza in un piccolissimo punto per pochi istanti, per di più inseguendo l’oggetto. Ecco lo schema, nell’articolo è descritto in modo più dettagliato per chi è interessato:
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Figura 8 di pagina 12

Dalla stazione spaziale le azioni sono molto limitate, gli obiettivi possono essere solo detriti che già viaggiano a una quota inferiore e non hanno una velocità relativa rispetto alla ISS maggiore di 2 km/s.
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Tutto sta nel dimostrare la tecnologia. Se la cosa funziona, infatti, si può lanciare un satellite indipendente dalla stazione spaziale a 800 km di quota, a liberare quella che è ora l’orbita più affetta da questi detriti. Se infatti a 400 km i detriti rientrano da soli a Terra nel giro di qualche anno, a 800 km il tempo di rientro è nell’arco di centinaia o migliaia di anni, a seconda delle caratteristiche fisiche dell’oggetto.

Quindi i passi sono questi:

  1. utilizzare il mini-EUSO per dimostrare la capacità di osservazione (in corso)
  2. utilizzare il JEM-EUSO per l’osservazione operativa di detriti target (componente già parzialmente finanziato)
  3. utilizzare un CAN laser per dimostrare la capacità di colpire e deviare detriti (TRL ancora basso)
  4. realizzare un sistema indipendente dalla ISS (futuro remoto)

I tempi di realizzazione non sono definiti, soprattutto perché si tratta di utilizzi alternativi di strumenti scientifici come dimostratori ingegneristici. Il progetto EUSO, infatti, non è realizzato per questo, ma ha i suoi obiettivi scientifici specifici, molto importanti, per il quale è stato finanziato. Se poi dalle sue osservazioni ne esce qualcosa di interessante da un punto di vista ingegneristico, ben venga.

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grazie mille per la menzione!

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Che succede a Terra se il laser sbaglia mira?