Un cratere da impatto su di un pannello solare di Hubble

I detriti spaziali colpiscono ripetutamente il telescopio spaziale Hubble

Durante i suoi 30 anni in orbita attorno alla Terra, il telescopio spaziale Hubble della NASA / ESA ha assistito alla mutevole natura del volo spaziale, poiché i cieli si sono riempiti di un maggior numero di satelliti, è nata la Stazione Spaziale Internazionale e gli incidenti e le esplosioni nello spazio hanno creato nuvole di detriti spaziali in rapido movimento.

Hubble stesso ha risentito l’impatto di questi detriti, accumulando piccoli crateri da impatto sui suoi pannelli solari. Cosa possiamo imparare da questi impatti e cosa riserva il futuro per Hubble?

Nel 1993, fu condotta la prima missione dello Shuttle per “abbellire” Hubble. Fornendo all’osservatorio spaziale un’ottica correttiva, lo strumento è stato improvvisamente in grado di catturare immagini incredibilmente nitide dell’Universo.

Mentre gli astronauti erano lì, sostituirono gli array solari dell’osservatorio che erano “tremanti” a causa delle fluttuazioni di temperatura. Uno dei pannelli è stato eliminato in orbita, in seguito si è bruciato nell’atmosfera terrestre, ma l’altro è stato riportato sulla Terra.

Parte del contributo dell’ESA a Hubble consisteva nel progettare, produrre e fornire i suoi array solari in cambio delle matrici rimosse, così da essere disponibili per essere ispezionate dall’Agenzia.

Crateri da impatto sulla la superficie dei pannelli solari

Questa è stata una delle prime opportunità nella storia dell’esplorazione spaziale di vedere i risultati degli impatti su un satellite in orbita nello spazio da più di due anni. Il team ha scoperto centinaia di crateri da impatto sulla la superficie di una piccola parte dell’array solare, con dimensioni che variavano da micron a millimetri di diametro.

Nove anni dopo, i pannelli solari furono nuovamente sostituiti e questa volta tornarono sulla Terra dopo aver accumulato quasi un decennio di crateri da impatto.

Questo array è ora in mostra al Technology Center dell’ESA (ESTEC) nei Paesi Bassi, ma un piccolo pezzo è arrivato al controllo della missione ESOC in Germania, sede dell’ufficio detriti spaziali.

Sebbene non sappiamo esattamente quando si è formato ciascun cratere da impatto, devono essersi verificati durante il periodo in orbita della matrice solare.

Un cratere da impatto.

This image shows the results of a lab test impact between a small sphere of aluminum travelling at approximately 6.8 km per sec and a block of aluminum 18 cm thick. This test simulates what can happen when a small space debris object hits a spacecraft.
Al sphere diameter: 1.2-cm
Al sphere mass: about 1.7 g
Impact crater diameter: 9.0 cm
Impact crater depth: 5.3 cm
In such an impact, the pressure and temperature can exceed those found at the centre of the Earth e.g. greater than 365 GPa and more than 6,000 K.
Copyright: European Space Agency, ESA

I crateri da impatto sono stati studiati per determinarne le dimensioni e la profondità, ma anche per cercare potenziali nuovi residui. Dato che la composizione chimica della cella solare era nota, il dispositivo di simulazione avrebbe potuto introdurre nel cratere materiali o elementi “alieni”.

Metalli come ferro e nichel suggerirebbero un impatto da una fonte naturale: frammenti di asteroidi e comete noti come micrometeoroidi. I crateri trovati negli array solari di Hubble contenevano tuttavia piccole quantità di alluminio e ossigeno, una forte indicazione dell’attività umana sotto forma di residui di fuoco del “motore a razzo solido”.

I ricercatori sono stati in grado di abbinare la forma e le dimensioni di questi crateri ai lanci di razzi, trovando una corrispondenza tra i crateri osservati e crateri attesi.

Particelle che viaggiano a 10 km/s

Queste minuscole particelle, che vanno da micrometri fino a un millimetro di dimensioni, avrebbero colpito Hubble a velocità relative enormi di 10 km/s, tuttavia non hanno avuto un impatto importante sull’imbarcazione che continua a scattare incredibili immagini del nostro Universo.

Tali impatti si verificano abbastanza frequentemente su tutti i satelliti, il cui effetto principale è un degrado continuo ma graduale della quantità di energia che gli array solari possono produrre.

Le nuove missioni fanno uso di un modello creato dai ricercatori, basato sui primi dati di impatto su Hubble, per prevedere quanti impatti ci si può aspettare per ogni missione e quale effetto avranno sull’energia solare.

Immaginate il veicolo spaziale Hubble in orbita, che risiede all’interno di un cubo di 1 km x 1 km x 1 km. In media, in qualsiasi momento, un singolo pezzo di detrito delle dimensioni di un micron condivide quel cubo con Hubble, perché per ogni chilometro cubo di spazio attorno alla Terra, c’è circa un piccolo detrito.

Hubble stesso sta viaggiando a 7,6 km/s rispetto alla Terra e così sono questi piccoli frammenti di detriti. Una grande frazione di collisioni tra i due non avviene perpendicolarmente, ma ad angolo, portando a velocità di impatto relative di circa 10 km/s.

Hubble affronta oggi la stessa minaccia da piccoli frammenti di detriti come ha fatto subito dopo il suo lancio. Mentre le particelle di dimensioni micron vengono ancora create oggi, l’atmosfera a questa bassa altitudine, 547 km sopra la superficie terrestre, ne allontana alcune.

Tuttavia, purtroppo aumenta anche il rischio derivante da oggetti più grandi. I frammenti di detriti che vanno dalle dimensioni di circa 1-10 cm sono troppo piccoli per essere catalogati e rintracciati da terra, ma hanno energia sufficiente per distruggere un intero satellite. All’altitudine di Hubble, la probabilità di una collisione con uno di questi oggetti è raddoppiata dall’inizio degli anni 2000, da una probabilità dello 0,15% all’anno allo 0,3% di oggi.

Missioni spaziali per rimuovere i detriti in orbita

Alcuni satelliti vengono lanciati oggi senza la possibilità di cambiare la loro orbita. Invece di manovrare alla fine della loro vita, possono essere inseriti in altitudini relativamente basse in modo che nel tempo l’atmosfera terrestre li abbassi e li faccia bruciare.

Inoltre, il numero totale di satelliti operativi messi in questa regione sembra destinato ad aumentare rapidamente. Alcune costellazioni Internet a banda larga, la più grande delle quali dovrebbe contenere migliaia di satelliti, mirano a queste altezze.

Per aiutare a prevenire l’accumulo di nuovi detriti attraverso le collisioni, il programma Space Safety dell’ESA sta sviluppando tecnologie di “prevenzione automatica delle collisioni” che renderanno il processo di prevenzione delle collisioni più efficiente, automatizzando i processi decisionali sul campo.

Ma che dire dei detriti che sono già là fuori? Per la prima volta al mondo, l’ESA ha commissionato una missione di rimozione dei detriti attiva che eliminerà in modo sicuro detriti attualmente in orbita. La missione ClearSpace-1 prenderà di mira una parte del razzo Vespa da 100 kg, rimasta in orbita dopo il secondo volo del lanciatore Vega dell’ESA nel 2013.

Con una massa di 100 kg, la Vespa è di dimensioni simili a un piccolo satellite. La sua forma relativamente semplice e la sua robusta costruzione lo rendono un primo obiettivo adatto, prima di passare ad acquisizioni più grandi e più impegnative da parte di missioni di follow-up, includendo infine l’acquisizione di più oggetti contemporaneamente.

Un video che illustra il movimento dei detriti spaziali intorno alla Terra è disponibile in un precedente articolo.

 

 

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