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Puntare il gas di scarico di un propulsore al plasma verso un detrito spaziale in orbita bassa per spingerlo nell’atmosfera terrestre e farlo così bruciare in sicurezza. Questa è la strategia innovativa proposta da una nuova ricerca pubblicata su Nature che vede come protagonista un motore al plasma con due scarichi bidirezionali, montato su un satellite spazzino, progettato ad hoc per la rimozione attiva dei detriti spaziali in orbita bassa.
Oggi si contano oltre 15.000 satelliti in orbita, di cui solo 12.500 risultano ancora operativi. Molti dei satelliti fuori servizio hanno terminato il loro propellente, non riuscendo così a evitare le collisioni con altre tecnologie in orbita. Questi incidenti generano quindi nuvole di detriti, il cosiddetto space debris, ovvero piccoli frammenti spaziali che viaggiano a velocità elevatissime attorno alla Terra. Questi oggetti alla deriva possono a loro volta colpire e distruggere altri satelliti, alimentando così una reazione a catena di collisioni ed esplosioni in orbita.
Eliminare i frammenti che viaggiano come schegge attorno alla Terra, trasferendoli in orbite cimitero o trascinandoli nell’atmosfera terrestre per farli bruciare, significa quindi porre un freno a questo processo a catena di generazione dei detriti spaziali in orbita, che prende il nome di Sindrome di Kessler.
Fino a oggi, la maggior parte delle soluzioni proposte per catturare i detriti spaziali includevano satelliti spazzini in grado di afferrare i frammenti con bracci robotici, reti e cavi. Il problema di questa soluzione è, tuttavia, che l’oggetto da rimuovere potrebbe trascinare con sé il veicolo spaziale che lo ha arpionato.
Una strategia alternativa, e risolutiva in questo senso, potrebbe essere quella di spingere il frammento sfruttando la propulsione del motore al plasma del satellite spazzino. Un ostacolo a questa seconda via sta, però, nella spinta che il propulsore genera sullo stesso satellite spazzino, portandolo così lontano dal frammento che dovrebbe, invece, inseguire e spingere verso l’atmosfera terrestre.
Un semplice diagramma di come funziona il propulsore al plasma bidirezionale per deorbitare i detriti spaziali. Crediti immagine: Università di Tohoku.
Una soluzione a questo inghippo arriva ora dall’Università di Tohoku in Giappone e consiste nella presenza di due scarichi simmetrici nel motore al plasma: uno scarico rivolto al detrito spaziale bersaglio, finalizzato alla spinta del frammento, e l’altro che punta in direzione opposta. Tale sistema bidirezionale permette così a ciascuno scarico di annullare la spinta che il satellite spazzino riceve dallo scarico simmetrico, riuscendo così a controllare il movimento del satellite mentre spinge verso l’atmosfera terrestre il detrito spaziale.
Il sistema bidirezionale, progettato Kazunori Takahashi del Dipartimento di Ingegneria Elettrica dell’Università di Tohoku in Giappone, punta sui propulsori al plasma, in quanto in questo motore il gas ionizzato viene caricato elettricamente in modo tale da poter essere diretto e accelerato dai campi elettromagnetici attraverso gli ugelli propulsori.
Il satellite spazzino con un motore a ioni e due scarichi bidirezionali ha però due punti deboli: il sistema bidirezionale di Takahashi necessita, prima di tutto, di una grande quantità di energia per poter operare; in secondo luogo il motore a ioni genera una spinta inizialmente molto più piccola rispetto a quella di un razzo chimico: questo comporta la necessità di un tempo maggiore per deorbitare il detrito spaziale.
Per aumentare la potenza del suo sistema, Takahashi ha introdotto quindi un campo magnetico a cuspide in grado di inibire la perdita di energia: questa soluzione permette infatti di tenere una maggiore quantità di plasma lontano dalla parete di scarico e di espellere così più plasma attraverso l’ugello del propulsore. Negli esperimenti effettuati a Terra, simulando il vuoto dello spazio, Takahashi è riuscito così a triplicare la potenza erogata dallo scarico del motore a ioni rispetto agli esperimenti precedenti.
Il propulsore bidirezionale di Takahashi si pone così come una delle possibili future strategie concrete per limitare l’emergenza dello space debris.
Immagine in evidenza: illustrazione artistica dei detriti di spazzatura spaziale in orbita intorno alla Terra. Crediti: Shutterstock
Guarda il Deep Space sullo space debris su Asi Tv: