La discarica nel cielo: l'orbita terrestre bassa tra satelliti e detriti

L'orbita terrestre bassa (LEO) è una vera e propria discarica orbitante: ora, però, i detriti stanno diventando un problema enorme.

La discarica nel cielo: l'orbita terrestre bassa tra satelliti e detriti
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I satelliti sono ormai al centro della vita umana. Dopo che Apple ha introdotto la connettività satellitare su iPhone 14, anche Android 14 seguirà l'esempio della mela sugli smartphone dotati di un hardware adeguato: Google e Samsung sono in pole position, ma anche Xiaomi, OnePlus e tutte le altre compagnie cinesi potrebbero seguire a breve. Persino Huawei, che in occidente si è fortemente ridimensionata, ha una flotta di satelliti connessi ai propri smartphone.
Poi c'è l'Internet satellitare di SpaceX e Starlink: le stime di Elon Musk parlavano di quasi 1.500 satelliti nel 2022; solo pochi giorni fa, invece, è stato celebrato il lancio numero 5.000. Infine, le migliaia di altri satelliti di compagnie che forniscono servizi GPS per automobili e navi, ma anche dispositivi per il monitoraggio del clima, del meteo e dei campi. In totale, circa 8.000 satelliti si trovano nella bassa orbita terrestre, o low-earth orbit (LEO): più di metà sono di SpaceX.
Tutti questi satelliti, insieme ai continui lanci di altri dispositivi in orbita e ai rifiuti che essi producono, stanno "intasando" la LEO, aumentando esponenzialmente i rischi di collisioni tra oggetti orbitanti. I problemi di una simile deriva sono evidenti e riguardano almeno tre aspetti della vita di ogni essere umano: quello tecnologico, quello geopolitico e quello ambientale.

Un'autostrada spaziale da bollino nero

La LEO è la fascia dell'orbita terrestre generalmente al di sotto dei 1.000 chilometri di distanza dalla crosta del Pianeta. Il grosso dei satelliti che rientrano in questa orbita, comunque, si trova nella fascia compresa tra i 200 e gli 800 chilometri dalla superficie, mentre alcuni possono superare i 1.000 chilometri, collocandosi fino a un'altezza di 2.000 chilometri dal pianeta.

Si tratta di una fascia orbitale piuttosto "piccola" in termini di dimensioni, nella quale finisce per concentrarsi un numero altissimo di satelliti e altri oggetti spaziali messi in orbita da privati e istituzioni pubbliche. Finché l'immenso spazio al di sopra dell'atmosfera era appannaggio esclusivo delle agenzie governative (l'ESA, la NASA e le omologhe sovietico-russe e cinesi, per intenderci), l'affollamento della LEO non era un problema, perché la frequenza dei lanci era tutto sommato scarsa ed esistevano dei protocolli di gestione degli oggetti orbitanti, che sancivano traiettorie di lancio e di orbita, ma anche la velocità e la posizione esatta di ogni satellite in ogni istante.
Quando, a partire dai primi anni della scorsa decade, il settore privato ha superato la Stratosfera, le cose sono cambiate profondamente: Spacex e Starlink, Virgin Galactic e Blue Origin hanno "colonizzato" uno spazio essenzialmente vuoto, occupandolo rapidamente con i propri satelliti e con i propri rifiuti spaziali. Un atteggiamento certamente poco attento al futuro, ma non necessariamente sbagliato o, peggio, illegale: se la LEO, oggi, è sovrappopolata di oggetti orbitanti, la colpa è tanto della mancanza di lungimiranza delle aziende quanto dell'assenza di trattati e protocolli internazionali volti a codificare le regole di "buon vicinato" nella bassa orbita terrestre.

Il sovraffollamento della LEO è causato da due presenze, una "desiderata" e l'altra molto meno: i satelliti e i detriti. Settore pubblico e privato lanciano nuovi satelliti con cadenza giornaliera, mentre le partnership pubblico-privato, in voga specialmente in America (si pensi alle collaborazioni tra la NASA e SpaceX, per esempio), non fanno che aumentare il numero dei lanci e ridurre i confini tra ciò che è gestito dallo Stato e ciò che si trova nelle mani delle aziende.
Il numero di satelliti in orbita non è, di per sé, troppo elevato: la LEO è una fascia ristretta, ma che comunque presenta un'ampiezza di diverse centinaia di chilometri.
È vero che alcune fasce della LEO sono più affollate di altre, ma in linea di massima gli incontri (leggi: le collisioni) tra due o più satelliti sono cosa molto rara. O meglio, lo sarebbero se ci fossero delle regole capaci di direzionare il traffico orbitale.

Si pensi al caso del traffico aereo: sono le torri di controllo a gestire rotte, atterraggi e decolli, per evitare collisioni tra i velivoli. Nel caso nel traffico spaziale, dove le rotte sono estremamente prevedibili e "infinite", non è necessario un monitoraggio costante: basterebbe un regolamento internazionale che assegni a ogni satellite un "posto" nel cielo, un po' come avviene con le frequenze per le emittenti radiofoniche e televisive. L'andamento degli oggetti orbitanti, in condizioni normali, è facilmente prevedibile con algoritmi e simulazioni. Sfortunatamente, delle regole certe ancora non esistono e chi possiede dei satelliti in orbita deve impiegare degli addetti per controllare e "manovrare" le traiettorie degli oggetti spaziali per evitare scontri tra di essi: se eventi di questo genere erano molto, molto rari fino a qualche anno fa, oggi sono diventati decisamente più comuni e il numero di manovre si è alzato.

Il punto di rottura: la collisione tra due satelliti

Il problema, però, arriva quando neanche le manovre sono sufficienti: cosa succede quando due satelliti si scontrano? Dipende dall'entità dello scontro, chiaramente. Ipotizziamo però che una collisione distrugga i due satelliti coinvolti, come spesso accade. Nell'immediato, il servizio offerto da quei due satelliti cessa: il GPS viene meno, le chiamate satellitari si interrompono, le previsioni meteo si fanno meno precise.

Si tratta di un problema in gran parte inesistente, per la verità: le flotte di satelliti si basano sulla ridondanza, perciò un dispositivo in meno o uno in più non fanno la differenza. Il guaio, però, è ambientale: lo scontro rilascia frammenti e detriti, che a loro volta iniziano a vagare nella LEO secondo traiettorie e velocità che dipendono dall'impatto che li ha generati. Questi detriti possono avere dimensioni molto variabili, da qualche centimetro di diametro fino a diverse centinaia di metri di lunghezza. I detriti più grandi nella LEO, secondo gli esperti, hanno dimensioni pari a quelle di un autobus. Ha così inizio un effetto domino: uno scontro tra due satelliti genera centinaia, quando non migliaia, di detriti orbitanti; questi ultimi, a differenza dei satelliti stessi, non possono essere tracciati con precisione e costituiscono un ulteriore elemento di sovrappopolazione della bassa orbita terrestre, aumentando il rischio di nuovi scontri e rendendo più complesso effettuare un aggiramento o una manovra di deviazione, semplicemente perché in questi casi non si sa da cosa si viene colpiti o quando si viene colpiti.

A complicare ulteriormente la questione sono altri tipi di rifiuti spaziali, come tutti i residui dei lanci pubblici e privati degli ultimi anni: solo oggi si sta sperimentando con il rientro sul pianeta di questi rifiuti, che finora però hanno essenzialmente popolato indisturbati l'orbita terrestre. La conseguenza più pericolosa della presenza di un numero così alto di detriti orbitanti è il cosiddetto Effetto Kessler, o "Sindrome di Kessler", che non prende il nome dalle due omonime gemelle della TV italiana ma dall'astrofisico della NASA Donald J. Kessler. Nel 1978, Kessler propose uno scenario, allora distopico ma ormai sempre più realistico, in cui il numero di detriti presenti nella LEO è così alto da causare una cascata di collisioni tale da mettere fuori uso nel giro di pochissimo tempo un gran numero di satelliti presenti nella bassa orbita terrestre.

Ricostruzione della "nuvola" di detriti di grandi dimensioni attorno alla Terra

Ricostruzione dell'inquinamento di grandi e piccole dimensioni nella LEO

Già nel 2009, Kessler aveva ipotizzato che il "punto di rottura" fosse già stato raggiunto e che la LEO fosse instabile: una collisione nel posto giusto e al momento giusto e l'intera impalcatura satellitare mondiale sarebbe finita in ginocchio. Fortunatamente, lo scenario descritto dall'astrofisico non si è ancora verificato, ma è evidente che si sta avvicinando sempre di più e i rischi sono evidenti: una regolamentazione della LEO, che riguardi non solo il numero di satelliti e la loro posizione, ma che impegni anche le aziende che vi operano a "ripulire" dopo ogni lancio e ogni collisione, sarà necessaria per evitare gravi danni al sistema satellitare globale, con pesanti ripercussioni su tutti gli applicativi che su di esso fanno affidamento.

Parlare di una regolazione spaziale condivisa, che dovrebbe mettere al tavolo Stati Uniti, Europa, Cina, Russia e India, è un'utopia, visto il contesto internazionale che si è sviluppato nell'ultimo anno e mezzo.

Anche ammesso che la scienza riesca a riunire le potenze globali per il bene dei cittadini del mondo (o meglio, dei sistemi GPS fondamentali per la loro economia e i loro eserciti), una regolazione passiva potrebbe rivelarsi insufficiente. Certo, standardizzare i nuovi lanci e renderli "puliti" in termini ambientali sarebbe un grande passo in avanti, ma non sarebbe comunque sufficiente. La LEO è già sovrappopolata di rifiuti, la maggior parte dei quali ha dimensioni inferiori ai 10 centimetri di diametro: sono proprio questi i detriti più pericolosi, perché quelli più grandi possono essere avvistati prima dell'impatto e aggirati, oppure, a partire dai dati sulla loro posizione e la loro orbita, possono essere tracciati e "scansati" con apposite manovre. I rifiuti più piccoli sono invece pressoché invisibili a occhio nudo ed egualmente distruttivi rispetto a quelli di grandi dimensioni. L'unica soluzione per evitare la distruzione assolutamente accidentale e casuale dei satelliti in orbita da parte di questi debris è quella di raccoglierli con degli strumenti appositamente realizzati.

Già si discute di una stazione per i rifiuti spaziali, ma i costi di un'opera simile sono proibitivi e presentano il classico problema economico del freeriding. Un'opera a beneficio dell'intera comunità internazionale potrebbe non ottenere i finanziamenti di Paesi e aziende freerider, interessati cioè a raccogliere i benefici dell'opera stessa (la "discarica spaziale internazionale", per intenderci) senza però spendere un soldo per realizzarla.

D'altro canto, se la Cina non spendesse un dollaro per un progetto simile, potrebbero essere gli Stati Uniti a farlo: una volta che la LEO sarà ripulita, però, Pechino ne trarrà tanto vantaggio quanto Washington, senza aver speso un soldo per ottenere tale risultato. Questo dilemma - le cui nefaste conseguenze sono ben visibili nel campo della lotta al cambiamento climatico - potrebbe infine paralizzare gli sforzi per una "pulizia" della LEO su scala globale.

Una questione anche (e soprattutto) geopolitica

Aggiungiamo ora un'ulteriore variante, quella geopolitica. Cosa succede se a scontrarsi sono un satellite americano e uno cinese? E se fossero uno europeo e uno russo? O uno cinese e uno indiano? Si tratterebbe di una tragica fatalità, questo è ovvio.
Ciò, però, non la rende meno probabile, anzi: uno scenario simile sarà sempre più plausibile man mano che i lanci aumenteranno. In un contesto internazionale teso come quello attuale, potrebbero volare accuse reciproche tra grandi potenze, le quali potrebbero considerare l'atto dell'altra parte come una mossa premeditata e, soprattutto, ostile.

Certo, pensare che il pretesto per una guerra su larga scala possa arrivare dallo spazio fa strano e molto probabilmente nessuno vorrà mai imbracciare le armi per un satellite distrutto.
D'altro canto, un evento simile potrebbe peggiorare le relazioni tra Stati, innescando magari una corsa alle armi spaziali simile a quella della guerra fredda: la competizione tra Washington, Mosca, Pechino e Nuova Delhi passa anche (e soprattutto, almeno da qualche anno a questa parte) per il mondo della tecnologia e dell'informatica, in cui rientra pienamente il settore delle apparecchiature satellitari. Queste ultime, addirittura, sono sotto attento scrutinio per via delle capacità di spionaggio dei satelliti stranieri nella LEO, specie dopo il caso del pallone-sonda cinese avvistato in America (che, fortunatamente, si trovava ben più in basso dell'orbita bassa terrestre).

Anche per questo, una regolazione internazionale dei satelliti si fa sempre più necessaria. Oltre a sancire quanti lanci spaziali spettano a ciascuno Stato e a ciascuna azienda, a indicare quali "corsie" della grande autostrada spaziale ogni satellite dovrebbe occupare e ad impegnare nazioni e privati in un'opera continua di pulizia, un accordo internazionale sul satellitare potrebbe mettere al bando i satelliti-spia e, soprattutto, regolare le controversie tra potenze in caso di abbattimento di un oggetto orbitante.

Ciò servirebbe in primo luogo a stabilire pene pecuniarie e risarcimenti, centrali nella risoluzione di un'eventuale crisi (dato l'elevato costo dei satelliti) e, in secondo luogo, permetterebbe di accertare eventuali responsabilità delle parti in causa, verificando se in un'azione di distruzione spaziale vi sia del dolo o se si tratti unicamente di un danno involontario. Allo stesso tempo, una messa al bando dei satelliti-spia potrebbe avere un'importanza primaria nell'evitare una parcellizzazione dell'orbita terrestre tra gli Stati: ad oggi, la LEO può essere attraversata in ogni sua parte da satelliti di qualsiasi origine. Se in futuro le tensioni internazionali e le accuse reciproche di spionaggio dovessero inasprirsi, però, le cose potrebbero cambiare: ad andarci di mezzo sarebbero principalmente gli utenti finali, mentre a rischio verrebbe messa persino la libertà di comunicazione e di informazione tra parti diverse del mondo, a partire dalle regioni più autoritarie del pianeta.