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Aug 01, 2023

Riempilo

Ambitious plans for gas stations in space could extend the lives of satellites

Piani ambiziosi per stazioni di servizio nello spazio potrebbero prolungare la vita dei satelliti

Alle 21:20 di una sera primaverile10 anni fa, gli abitanti delle Isole Falkland videro un oggetto infuocato sfrecciare nel cielo, rompendosi mentre precipitava verso l'Atlantico meridionale.

Il satellite GOCE era tornato a casa.

L'Europa aveva lanciato la navicella spaziale da una tonnellata per mappare i campi gravitazionali della Terra. Ma la gravità ha avuto l’ultima risata quando GOCE (abbreviazione di Gravity Field e Steady-State Ocean Circulation Explorer) ha esaurito il carburante allo xeno per il suo sistema di propulsione ionica, rendendolo incapace di sostenere la sua orbita a 139 miglia sopra la Terra.

Gli scienziati erano comunque entusiasti. Si aspettavano che la missione GOCE durasse due anni, ma sono riusciti a portare avanti quattro anni grazie a un tasso di consumo di carburante inferiore alle aspettative. Quel tempo extra di missione ha consentito la raccolta dei dati sulla gravità terrestre più accurati di sempre.

Una rappresentazione artistica del satellite europeo Gravity Field e Steady-State Ocean Circulation Explorer (GOCE), che ha esaurito il carburante ed è rientrato nell'atmosfera nel 2013. Le strutture di rifornimento potrebbero consentire alle agenzie spaziali di prolungare la vita operativa dei loro satelliti scientifici. (AOES Medialab/ESA)

Ma cosa succederebbe se GOCE e altri satelliti non restassero senza carburante? E se fosse possibile riempire i serbatoi di carburante in orbita in modo che possano continuare le loro missioni? La questione, inizialmente speculativa, è diventata sempre più urgente poiché la spazzatura spaziale continua ad accumularsi, il che rappresenta un pericolo sia per i satelliti che per i viaggiatori spaziali umani.

I test di laboratorio dimostrano come anche i piccoli detriti possano causare gravi danni. (ESA)

Non tutti i satelliti precipitano sulla Terra alla fine della loro vita. Molti diventano semplicemente parte del campo di detriti orbitali in continua crescita che, secondo la NASA, attualmente consiste di oltre 23.000 frammenti più grandi di una palla da softball, ciascuno dei quali viaggia a velocità fino a 17.500 miglia orarie. Inoltre, ci sono circa 100 milioni di pezzi di detriti di 0,04 pollici o più grandi, e anche più piccoli. Ora abbiamo raggiunto il punto in cui i detriti generano ancora altri detriti. Nel 2009, due satelliti defunti si sono scontrati, frantumandosi in più di 2.300 pezzi abbastanza grandi da poter essere tracciati.

Oggi rimangono operativi oltre 4.500 satelliti, e il numero diventerà sempre più affollato poiché aziende private come SpaceX e OneWeb pianificano di continuare a lanciare costellazioni di migliaia di satelliti Internet nei prossimi anni.

"Stiamo cercando di porre fine al paradigma del 'fatto fatto', la mentalità secondo cui si lancia un veicolo spaziale, questo vive la sua vita utile e poi ne costruisci un altro che prenda il suo posto", afferma Jill McGuire, una ingegnere di robotica spaziale presso il Goddard Space Flight Center della NASA a Greenbelt, nel Maryland, che ha lavorato alle storiche missioni di riparazione di Hubble. Ora è a capo della divisione Progetti di esplorazione e servizi nello spazio che gestisce OSAM-1 (On-orbit Servicing, Assembly, and Manufacturing), una missione imminente che rifornirà roboticamente un satellite in orbita.

La NASA non è l’unico attore in questo campo, ma l’agenzia è stata la pioniera. Nel 2007, in collaborazione con la Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA), Boeing e Ball Aerospace, la NASA ha lanciato Orbital Express, un tentativo di rifornimento cooperativo che ha coinvolto due veicoli spaziali appositamente costruiti e includeva alcune dimostrazioni di servizio, come la sostituzione di una batteria. Poi, nel 2011, la NASA ha lanciato la prima Missione di rifornimento robotico (RRM), un progetto in tre fasi che si è concluso nel 2020. Con questa missione, la NASA ha cercato di dimostrare la tecnologia che potrebbe essere applicata ai satelliti che non erano progettati per il rifornimento di carburante.

La navicella spaziale OSAM-1 della NASA (a sinistra) si avvicina a Landsat 7 (come si vede in questa arte digitale). La missione, prevista per il 2025, valuterà se OSAM-1 sarà in grado di afferrare il satellite in rapido movimento con un braccio robotico e di rifornirlo di carburante. (Northrop Grummann)

"OSAM-1 sarà molto simile alla missione di rifornimento robotico e coinvolgerà una tipica valvola di riempimento e scarico su un satellite reale", afferma McGuire, aggiungendo che la missione non si concentrerà solo sul rifornimento di carburante. "Per noi, il rifornimento di carburante è solo una componente della manutenzione. E ciò può significare riposizionare il satellite, sostituire una scatola di batterie o aggiornare uno strumento. Può anche significare riparare un boom di pannelli solari che non riesce a dispiegarsi."