Una stazione innovativa per tracciare i detriti spaziali

Nell’ambito del Pnrr sono stati stanziati circa 10 milioni di euro per la realizzazione della Space Debris Laser Ranging (Sdlr), una stazione osservativa dedicata al tracciamento di detriti spaziali, la cui installazione è al momento prevista presso il Centro Spaziale di Matera dell’Asi.

La Sdlr sarà in grado di localizzare e identifcare la traiettoria di oggetti artifciali in orbita, a partire dalle orbite Leo fno alle orbite Geo. La stazione osservativa prevede, infatti, lo sviluppo del primo sensore laser nazionale interamente dedicato alle attività di Sorveglianza Spaziale e Tracciamento (Sst), che Asi porta avanti nel contesto promosso dal Programma Spazio dell’Unione Europea.

L’osservazione dei detriti spaziali da Terra avviene attraverso l’utilizzo di telescopi ottici, laser o radar, ma ciascun tipo di sensore ha dei limiti osservativi e, di conseguenza, il numero di oggetti osservati è molto inferiore a quello atteso. In base a recenti simulazioni condotte dall’Esa*, si stima che intorno alla Terra siano presenti circa 900mila detriti di grandezza tra 1 e 10 centimetri e che la massa totale di tutti gli oggetti in orbita sia di circa 10,000 tonnellate.

La nuova stazione Sdlr permetterà di tracciare oggetti con elevata precisione, grazie all’utilizzo di un sistema ottico innovativo.

«La Sdlr integrerà insieme le più avanzate tecnologie laser con un sistema ad Ottica Adattiva basato sull’utilizzo di stelle guida artifciali», spiega Alessandra Di Cecco dell’Unità di Ingegneria e Space Trafc Management dell’Asi. «La stazione osservativa consentirà di efettuare misure di laser-ranging di oggetti non-cooperativi in orbita Leo e di oggetti cooperativi dalle orbite Leo alle orbite Geo».

Uno dei punti di forza della Sdlr è dunque il sistema di Ottica Adattiva che, correggendo la dispersione della luce dovuta alla turbolenza atmosferica (il ‘Seeing’ per gli astronomi), permetterà di rilevare anche oggetti deboli in luminosità.

«La Sdlr sarà anche dotata di un ricevitore con capacità polarimetriche, sensibile nel visibile e nel vicino infrarosso, per permettere la ricostruzione di curve-di-luce», continua Di Cecco. «Tali misure - aggiunge - permetteranno di capire, ad esempio, anche l’eventuale moto di rotazione dell’oggetto osservato».

Il sensore è previsto operare in modo continuativo 24 ore al giorno, 7 giorni su 7. La stazione Sdlr sarà predisposta ad integrare futuri terminali di comunicazioni ottiche e quantistiche, o altri apparati per la ricerca nel campo della propagazione di fasci ottici. In fase di studio del design verrà approfondita, inoltre, la possibilità di predisporre la Sdlr a futuri sistemi di trasferimento d’impulso, o Momentum Transfer.

Come test per Sst, l’Asi ha già sperimentato osservazioni con il Matera Laser Ranging Observatory (Mlro), principalmente dedicato a studi di geodesia. Il sistema Sdlr, rispetto ad Mlro, avrà in più la capacità di acquisire immagini ottiche.

Il progetto dovrà concludersi entro giugno 2026, in accordo con quanto previsto dalle indicazioni del Pnrr.

* Cfr: Esa’s Annual Space Environment Report 2023

L’avvento di costellazioni satellitari, la miniaturizzazione dei payload e l’accesso allo spazio da parte di compagnie private e di nazioni emergenti, hanno generato, negli ultimi anni, un incremento signifcativo di oggetti lanciati in orbita, con il conseguente aumento del numero di detriti spaziali. Questi particolari oggetti ricomprendono: satelliti non più operativi, stadi di lanciatori, frammenti dovuti a break-up spontanei o collisioni in orbita e altre piccole componenti, come quelle rilasciate durante le comuni operazioni di missione.

I detriti spaziali sono motivo di preoccupazione a livello globale e costituiscono un pericolo per le attività spaziali, tanto che nel 2021 sono stati anche inseriti nell’agenda del forum intergovernativo G7. La popolazione detritica è infatti incontrollata e date le alte velocità in gioco, ad esempio in orbita bassa, la collisione tra un satellite operativo e un piccolo frammento può portare al danneggiamento di un sotto-sistema o alla perdita dell’intera missione, con conseguente perdita di ingenti investimenti economici. Detriti di grande dimensione, invece, potrebbero creare pericoli durante il rientro incontrollato in atmosfera terrestre, sia per il trafco aereo, che in caso di arrivo a terra di eventuali frammenti sopravvissuti all’attrito atmosferico.

Rappresentazione artistica dei satelliti attivi e dei detriti spaziali presenti nella fascia dell'orbita geostazionaria.

Crediti: Esa.

Anche il Comitato per l’Uso Pacifco dello Spazio delle Nazioni Unite (Copuos) promuove raccomandazioni per afrontare il problema dei detriti spaziali e l’aumento delle attività spaziali, sostenendo le “21 linee guida per la sostenibilità a lungo termine delle attività spaziali”.

La necessità di un ambiente spaziale sicuro, protetto e sostenibile è sostenuta anche dal Pnrr (Piano Nazionale di Ripresa e Resilienza), cioè il programma di ripresa economica varato dall’Unione Europea per ridare slancio all’economia dopo la pandemia da Covid-19.

L’Agenzia spaziale italiana partecipa ai programmi di Ssa (Space Situational Awareness) dell’Esa e Sst (Space Surveillance and Tracking) dell’Unione Europa e, nell’ambito della ‘Missione 1 – Componente 2 Investimento

4.4 – Piano operativo In-Orbit Economy - Sst/Flyeye’ del Pnrr, è stata pianifcata la realizzazione di un’Infrastruttura Hardware e Software (Ihs) che sarà collocata presso il Centro Spaziale Asi situato a Matera.

I compiti che attendono il progetto Ihs sono molteplici, dato che sarà l’unico centro dell’Asi per le future operazioni di coordinamento delle attività di Space Trafc Management. L’obiettivo principale di Ihs è la distribuzione di servizi di allerta in caso di possibile collisione tra satelliti (collision avoidance), avvenuta frammentazione in orbita e rientri in atmosfera. Il potenziamento di tali servizi è anche un obiettivo fondamentale del Programma Spazio dell’Unione Europea, che Asi sostiene attraverso la propria partecipazione alla Partnership SST. Un’ulteriore capacità dell’Ihs sarà quella di fornire servizi innovativi anche a supporto di campagne operative di In-Orbit Servicing e per manovre di evitamento di collisione (Collision Avoidance Manouvre). Tali servizi saranno messi a disposizione di operatori satellitari civili, privati e istituzionali, così come del Ministero della Difesa, in particolare, raforzando la collaborazione con il Centro C-SSA di Poggio Renatico dell’Aeronautica Militare.

Per raggiungere questi obiettivi, l’Ihs si interfaccerà con i sensori dell’Asi installati a Matera già impiegati nell’ambito della sorveglianza spaziale, come il telescopio Spade e il laser Mlro, e con la futura rete di sensori che verrà realizzata sempre nell’ambito del Pnrr, ovvero con il network dei telescopi “Flyeye” e con la stazione osservativa “Space Debris Laser-Ranging”. L’Infrastruttura sarà impegnata in attività relative all’acquisizione, catalogazione e archiviazione dei dati dei sensori, nonché nel processamento dei dati osservativi attraverso un complesso sistema di software opportunamente sviluppati. Ihs integrerà anche cataloghi esterni, inclusi i dati di Space Weather, per provvedere al mantenimento di un Catalogo di Oggetti Orbitanti. Inoltre, Ihs prevederà la possibilità di simulare l’evoluzione dell’ambiente spaziale a seguito di nuovi lanci, collisioni e frammentazioni, sia per eventi simulati che reali.

Il progetto Ihs, fnanziato appunto con i fondi del Pnrr, sarà realizzato da Telespazio S.p.A., aggiudicataria del contratto a seguito di procedura selettiva. Allo sviluppo delle attività parteciperanno anche altre realtà industriali, incluse Pmi, oltre al mondo accademico e spin-of universitari. Il progetto, che avrà una durata di 36 mesi, vede ancora una volta protagonista il Centro Asi di Matera, la principale struttura operativa dell’agenzia, che quest’anno celebra i 40 anni dalla sua fondazione.

Exprivia

I telescopi Flyeye, finanziati dall’Agenzia Spaziale Italiana anche con i fondi del Piano Nazionale di Ripresa e Resilienza per il monitoraggio dello Space Debris