Un grande laser per piccoli detriti

La protezione dei satelliti è una questione pressante. Se dovessimo sostituire i circa 1 000 satelliti attivi in orbita oggi, il costo stimato sarebbe di circa 100 miliardi di euro. Molti settori dell'economia ne sarebbero colpiti e l'intera società si troverebbe a soffrirne le conseguenze.

Per risolvere il problema sono state prese in considerazione varie tecnologie, dai robot cercatori di DARPA alle navi merci dell'ESA - che saranno entrambi lanciati nel 2015 - alle reti da pesca del Giappone. Gli scienziati sono pieni d'idee, e la tecnologia laser è una di queste. Proposto dalla NASA nel 2011, il concetto di una stazione laser usata per modificare la traiettoria dei detriti spaziali sembra sempre di più la soluzione giusta.

Il progetto CLEANSPACE ("Small debris removal by laser illumination and complementary technology"), avviato da tre anni e che dovrebbe concludersi questo mese, esamina il ruolo che la tecnologia laser potrebbe avere nella rimozione dei detriti piccoli, ossia i più problematici per i satelliti in orbita. L'obiettivo principale del progetto è definire un piano d'azione tecnologico per il monitoraggio, l'identificazione e il rilevamento da usare con un possibile sistema di protezione laser da terra.

Il dott. Christophe Jacquelard, coordinatore del progetto, ha accettato di discutere alcuni dei principali risultati ottenuti.

Quali sono i principali obiettivi del progetto?

Lo studio CLEANSPACE è la risposta all'invito del 7° PQ per la ricerca sulla sicurezza SPA-2010-2.3.02 "Esigenza di proteggere le risorse spaziali dalla collisione in orbita". Il suo obiettivo è rispondere a questa esigenza definendo i requisiti necessari per la rimozione sicura e di routine di piccoli detriti spaziali nell'orbita terrestre bassa con una stazione laser a terra ad alta energia. Questa tecnologia proteggerebbe preziose risorse spaziali dalle distruttive collisioni in orbita.

Cosa c'è di nuovo o innovativo nel progetto ?

L'uso di un laser per modificare la traiettoria dei detriti spaziali è una cosa nuova e noi abbiamo definito un'architettura globale in forma di un sistema con base a terra. La parte più innovativa del progetto è però a livello tecnico: è stata studiata l'interazione del laser con la materia nel vuoto, sono state dimostrate l'accoppiamento coerente dei raggi laser di energia moderata e l'idoneità della tecnologia della ceramica per sviluppare campioni di grandi dimensioni di forma complessa ed è stata testata la ripartizione drogante luminescente. Per assicurare un sostegno internazionale duraturo e un processo ordinato di rimozione dei detriti è stata proposta un'organizzazione internazionale, e infine sono stati sviluppati strumenti di simulazione per valutare la modifica di traiettoria per il funzionamento a passaggio singolo o a passaggio multiplo.

Come funziona esattamente la vostra architettura globale?

Un sistema del genere può creare per ogni colpo una piccolissima spinta sui detriti spaziali asportando uno strato molto sottile della loro superficie. La ripetizione di migliaia di colpi di questi laser riduce la velocità del detrito spaziale, spingendolo in un'orbita più bassa. Questo concetto permetterebbe sia di cambiare la rotta di un detrito - evitando così una collisione prevista con preziose infrastrutture spaziali - che di rimuovere i rifiuti, poiché la nuova rotta porta al rientro atmosferico.

Quali sono state le maggiori difficoltà incontrate e come sono state risolte?

Non abbiamo incontrato grandi problemi nel corso del progetto, grazie a un team molto competente, un team di persone con esperienza che hanno imparato a conoscersi e che non sono cambiate dall'inizio alla fine. Vorrei cogliere l'occasione di questo articolo per dire che è stato un piacere per me lavorare con tutti loro, traendo vantaggio dai loro vari campi di interesse e nazionalità.
Certo, abbiamo dovuto prendere delle decisioni importanti nel corso del progetto CLEANSPACE, poiché puntavamo sempre all'ottimizzazione. Quella più importante è stata fondere i due concetti iniziali di laser (uno da ciascun partner e attività esterne) per definire una terza architettura di laser che usa i migliori concetti dei suoi predecessori e specialmente gli amplificatori in ceramica accoppiati attivamente Nd:Yag.

Quali sono i prossimi passi per il progetto e quali sono i vostri programmi una volta che sarà concluso?

Una volta concluso CLEANSPACE, riteniamo che la stazione laser a terra che abbiamo immaginato potrà essere pronta a funzionare entro 10 anni. La realizzazione di questo sistema può essere distinta in due fasi. La fase uno si occuperà del necessario lavoro tecnologico, innanzitutto lo sviluppo del laser, l'integrazione di diverse tecnologie in un dimostratore, l'implementazione di una prima rete di monitoraggio e catalogazione di detriti e l'implementazione della politica.
La seconda fase potrà avere inizio solo in seguito a un impegno dell'Unione europea e altre importanti nazioni presenti nello spazio verso una rimozione dei detriti tramite laser con base a terra (LDR) e l'accordo di finanziare la costruzione di un sistema a tale fine. In questa fase, sarà costruita la stazione LDR e saranno fabbricati e integrati nella stazione anche il laser ad alta energia, il telescopio e alcuni componenti ottici addizionali. Dovrebbe essere possibile completare questa seconda fase in cinque anni.

Siete soddisfatti dei risultati della vostra ricerca?

Prima di concludersi, il progetto ha organizzato una giornata dimostrativa per divulgare i principali risultati tecnici e mostrare i quattro esperimenti che abbiamo condotto: uno chiamato "Modello di rilevazione dei detriti", un altro che illustra la "propulsione laser", un "dimostratore di accoppiamento laser" e infine una "dimostrazione del laser a disco". I partecipanti hanno avuto l'opportunità di saperne di più sul concetto e di vedere come un laser può spostare un oggetto in un ambiente nel vuoto (perché l'ambiente spaziale dei detriti è un vuoto).

Ci sono state delle aziende o dei governi che hanno mostrato interesse per l'uso della tecnologia CLEANSPACE? Quando pensate che potrà materializzarsi?

Il modello commerciale di un sistema del genere deve ancora essere sviluppato e non faceva parte di CLEANSPACE. Abbiamo però sviluppato un piano d'azione per un impegno di dieci anni.
La quantità di detriti nell'orbita terrestre bassa è in rapida crescita il che comporta, a breve termine, potenziali collisioni tra detriti e risorse spaziali e una possibile reazione a catena. Rimuovere cinque pezzi di detriti l'anno con missioni automatiche è utile ma dobbiamo anche occuparci di ridurre la popolazione di piccoli detriti che continuerà a crescere per decenni. Il progetto CLEANSPACE è una soluzione per i detriti piccoli ed è questo che abbiamo sottolineato nelle discussioni con le aziende.