Debris Spaziali in Aumento: Costruttori di Satelliti Innovano per Sopravvivere agli Impatti

Nuovi sensori e scudi per proteggere le navicelle spaziali dai detriti

Il punto chiave: I satelliti in orbita terrestre bassa sono sempre più minacciati dai detriti, e le aziende stanno sviluppando nuovi metodi per rilevare e resistere agli impatti. Nuovi sensori potrebbero permettere agli operatori di comprendere meglio le cause di danni ai satelliti o di guasti inspiegabili. Allo stesso tempo, aziende e ricercatori stanno testando scudi più leggeri che potrebbero offrire una migliore protezione senza aumentare eccessivamente il peso.

Odin Space, un’azienda con sede a Santa Ana, California, ha iniziato a commercializzare strisce adesive dotate di sensori di vibrazione per satelliti. Queste strisce sono progettate per registrare gli impatti e aiutare gli operatori a valutare la dimensione e la forza di uno strike.

I dati potrebbero risolvere un problema persistente nel mercato dei piccoli satelliti. Uno studio del 2021 ha scoperto che circa uno su cinque piccoli satelliti smette di funzionare entro un anno dal lancio. Gli operatori non conoscono la causa di circa il 60% di questi fallimenti. Gli impatti dei detriti sono una possibile spiegazione, ma le navicelle spaziali spesso forniscono poche prove di ciò che è accaduto.

Questa incertezza sta diventando più rilevante man mano che la quantità di detriti in orbita aumenta. L’Agenzia Spaziale Europea afferma che la quantità di materiale artificiale in orbita è più che raddoppiata dal 2017. In orbita terrestre bassa, i detriti possono viaggiare a circa sette chilometri al secondo. A queste velocità, anche piccoli frammenti possono danneggiare l’elettronica, perforare componenti esterni o disabilitare un satellite.

L’alluminio rimane il materiale standard per la protezione delle navicelle spaziali. Molti satelliti utilizzano pannelli di alluminio rinforzati con strutture a nido d’ape in alluminio. Il design è relativamente leggero, ma offre una protezione limitata contro gli impatti ad alta velocità.

Un’opzione più robusta è lo scudo Whipple. Utilizza un paraurti esterno sottile posto a pochi centimetri davanti a uno scudo principale. Lo strato esterno frantuma un oggetto in arrivo prima che raggiunga la parete principale, riducendo la forza dell’impatto. Questo approccio è efficace, ma aggiunge massa e occupa spazio, entrambi vincoli significativi per i costruttori di satelliti.

Atomic-6, un’azienda vicino ad Atlanta, sta sviluppando un’alternativa chiamata Space Armor. La società non ha divulgato i materiali usati nelle sue piastrelle composite, che hanno le dimensioni di una mano, sono spesse 2,5 centimetri e pesano quanto un iPhone.

Nei test, le piastrelle hanno fermato proiettili di alluminio delle dimensioni di un pisello che viaggiavano a 7,2 chilometri al secondo. Trevor Smith, amministratore delegato di Atomic-6, ha detto a The Economist che il materiale non produce schegge nel modo in cui può fare uno scudo convenzionale. Ha affermato che i detriti metallici vengono vaporizzati e assorbiti dalla piastrella.

Altri gruppi stanno lavorando con combinazioni di materiali esistenti. Il Kevlar, utilizzato in attrezzature antiproiettile e sulla Stazione Spaziale Internazionale, può essere combinato con Nextel, un materiale ceramico tessuto. La combinazione potrebbe fornire uno scudo più leggero per veicoli spaziali più piccoli e meno costosi.

All’Università di Padova in Italia, i ricercatori stanno utilizzando la stampa 3D per costruire scudi sperimentali in alluminio, Kevlar e resina rinforzata con fibra di carbonio. Il processo di stampa permette loro di creare cavità nella struttura. Lorenzo Olivieri e i suoi colleghi affermano che i vuoti possono frantumare un proiettile in arrivo in fasi, molto simile a uno scudo Whipple.

La NASA ha anche testato la schiuma di alluminio come materiale per scudi. La schiuma contiene una rete di piccole cavità all’interno del metallo. Nei test, uno scudo con uno strato di schiuma di alluminio di poco più di 6 millimetri di spessore ha fornito una protezione simile a quella di uno scudo Whipple convenzionale che pesava il doppio.

L’approccio giusto dipenderà dal luogo in cui opera un satellite. I detriti possono includere frammenti di metallo, plastiche, schegge di vernice e rocce naturali, e la miscela varia da un’orbita all’altra. Rannveig Marie Faergestad, una progettista di scudi presso Thales Alenia Space, ha detto che informazioni migliori su queste condizioni aiuterebbero gli ingegneri a selezionare i materiali e i design degli scudi più adatti.

I sensori d’impatto potrebbero rendere questo processo più preciso. Raccogliendo dati su collisioni reali, potrebbero fornire agli operatori di satelliti e ai produttori una visione più chiara dei rischi di detriti che le loro navicelle spaziali devono affrontare.

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