Detriti Spaziali e rischi associati all ambiente

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Abele Giglio
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1 Convegno CESMA "L'aerospazio e l'ambiente" Ing. C. Portelli Detriti Spaziali e rischi associati all ambiente Agenzia Spaziale Italiana 1

2 Scaletta Contenuti Che cos è un detrito spaziale? Quanti detriti ci sono nello spazio? Qual è il pericolo che rappresentano? Soluzioni a breve termine Soluzioni a lungo termine Convegno CESMA "L'aerospazio e l'ambiente" 2

Detriti Spaziali (definizione e formazione) o I detriti spaziali sono l insieme

che si trovano in orbita intorno alla terra; o Quelli artificiali, si formano a

hanno completato la loro vita operativa.

3 Detriti Spaziali (definizione e formazione) o I detriti spaziali sono l insieme degli oggetti naturali (micrometeoriti) e oggetti artificiali non più funzionali, che si trovano in orbita intorno alla terra; o Quelli artificiali, si formano a partire dai satelliti e dagli stadi orbitali dei razzi lanciati dall uomo che hanno completato la loro vita operativa. Frammenti dopo un test NASA Satellite non operativo Relitti di stadi orbitali dei Lanciatori Convegno CESMA "L'aerospazio e l'ambiente" 3

4 I primi detriti al primo lancio Sputnik-1/Спутник, Compagno di viaggio (dal 4 Ott. 1957): le frecce indicano i primi 2 detriti Convegno CESMA "L'aerospazio e l'ambiente" 4

5 Il più vecchio ancora in orbita (dal 1958): Satellite Vanguard1 (654 x 3839 km, i = 34,2 ) Convegno CESMA "L'aerospazio e l'ambiente" 5

6 Quanti sono? Che cos è un detrito spaziale? Quanti detriti ci sono nello spazio? Qual è il pericolo che rappresentano? Soluzioni a breve termine Soluzioni a lungo termine Convegno CESMA "L'aerospazio e l'ambiente" 6

7 Flussi nell ambiente spazio Fuggiti dalla Terra In Orbita Terrestre HEO GEO MEO LEO Detriti Spaziali Rientrati a Terra c.a. 1/dd Lanci effettuati 145 tonnellate annue 7

8 Oggetti Catalogati > 5-10 cm di diametro From 1957 (Sputnik) to 1960 LEO HEO, GTO, GEO, MEO Convegno CESMA "L'aerospazio e l'ambiente" 8

9 Massa in Orbita fonte US-SSN/NASA Total Objects Spacecraft Rocket Bodies Fragmentation Debris Mission-related Debris 9 Mass of Cataloged Objects, 1 January 2011 (millions of kilograms)

10 Oggetti in Orbita fonte US-SSN/NASA 10 Number of Cataloged Objects in Earth Orbit Total Objects Fragmentation Debris Spacecraft Mission-related Debris Rocket Bodies

11 Oggetti Catalogati > 5-10 cm di diametro 2010 LEO HEO, GTO, GEO, MEO Convegno CESMA "L'aerospazio e l'ambiente" 11

12 Stima della popolazione detritica: Mezzi di misura 100 km 1000km 10,000km 1 m 10 m 100 m 1mm 1cm 10cm 1m 10m Convegno CESMA "L'aerospazio e l'ambiente" 12

13 dimensioni tipiche in orbita circum terrestre Dimensione Numero % Massa >10 cm > , cm > ,035 <1 cm > ,035 Totale > ~7.000 ton. Convegno CESMA "L'aerospazio e l'ambiente" 13

14 Oggetti spaziali catalogati Fragments Upper Stages Defunct Satellites Functional Satellites Operational Debris (MRO) 8% 18% 5% 12% 5% 57% Convegno CESMA "L'aerospazio e l'ambiente" 14

15 FRAMMENTI Piùdi 200 eventi di disintegrazioni in orbita cause sconosciute collisioni propulsione guasti esplosioni provocate Convegno CESMA "L'aerospazio e l'ambiente" 15

16 I Rischi Che cos è un detrito spaziale? Quanti detriti ci sono nello spazio? Qual è il pericolo che rappresentano? Soluzioni a breve termine Soluzioni a lungo termine Convegno CESMA "L'aerospazio e l'ambiente" 16

17 Rischiin Orbita Ecat> 40 MJ/kg > Ecr I rischi dipendono dall altissima energia cinetica. o Non esistonoancoracorazzee scudicapacidi resisterea piccoleparticelle> 2 cm o Es: 2 cm cubi = Md 20 gr se Al o E= ½ MdV 2 = ½ 0,02 x (15000) 2 = 2,25 MJ = Ecr Probabilità di collisione accidentale(leo 800 km): Probability of collision in 1year with objects Size of the objects >0,1 mm >1 mm >1 cm >10 cm probability 1 0, La ISS conduce in media 2 manovre all annodi collision avoidance Convegno CESMA "L'aerospazio e l'ambiente" 17

18 Convegno CESMA "L'aerospazio e l'ambiente" 18

19 La prima collisione tra 2 corpi tracciati è già avvenuta 24/7/96 9:48 UTC (boom a gradiente di gravità troncato via) Debris=Ariane 1 US Convegno CESMA "L'aerospazio e l'ambiente" 19

L ultima collisione catastrofica La quinta collisione accidentale nota in LEO (790 km di quota) tra oggetti catalogati è avvenuta il 10 febbraio 2009 alle 16:56 UTC (è la prima tra oggetti intatti).

20 L ultima collisione catastrofica La quinta collisione accidentale nota in LEO (790 km di quota) tra oggetti catalogati è avvenuta il 10 febbraio 2009 alle 16:56 UTC (è la prima tra oggetti intatti). Gli oggetti coinvolti: USA - IRIDIUM 33 (operativo) 24946U 97051C: 560 kg Russo - COSMOS 2251 (detrito) 22675U 93036A: 900 kg La collisione ha prodotto diversi frammenti di cui solo 144 (Russi) + 68 (USA) sono stati catalogati al 23/2/09. 20

21 Rischial rientroa terra I rientri in atmosfera di oggetti spaziali Velocità iniziale ~ 8 km/s La gran parte dei materiali fonde (vedi fig.) I carichi aerodinamici frammentano l oggetto tra gli 80 e 70 km. Raggiungono la terra il 20-40% della massa dell oggetto a Km/h Per casi particolari vengono emessi NOTAM per Marina e Aeronautica, e allerta per DPC Convegno CESMA "L'aerospazio e l'ambiente" 21

22 Strumenti osservativi e danni Convegno CESMA "L'aerospazio e l'ambiente" 22

23 Soluzioni (parte 1) Che cos è un detrito spaziale? Quanti detriti ci sono nello spazio? Qual è il pericolo che rappresentano? Soluzioni a breve termine Soluzioni a lungo termine Convegno CESMA "L'aerospazio e l'ambiente" 23

24 dell'ambiente Da Terra: radar e telescopi Dallo Spazio: campioni superficiali esposti e sensori d'impatto Da radar Da telescopio Convegno CESMA "L'aerospazio e l'ambiente" 24

25 Soluzione Parzialea Breve Termine 100 km 1000km 10,000km Schermature Gap! Manovre Evasive 1 m 10 m 100 m 1mm 1cm 10cm 1m 10m Convegno CESMA "L'aerospazio e l'ambiente" 25

26 Predizioni orbitali e Schermature Convegno CESMA "L'aerospazio e l'ambiente" 26

27 Convegno CESMA "L'aerospazio e l'ambiente" 27

28 Soluzioni (parte b) Che cos è un detrito spaziale? Quanti detriti ci sono nello spazio? Qual è il pericolo che rappresentano? Soluzioni a breve termine Soluzioni a lungo termine Convegno CESMA "L'aerospazio e l'ambiente" 28

29 Inter-Agency Space Debris Coordination Committee IADC organisation Steering Group WG1: Monitoring WG2: Modeling & Database WG3: Protection WG4: Mitigation Convegno CESMA "L'aerospazio e l'ambiente" 29

INTER-AGENCY SPACE DEBRIS COORDINATION COMMITTEE Space Debris Public Access Documents List from web site: IADC-02-01 IADC Space Debris Mitigation Guidelines rev.1 Sett.

30 INTER-AGENCY SPACE DEBRIS COORDINATION COMMITTEE Space Debris Public Access Documents List from web site: IADC IADC Space Debris Mitigation Guidelines rev.1 Sett.2007 IADC IADC Recommendation Reorbit Procedure for GEO Preservation Rev.0 Dic 1997 IADC Protection Manual Rev. 3.3 Apr 2004 Annual Presentations to STSC UN -COPUOS Convegno CESMA "L'aerospazio e l'ambiente" 30

UN -Space Debris Mitigation Guidelines UN GA resolution established, at the end of 2007, Seven Guidelines: 1. Limit debris released during normal operations 2.

31 UN -Space Debris Mitigation Guidelines UN GA resolution established, at the end of 2007, Seven Guidelines: 1. Limit debris released during normal operations 2. Minimize potential for break-ups during operational phases 3. Limit the probability of accidental collision in orbit 4. Avoid intentional destruction and other harmful activities 5. Minimize potential for post-mission break-ups resulting from stored energy 6. Limit the long-term presence of spacecraft and launch vehicle orbital stages in LEO after the end of their mission 7. Limit the long-term interference of spacecraft and launch vehicle orbital stages with GEO region after the end of their mission Convegno CESMA "L'aerospazio e l'ambiente" 31

32 Regioni Spaziali Protette LEO GEO C. Portelli - ASI 23 Apr

UN -Space Debris Mitigation Applicability to: o Planned Space Missions (Spacecrafts and Orbital upper stages) o To existing systems whenever possible

33 UN -Space Debris Mitigation Applicability to: o Planned Space Missions (Spacecrafts and Orbital upper stages) o To existing systems whenever possible Technical Fields: o Mission planning o Design Guidelines o Operations (launch, operative mission, disposal) Convegno CESMA "L'aerospazio e l'ambiente" 33

34 Esempi di tecniche di mitigazione In LEO: Abbassamento del perigeo per i satelliti e terzi stadi a fine vita utile per assicurare un rientro atmosferico entro 25 anni. o circa 500 oggetti catalogati sono rientrati in maniera incontrollata nel solo anno 2002, per un tot. di 150 ton. o 9 satelliti hanno condotto un rientro controllato nel o Alcuni satelliti eseguono manovre di collision avoidance con DV=6-7 cm/s (x2) con consumo di 80-90gr di fuel. In GEO: Innalzamento della quota di Hp=HGEO + (235 km Cr A/M) per assicurare un corridoio operativo a +/- 200 km intorno a GEO. Convegno CESMA "L'aerospazio e l'ambiente" 34

Soluzione definitiva = ADR Recenti analisi dello

se si mitiga, c è l instabilità a lungo termine

Soluzione = rimozione di corpi intatti di

35 Soluzione definitiva = ADR Recenti analisi dello IADC presentate al COPUOS evidenziano che anche se si mitiga, c è l instabilità a lungo termine della popolazione spaziale (v. fig sotto). Soluzione = rimozione di corpi intatti di elevato cross-section (A/M) dalle fasce più densamente popolate (v. fig a lato) Convegno CESMA "L'aerospazio e l'ambiente" CATTURA.. e r i m o z i o n e 35

36 Conclusioni Rimuovere gli oggetti dalle regioni affollate e strategicamente commerciali a fine vita utile. Non cedere alla negazione.. Avviare una legge specifica del governo Italiano, così come hanno già fatto in Europa UK, Francia e altri stati. Progettare e operare i sistemi spaziali per minimizzare la produzione di futura spazzatura spaziale. Applicare linee guida e standard ISO per assicurare un approccio di mitigazione coordinato e con regole uguali per tutti. ASI già lo fa. Assicurare un accesso economico allo spazio per le future generazioni. Convegno CESMA "L'aerospazio e l'ambiente" 36

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