Immagina di essere un astronauta che esegue esperimenti scientifici e acrobazie mozzafiato. Mission Control radio che tutto il personale della stazione spaziale dovrebbe evacuare verso i veicoli di soccorso perché un pezzo di micidiali detriti spaziali è diretto verso di te.
Questo scenario non è fantascienza. Nel giugno del 2011, Space Magazine riferì che "a sei membri dell'equipaggio a bordo della Stazione Spaziale Internazionale fu detto di rifugiarsi in ... due veicoli spaziali russi Soyuz". Man mano che più satelliti raggiungono la fine della loro vita operativa, ci saranno più emergenze spazzatura spaziale nello spazio e sul terreno, senza dubbio con risultati meno piacevoli. La nostra giovane società di viaggi spaziali è stata finora fortunata: la ISS è stata in grado di evitare la spazzatura spaziale e, per fortuna, i satelliti non controllati sono caduti negli oceani. Ma un giorno la nostra fortuna finirà.
C'è speranza, tuttavia. Un nuovo documento intitolato Rimozione di detriti orbitali con i laser pubblicato su arXiv propone di utilizzare un sistema laser pulsato ad alta potenza proveniente dalla Terra per creare getti di plasma su pezzi di detriti spaziali, rallentandoli leggermente, facendoli rientrare e bruciare nell'atmosfera o cadere nell'oceano.
Claude Phipps e il suo team di un'azienda high-tech di nome Photonic Associates hanno delineato il loro metodo, chiamato Laser Orbital Debris Removal (LODR), che utilizza una tecnologia laser di 15 anni che è ora prontamente disponibile.
Il team ha riconosciuto che "trentacinque anni di cattive pulizie nello spazio hanno creato diverse centinaia di migliaia di detriti spaziali più grandi di un cm nella banda ... dell'orbita terrestre bassa (LEO)". Questi potrebbero non sembrare grandi oggetti, ma con la densità di energia della dinamite, anche un grande chip di vernice può causare gravi danni.
La rimozione dei detriti è un compito urgente perché la quantità di detriti attualmente nello spazio pone "una fuga collisione in fuga", con oggetti che si scontrano tra loro, creando ancora più frammenti.
Esistono altre soluzioni oltre a creare un getto al plasma, ma tendono ad essere sia meno efficaci che più costose. Un laser potrebbe essere utilizzato per macinare un oggetto in polvere, ma ciò creerebbe uno spruzzo fuso incontrollabile, aggravando il problema.
Afferrare l'oggetto o collegare un kit di de-orbita può essere efficace. Sfortunatamente, richiedono molto carburante a causa della necessità di accelerare per catturare l'oggetto, il che porta a una soluzione più costosa - circa $ 27 milioni per oggetto. Infine, esiste l'opzione nucleare di rilasciare gas, nebbia o aerogel per rallentare gli oggetti, ma ciò influenzerebbe sia i veicoli spaziali operativi che quelli non operativi.
Nel loro documento, Phipps e il suo team affermano che rimuovere la spazzatura spaziale creando un getto di plasma di alcuni secondi di lunghezza con un laser è la soluzione migliore, che costa solo $ 1 milione per oggetto grande rimosso e poche migliaia per oggetti piccoli. Inoltre, gli oggetti più piccoli possono essere orbitati in una sola orbita e una costellazione di "167 oggetti diversi possono essere indirizzati (colpiti con un laser) in un giorno, dando 4,9 anni per rientrare" nell'atmosfera.
Tutti i 167 oggetti devono essere attentamente tracciati in modo da non cambiare in peggio i loro percorsi di sventura; tuttavia, è possibile utilizzare il sistema per regolare le orbite della spazzatura spaziale. Detto questo, gli attuali livelli di tracciamento dei detriti spaziali non sono adeguati per implementare LODR, ma c'è un duplice vantaggio di una più facile rimozione e una migliore evitazione con un migliore tracciamento dei detriti. Un migliore tracciamento consentirà quindi un migliore controllo del punto di rientro e la modifica dell'orbita con LODR, se necessario.
Come può una luce spinta da un laser modificare un'orbita? Mentre il laser non espelle i detriti dall'aria, è comunque efficace a causa della natura della meccanica orbitale.
Immagina un cubesat che deve essere smaltito a bassa quota, un'orbita perfettamente circolare. Il rubinetto di un laser ad alta potenza e il getto di plasma generato spingono il cubo fuori, più lontano dalla Terra (più in alto) e in un'orbita più ellittica.
Potrebbe sembrare un'idea orribile durante il tempo in cui il cubesat trascorre ad un'altitudine più elevata, ma quando arriva a metà cerchio, ritaglia l'atmosfera ad un'altitudine più bassa poiché l'ellisse è deformata a causa delle regolazioni del laser. Poiché una bassa quota corrisponde a una maggiore resistenza, il cubo rallenta e si blocca in un'orbita più bassa. Questo è il motivo per cui le orbite altamente ellittiche sono chiamate orbite di trasferimento, poiché cambiano corsia sull'autostrada dello spazio. Ora, con l'orbita di trasferimento completa, il cubesat è abbastanza rallentato in modo che la sua orbita non possa più essere raggiunta dal cubesat. Il cubesat quindi cade dal cielo.
La carne della ricerca per LODR si occupa dell'atmosfera poiché il laser può diventare sfocato se la turbolenza atmosferica non viene affrontata. LODR è complicato perché la turbolenza nell'atmosfera provoca distorsioni come quelle che vedi sopra una strada in una calda giornata estiva o come quelle che vedi guardando attraverso una bottiglia di vetro. Questa complicazione si aggiunge al mirare in avanti necessario per colpire un bersaglio, proprio come il mirare in avanti necessario per colpire un giocatore che corre in Dodgeball.
Esistono due modi per annullare la turbolenza. Innanzitutto, si può brillare un laser in un punto noto dell'atmosfera, eccitando gli atomi di sodio in quella posizione. Conoscendo l'altezza di questo punto nel cielo, il sistema può quindi flettere lo specchio riflettente per mettere a fuoco il punto momento per momento. Può quindi sparare liberamente.
Un secondo modo prevede l'uso di un mirror Phase Conjugate (PC), altrimenti noto come retroflector, che potrebbe annullare automaticamente la turbolenza inviando luce la cui variazione di fase è stata invertita. Vale a dire che restituirà un raggio laser "opposto distorto" la cui distorsione non viene fatta dall'atmosfera creando un raggio laser acuto.
LODR non è un proiettile d'argento. Cablata riferisce che "le principali critiche a un tale progetto verrebbero dalla comunità internazionale, che potrebbe temere che un laser abbastanza potente possa essere usato per scopi militari come colpire i satelliti nemici". Cablata poi ha condotto un'intervista con Kessler; L'ex scienziato senior della NASA per la ricerca sui detriti orbitali, che ha dichiarato, a causa delle politiche coinvolte, "qualsiasi proposta laser è morta all'arrivo". Tuttavia, afferma Phipps Cablatache "Se ottenessimo la giusta cooperazione internazionale, nessuno crederebbe che il laser sia un'arma nell'abbigliamento delle pecore".
Ci sono ancora problemi non risolti, come sottolinea Kessler, colpire la parte sbagliata di un oggetto spaziale avrebbe risultati disastrosi. "Potresti colpire la parte sbagliata di un satellite o vaporizzare abbastanza da farlo esplodere." Nonostante ciò, un attento studio dell'oggetto potrebbe evitare qualsiasi pericolo.
