Fare progressi verso la sostenibilità spaziale? Valutazione delle nuove pratiche standard della NASA per la mitigazione dei detriti orbitali.

A cura di Charity Weeden, Vicepresidente per le politiche spaziali globali

Nel dicembre 2019, dopo mesi di deliberazioni interagenzie, la NASA ha rilasciato una versione aggiornata delProcedure standard del governo degli Stati Uniti per la mitigazione dei detriti orbitali.(ODMSP). L'ultima versione era stata promulgata nel 2001, in un'era precedente al test ASAT cinese del 2007 o alla collisione del 2009 tra Iridium 33 e Cosmos 2251. Era un periodo in cui l'utilizzo commerciale dello spazio era prevalentemente nella regione geostazionaria, fatta eccezione per la rinata attività di Iridium che sfruttava le sue costellazioni di 66 satelliti o un piccolo numero di piattaforme geospaziali prima delPolitica statunitense sul telerilevamento del 2003Ciò avrebbe aperto la strada a nuove attività di telerilevamento spaziale. Era inoltre un periodo in cui solo una quarantina di paesi avevano esperienza nella gestione di satelliti, la metà rispetto a oggi.

Le ODMSP sono destinate agli operatori satellitari del governo statunitense - NASA, NOAA, USGS, Dipartimento della Difesa e comunità dell'intelligence - e le pratiche standard saranno integrate anche nei regolamenti degli operatori commerciali, rendendo le norme efficaci per tutti i veicoli spaziali che rientrano nella giurisdizione statunitense. Tuttavia, una pratica standard perde la sua efficacia globale se viene adottata da un solo Paese, e queste pratiche devono comunque essere integrate attraverso le migliori prassi operative a livello mondiale. Ora, gli Stati Uniti si trovano di fronte al complesso compito di convincere la comunità internazionale ad adottare le loro pratiche aggiornate attraverso l'IADC, la COPUOS delle Nazioni Unite e il dialogo bilaterale e multilaterale. Secondo le ODMSP del 2019, esse "forniscono un riferimento per promuovere pratiche di sicurezza spaziale efficienti ed efficaci per altri operatori nazionali e internazionali".

Perché era necessario aggiornare l'ODMSP?

L'aumento drastico dell'attività e della congestione in tutte le orbite negli ultimi 20 anni ha reso necessarie misure politiche, prima nel 2010 attraverso la Politica Spaziale Nazionale e ora attraversoDirettiva sulla politica spaziale - 3(SPD-3), promulgata nella Politica nazionale di gestione del traffico spaziale degli Stati Uniti nel 2018. La SPD-3 affronta chiaramente la preoccupazione relativa alle linee guida attuali, affermando che l'ODMSP era "inadeguata a controllare la crescita dei detriti orbitali" e che "gli Stati Uniti dovrebbero sviluppare un nuovo protocollo di pratiche standard per definire aspettative più ampie di operazioni spaziali sicure nel XXI secolo" che includa "pratiche operative per grandi costellazioni, operazioni di rendezvous e di prossimità, piccoli satelliti e altre classi di operazioni spaziali".

Con l'obiettivo di sviluppare un nuovo protocollo di pratiche standard,Cosa è stato aggiornato esattamente nell'ODMSP?Ecco alcuni elementi importanti:

• È più orientato all'empirismo.

  La versione aggiornata include limiti quantitativi, probabilistici e di affidabilità per molti elementi del documento, creando così linee guida più chiare per la valutazione della conformità.

• Introduce il concetto di 100 anni-oggetto.

  A prima vista, questo calcolo può sembrare confuso. Tuttavia, è spiegato in

  Standard NASA 8719.14B

  (aggiornato nel 2019), sezione 4.3.4.3 che chiarisce come si prevede che venga utilizzato. Nello specifico per l'orbita terrestre bassa (LEO), è il prodotto del numero di detriti rilasciati e del tempo previsto per il rientro naturale nell'atmosfera, che si basa sul perigeo dei detriti. Nel nuovo ODMSP, questo concetto di 100 anni-oggetto viene applicato alla creazione pianificata di detriti e per oggetti più piccoli di un cubesat 1U. Se un operatore prevede di espellere quattro detriti, dovrebbe farlo a un perigeo che impieghi meno di 25 anni per rientrare nell'atmosfera terrestre. Se un operatore prevede di lanciare 100 picosatelliti, deve deorbitare tutti questi oggetti entro un anno dall'altitudine appropriata (in questo caso, molto inferiore a quella della ISS).

• Amplia e riorganizza le tipologie di opzioni per lo smaltimento post-missione.

  Il Piano di Gestione e Rimozione degli Oggetti Spaziali (ODMSP) del 2001 prevedeva tre opzioni principali per lo smaltimento di un oggetto spaziale al termine della missione: rientro diretto nell'atmosfera, manovra per raggiungere un'orbita di stoccaggio o recupero diretto. Ora, il rientro diretto e l'espulsione dell'oggetto in un'orbita eliocentrica o geostazionaria sono menzionati per primi, seguiti dal rientro atmosferico, dallo stoccaggio tra orbita terrestre bassa (LEO) e orbita geostazionaria (GEO), dallo stoccaggio al di sopra dell'orbita geostazionaria (GEO) e dal recupero diretto entro cinque anni dalla fine della missione. L'affidabilità minima dello smaltimento è fissata al 90%, con un obiettivo del 99% o superiore.

• Introduce le prassi per le diverse classi di operazioni spaziali.

  Tra i nuovi argomenti figurano le costellazioni di satelliti di grandi dimensioni, i piccoli satelliti, le manovre di rendezvous, le operazioni e la manutenzione in prossimità dei satelliti e la rimozione attiva dei detriti spaziali. Le procedure per queste classi prevedono la minimizzazione di collisioni accidentali, esplosioni o frammentazioni. Tuttavia, sono stati identificati alcuni dettagli più specifici, come ad esempio la preferenza per il metodo di smaltimento a ingresso diretto per le costellazioni di grandi dimensioni (100 o più satelliti). Tale metodo dovrebbe essere completato con un'affidabilità minima del 90%.

In che modo l'ODMSP del 2019 si confronta con la versione del 2001?

Il documento menziona nuove attività orbitali, applicando le stesse prassi fondamentali dei satelliti tradizionali. Inoltre, fornisce limiti numerici per gli elementi che erano difficili da valutare e incoraggia gli operatori ad andare oltre i minimi indicati. Una condizione finale fondamentale è che il governo statunitense aggiorni e perfezioni tali prassi secondo necessità.

È positivo che la porta rimanga aperta a ulteriori revisioni, poiché ci sono elementi che la prossima versione dovrebbe prendere in considerazione. Innanzitutto, le ODMSP sono concepite solo per operazioni nominali. Se un satellite presenta un difetto di progettazione, ovvero se subisce un'anomalia di qualsiasi tipo e non è in grado di soddisfare i requisiti di smaltimento, le ODMSP non si applicano. Questa è una lacuna che deve essere colmata per garantire che gli operatori considerino le conseguenze del lasciare veicoli spaziali non funzionanti (sia corpi di razzi che satelliti) in orbita. Si tratta del tipo di detriti che potenzialmente possono causare i danni maggiori e, pertanto, è fortemente auspicabile l'adozione di procedure di smaltimento alternative.

Inoltre, il periodo di tempo per il rientro in atmosfera non è cambiato e rimane fissato a un massimo di 25 anni. Il settore spaziale commerciale sta iniziando ad adottare la pratica di un rientro in atmosfera ogni cinque anni o il prima possibile. Chiaramente, è necessario un ulteriore dibattito su questo aspetto. Data l'importanza di una migliore valutazione empirica, dovrebbero essere condotti studi che includano esperti esterni per valutare con maggiore precisione l'impatto delle tempistiche di rientro in atmosfera.

Infine, la NASA dovrebbe monitorare il rispetto di queste pratiche all'interno del governo statunitense, e gli enti regolatori dovrebbero fare lo stesso per le entità commerciali, rendendo tali dati pubblici. Tale trasparenza dimostrerà leadership nella comunità globale in materia di adesione alle migliori pratiche e può essere vista come un'attuazione delle linee guida sulla sostenibilità a lungo termine recentemente adottate dalla COPUOS delle Nazioni Unite. Senza il rispetto di tali pratiche standard, queste non raggiungono l'effetto per cui sono state concepite.

ODMSP e altre pratiche attuali, come quelle derivanti da IADC e UN COPUOS, rappresentano il minimo necessario per mantenere la sostenibilità dello spazio, sulla base delle conoscenze attuali. Ciò di cui non siamo ancora certi è l'impatto che un numero maggiore di oggetti spaziali avrà sull'ambiente spaziale. Saranno manovrabili? Si guasteranno in orbita? Avranno un'adeguata consapevolezza della situazione spaziale o una solida gestione del traffico per evitare collisioni? Seguiranno le migliori pratiche?

Inoltre, le collisioni tra detriti avranno un impatto maggiore in un ambiente più congestionato. Questo evento potrebbe essere meno probabile, ma comporta conseguenze di vasta portata. Le tecnologie all'avanguardia odierne prevedono queste possibilità di collisione con un'accuratezza insufficiente, con un anticipo massimo di sette giorni. Non è un lasso di tempo sufficiente per trovare una soluzione che mitighi una collisione imminente. La bonifica dell'ambiente spaziale, ovvero la rimozione di oggetti di grandi dimensioni e potenzialmente letali, è un elemento complementare e necessario di questa discussione, e l'SPD-3 lo prende in considerazione direttamente dopo aver discusso un aggiornamento dell'ODMSP: "Gli Stati Uniti dovrebbero perseguire la rimozione attiva dei detriti come approccio necessario a lungo termine per garantire la sicurezza delle operazioni di volo nei regimi orbitali chiave. Questo impegno non dovrebbe distogliere l'attenzione dal continuo progresso dei protocolli internazionali per la mitigazione dei detriti associati ai programmi attuali."

Ciò che ora serve è una cultura della sicurezza e della conformità in tutta la comunità spaziale globale e ci sono molte opportunità disponibili per raggiungere questo obiettivo. Sforzi come ilCoalizione per la sicurezza spaziale: migliori pratiche per la sostenibilità delle operazioni spaziali.e ilClassificazione della sostenibilità spaziale del Forum economico mondialesottolineano la tendenza ad andare oltre i requisiti minimi per la sicurezza dei voli spaziali, così come altre pratiche quali la progettazione di veicoli spaziali per lo smaltimento post-missione in caso di anomalie.

L'ambiente spaziale si trova nel mezzo di una fase di transizione caratterizzata da congestione e rischio orbitale. Tutti gli operatori devono svolgere un ruolo positivo per garantire che non si lasci traccia, rispettando – anzi, superando – le pratiche standard.