La Terra è attualmente circondata da detriti lanciati nello spazio per diversi decenni. Questa spazzatura spaziale può entrare in collisione con i satelliti e non solo causare danni alle astronavi, ma anche provocare la creazione di ulteriori detriti.

Per preservare un ambiente spaziale sicuro, la rimozione attiva o la de-orbitazione dei detriti spaziali è una sfida tecnologica emergente. Se non verrà intrapresa un’azione correttiva nel prossimo futuro sarà difficile sostenere le attività spaziali umane. Per superare questo problema, sono stati proposti diversi metodi per la rimozione e la de-orbitazione di detriti; classificati come entrambi i contatti (ad es. braccio robotico, rete di legatura, cavo elettrodinamico) o metodi senza contatto (ad esempio laser, raggio laser di ioni), con i metodi senza contatto che si dimostrano più sicuri.

Il metodo contactless del raggio di ionizzazione utilizza un raggio di plasma espulso dal satellite per impartire una forza ai detriti e quindi decelerarla, il che si traduce in una caduta ad una quota inferiore, rientranti nell’atmosfera terrestre e brucia in modo naturale. Tuttavia, l’espulsione del raggio del plasma verso i detriti accelera il satellite nella direzione opposta, il che rende difficile mantenere una distanza costante tra i detriti e il satellite.

Per rimuovere i detriti in modo sicuro ed efficace, è necessario montare sul satellite due sistemi di propulsione per l’espulsione dei raggi plasma bidirezionali (Figura 1). Ciò interferisce con l’integrazione di un sistema satellitare che richiede la riduzione del peso e delle dimensioni di un satellite.

Un concetto per la rimozione dei detriti spaziali mediante espulsione bidirezionale del momento da un satellite. Copyright: Kazunori Takahashi.

Se la rimozione dei detriti può essere eseguita da un singolo sistema di propulsione ad alta potenza, sarà di grande utilità per le future attività spaziali“, ha affermato il professore associato Kazunori Takahashi dell’Università Tohoku in Giappone, che sta conducendo ricerche sulla nuova tecnologia per rimuovere lo spazio detriti in collaborazione con i colleghi dell’Università Nazionale Australiana.

Il gruppo di ricerca giapponese e australiano ha dimostrato che un elica al plasma elicoidale può produrre l’operazione di rimozione dei detriti spaziali utilizzando un singolo sistema di propulsione (Figura 2). Nell’esperimento di laboratorio, l’espulsione bidirezionale dei plumes plasmatici dal singolo propulsore al plasma era controllata precisamente con un campo magnetico e l’iniezione di gas; quindi la forza decelerante impartita a un oggetto che simula detriti è stata misurata mantenendo la forza zero-rete al propulsore (e al satellite). Il sistema, con il singolo propulsore al plasma, può essere operativo in tre modalità operative: accelerazione del satellite; decelerazione del satellite; e rimozione detriti.

“Il propulsore al plasma dell’elicottero è un sistema senza elettricità, che consente di effettuare lunghe operazioni eseguite a un livello di potenza elevato.” dice Takahashi, “Questa scoperta è notevolmente diversa dalle soluzioni esistenti e darà un contributo sostanziale alle attività umane sostenibili nel futuro nello spazio.”

Fonti e approfondimenti

  • Research News – Plasma Thruster: New Space Debris Removal Technology | Tohoku University Global Site (IA)
  • Demonstrating a new technology for space debris removal using a bi-directional plasma thruster | Scientific Reports (DOI: 10.1038/s41598-018-32697-4) (IA)