Prendere al lazo i detriti spaziali

(Politecnico di Milano) – Il team PoliTethers del Politecnico di Milano – Dipartimento di Scienze e Tecnologie Aerospaziali ha partecipato alla Campagna di volo parabolico del Programma Fly Your Thesis! di Esa con il progetto SatLeash. SatLeash si basa su una promettente tecnologia spaziale che indaga le complesse dinamiche dei sistemi di satelliti collegati da cavi flessibili, una delle tecnologie in studio dall’Agenzia Spaziale Europea per la rimozione di pericolosi detriti spaziali attualmente in orbita libera attorno alla Terra.

Il team PoliTethers, composto da un docente e da cinque membri tra studenti e dottorandi del Politecnico di Milano, ha vinto la straordinaria opportunità di condurre test dell’esperimento SatLeash in assenza di gravità, durante la campagna di volo del velivolo Airbus A310 “Zero G”, gestito da Novespace (controllata dell’ente spaziale francese NES), con base all’aeroporto francese di Bordeaux-Mérignac.

Cos’è SatLeash

Dall’inizio dell’era spaziale più di 6000 oggetti (circa 7000 tonnellate di materiale) sono stati posti in orbita terrestre e attualmente meno di 1000 sono satelliti operativi. Il resto è composto dal cosiddetto “space debris”, detriti spaziali che spaziano dall’intero satellite giunto a fine vita, fino a frammenti di veicoli formatisi da impatto o da sgretolamento per invecchiamento, annoverando più di 15000 oggetti-spazzatura.

Il progetto SatLeash propone una risposta tecnologica a questo problema, attraverso la rimozione di grandi “debris” catturati “al lazo” da un satellite dedicato e trascinati dallo stesso fino all’atmosfera dove, per attrito, si possono disintegrare. Se da una parte la connessione attraverso un cavo (“il lazo”) tra debris e satellite di traino è molto sicura perché mantiene le distanze tra i due oggetti in volo, dall’altra richiede una completa conoscenza dei moti che si vengono a creare tra due oggetti in orbita collegati da un cavo: scopo del progetto è l’approfondimento del comportamento dinamico dei cavi (cosiddetti “tether”) da traino per applicazioni spaziali in ambiente di micro-gravità, identico a quello che il sistema incontrerà in orbita.

Il gruppo di lavoro ha sviluppato un software di simulazione basato su sistemi multi-corpo che permette di simulare il comportamento di satelliti collegati tramite elementi flessibili -cavi e reti di cattura – così da disporre di un valido strumento per la progettazione di sistemi di cattura e dei metodi per controllare adeguatamente il sistema in volo.

In particolare, gli elementi flessibili come il “guinzaglio”, vengono modellati discretizzandone la massa e mantenendone le sue caratteristiche viscoelastiche così da rappresentarne il moto completo a sei gradi di libertà.

Durante l’esperimento si è voluto verificare sperimentalmente l’efficacia di una legge di controllo, proposta dai PoliTethers, finalizzata a mantenere il cavo di collegamento in tensione per evitare indesiderati fenomeni di ritorno elastico che potrebbero provocare uno scontro tra satellite inseguitore e satellite preda, con conseguente produzione indesiderata di ulteriori detriti. Tale legge di controllo ha già dato eccellenti risultati in sede di simulazione numerica.