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Detriti spaziali e tecniche di mitigazione

1) Classificazione dei detriti spaziali :

  • Naturali o meteoriti
  • Artificiali > 5mm

2) Effetto dei picchi di attività solare sui detriti spaziali :

I picchi di attività solare determinano una espansione della atmosfera che si traduce in un maggiore effetto di frenatura per i detriti spaziali che quindi si riducono in numero.

 

3) Composizione degli oggetti orbitanti :

5% Satelliti operativi

95% detriti

o  43% detriti operativi come satelliti non più in funzione e terzi stadi di lanciatori

o  52% detriti di frammentazione derivanti da esplosioni

o  Dovuti a  deterioramento come le vernici

o  Residui di combustibile solido

4) Principali sorgenti di rischio tra i detriti spaziali :

  • Detriti fino ad 1cm , ce ne sono 35.000.000
  • Detriti oltre i 10cm , ce ne sono 8.000

5) Linee guida della mitigazione :

  • Evitare esplosioni accidentali in orbita (. fermare le ruote di inerzia e scaricare le batterie)
  • Evitare i danni da collisione
  • Limitare la permanenza in orbita a non più di 25 anni oltre la fine della vita operativa del satellite
  • Evitare errori nella rimozione EOL da zone ad alta valenza commerciale come la GEO
  • Limitare il rilascio di oggetti operativi di dimensioni maggiori di 1mm
  • Utilizzare materiali non ablativi in modo che in fase di rientro si abbia la massima frammentazione

6) Linea guida A, controllo delle esplosioni :

Riguarda sia prima del lancio che durante la vita operativa durante la probabilità di esplosione deve essere inferiore a 10-4 , inoltre al termine della vita operativa si debbono scaricare le energie interne chimiche e meccaniche immagazzinate negli equipaggiamenti di bordo.

 

7) Linea guida B, controllo delle collisioni in orbita :

  • Se l'oggetto ha dimensioni minori di 10cm allora il danno può provocare la perdita di funzionalità del satellite o razzo
  • Se l'oggetto ha dimensioni maggiori di 10cm allora il danno può essere distruttivo

8) Linea guida B1, controllo delle collisioni catastrofiche :

In fase di progetto mantenere la probabilità di collisione inferiore a 10-3 successivamente eseguire manovre di "Collision Avoidance" nel caso che la probabilità di impatto con oggetti catalogati sia inferiore a 10-3 ossia :

Essendo :

F = Flusso detritico areale (impatti / m2 / anno) , è funzione della quota e vale 0 oltre i 2000Km

A = Sezione media esposta del veicolo spaziale, è la media dei valori sui 3 assi

T = Durata di missione in anni

 

9) Linea guida B2, controllo delle collisioni critiche :

Si considerano i detriti i quali hanno una velocità di 10Km/s ed i meteoriti i quali hanno invece una velocità di 16Km/s. In fase di progetto tutti gli equipaggiamenti critici interni vanno schermati con scudi protettivi mentre durante la fase operativa occorre deorbitare il satellite qualora si perda l'ultima ridondanza, è anche molto importante avere il pieno controllo del carburante residuo. La procedura per verificare che la probabilità di collisione critica sia inferiore a 10-3 è la seguente :

  • Identificare i componenti critici quali serbatoi e sensori
  • Calcolare le aree a rischio per ogni componente critico, l'area schermata non viene considerata
  • Individuare le componenti di velocità ed i materiali per ogni componente critico
  • Stimare il minimo diametro del detrito che danneggia il componente critico
  • Determinare i guasti attesi per ogni componente critico

10) Linea guida C, controllo della permanenza in orbita :

Individuare per i GEO un'orbita cimitero data dalla  dove :

CR = coefficiente di riflessività, vale 1 per un corpo assorbente e 0 per un corpo riflettente.

A / M = Area / Massa finale

 

11) Fuel Gauging :

Si tratta della possibilità di controllare il consumo di carburante mediante due serbatoi messi in cascata, in particolare tra l'uno e l'altro è posto un tubicino con un riscaldatore ed un sensore di temperatura, quando il serbatoio principale è vuoto il tubicino si scalda velocemente e quindi sappiamo che il serbatotio è vuoto e occorre procedere al deorbiting del satellite.

 

12) Linea guida F, controllo dei rientri atmosferici :

Eventuali esplosioni debbono avvenire ad altezze inferiori a 90Km e la probabilità di colpire un essere umano deve essere inferiore a 10-4 , occorre scegliere materiali con basso calore ablativo ed inserire elementi di pre-frammentazione.