I pericoli legati al Sole: la lezione della costellazione Starlink

Uno dei rischi naturali a cui è esposto il nostro pianeta è quello inerente agli eventi di Space Weather. Questi eventi possono avere un impatto sostanziale sulla società civile, sul commercio, sulla sicurezza, sulle comunicazioni, sul corretto funzionamento delle infrastrutture a terra, dei satelliti e sulla vita stessa degli astronauti in missione. E non è necessario che siano eventi estremamente violenti per avere un impatto importante sulla nostra società.

di Fabio Giannattasio

Il tema dei rischi naturali a cui è esposto il nostro pianeta legato all’attività solare non è trascurabile. E’ argomento di studio di una nuova disciplina della Fisica, lo Space Weather. Gli eventi di Space Weather possono avere un impatto sostanziale sulla società civile, sul commercio, sulla sicurezza, sulle comunicazioni, sul corretto funzionamento delle infrastrutture a terra (ad esempio reti elettriche, oleodotti, ecc.), dei satelliti e, non da ultimo, sulla vita degli astronauti in missione.

Anche eventi non particolarmente rilevanti possono avere un impatto importante sulla nostra vita e in particolare sulla nostra tecnologia. Ne è un esempio il caso dei danni subiti l’anno scorso dalla costellazione Starlink.

La flotta degli Starlink

Il 3 Febbraio 2022 un razzo Falcon 9 posizionò 49 satelliti Starlink su un’orbita iniziale ad una quota di circa 210 km sulla superficie terrestre. 

Starlink è una costellazione di satelliti attualmente in costruzione dal produttore privato aerospaziale americano SpaceX di Elon Musk, per l’accesso a internet satellitare globale in banda larga a bassa latenza.

Il giorno successivo al lancio, ben 38 satelliti della costellazione furono distrutti prima di essere innalzati alla loro orbita definitiva, causando un danno economico stimato di diverse decine di milioni di dollari. 

Il drag atmosferico 

Seppur rarefatta, l’atmosfera superiore tra 100 e 600 km, dove volano i satelliti in orbita bassa, “ostacola” il volo dei satelliti opponendo quello che viene tecnicamente definito drag atmosferico. Minore l’altezza dal suolo terrestre, maggiore il drag sperimentato dai satelliti. Ciò comporta la necessità di consumare carburante per correggere la traiettoria dei satelliti per far sì che essi mantengano la stessa orbita, e quindi la stessa quota, rispetto al suolo terrestre. Ma un maggior consumo di carburante implica operare una scelta: o aumentare il carico e il costo della missione in modo da garantire la quantità di carburante necessaria ad effettuare tutte le manovre (previste e non), o diminuire la durata della missione.

Cosa è successo agli Starlink?

Un recente studio ha fatto luce su quanto avvenuto in quei primi giorni di Febbraio 2022. Nell’arco di tempo che comprende il lancio della costellazione di satelliti Starlink e la messa in operazione delle prime manovre, si sono susseguite due tempeste geomagnetiche di piccola entità tra il 3 e il 4 Febbraio in seguito all’impatto di due Coronal Mass Ejections espulse dal Sole. Tra gli effetti che le tempeste geomagnetiche possono avere sull’ambiente circumterrestre c’è quello di  innescare il riscaldamento e quindi l’espansione dell’atmosfera. In questo modo si espande anche la regione in cui i satelliti risentirebbero del drag atmosferico.

In questo caso la prima fase delle operazioni della costellazione Starlink prevedeva l’inserimento in orbita dei satelliti ad una quota iniziale di 210 km. Questo passaggio aveva uno scopo ben preciso: una volta testati gli strumenti di bordo, i satelliti giudicati malfunzionanti sarebbero stati facilmente fatti decadere proprio sfruttando il drag atmosferico, che a questa bassa quota è piuttosto significativo.

Quello che è accaduto (e che non era stato previsto) è che le tempeste geomagnetiche hanno provocato un aumento della densità atmosferica globale di circa il 23% rispetto al giorno precedente, che ha fatto sì che si raggiungesse un aumento del drag di circa il 50%, sufficiente a provocare la distruzione dei satelliti. Infatti l’aumento di densità atmosferica favorisce il decadimento dell’orbita e nei casi più gravi il rientro del satellite in atmosfera, dove brucia e viene quindi distrutto. 

Le simulazioni successive al disastro della perdita dei satelliti Starlink hanno confermato che anche un’attività geomagnetica minore o moderata è sufficiente ad incrementare di molto la densità dell’alta atmosfera tra i 200 e i 400 km con le conseguenze a cui abbiamo accennato. In seguito alla perdita, la SpaceX ha deciso di fissare l’orbita iniziale dei prossimi satelliti ad una quota più alta, circa 300 km, per ridurre sostanzialmente l’effetto del drag.  

Quale lezione ci lascia la vicenda dello Starlink?

La complessità dei fenomeni legati allo Space Weather ci obbliga a continuare a studiare i processi coinvolti, cosa fondamentale per poter fornire delle previsioni solide ed attendibili in futuro, anche nel caso di tempeste geomagnetiche di piccola entità, che possono avere conseguenze importanti sociali ed economiche. 

La vicenda dello Starlink si è verificata in coda al ventiquattresimo ciclo solare, un periodo di attività solare estremamente debole. Attualmente  è in corso una intensificazione dell’attività solare, che giungerà al massimo presumibilmente nei prossimi tre-quattro anni. E’ previsto quindi un aumento sostanziale dell’attività e del numero di eventi di Space Weather. Per questo ci si aspetta che i satelliti in orbita bassa si troveranno a dover affrontare numerosi eventi che comporteranno un aumento del drag atmosferico, anche se attualmente il verificarsi di essi non è predicibile in modo certo. Soltanto la ricerca sempre più approfondita dei processi fisici coinvolti e la conseguente messa in opera di strategie di mitigazione efficaci possono effettivamente evitare una perdita di satelliti come quella subita da SpaceX. E’ la consapevolezza che l’epopea della costellazione Starlink, distrutta nei primi di Febbraio del 2022, ci lascia in eredità.