Il Tredicesimo Cavaliere

Scienze dello Spazio e altre storie

Specchi spaziali

Nella storia dell’ingegneria spaziale si trovano alcune idee abbastanza singolari, spesso proposte per controllare i fenomeni naturali e migliorare la vita dell’uomo sulla Terra. Sicuramente la creazione di specchi orbitali, per riflettere la luce solare in punti prestabiliti della superficie terrestre, rientra tra i progetti più audaci che oscillano tra un uso pacifico e uno bellico. Di seguito prenderemo in esame alcune di queste idee e vedremo come si sia cercato di progettare e realizzare degli specchi orbitali.

specchi1Alcuni progetti teorici

Negli anni ‘20 il fisico tedesco Hermann Oberth, uno dei padri dell’astronautica, sviluppò un singolare studio sul tema della messa in orbita di uno specchio per riflettere la luce solare e impiegarla in vari scopi; per esempio per sostituire la luce artificiale nelle città in zone della Terra poco illuminate dal Sole, oppure riscaldare aree fredde del globo e favorirne lo sviluppo economico (1).
Lo specchio di Oberth era composto di sodio metallico e il suo diametro avrebbe dovuto essere di 100 metri. Posizionato ad una distanza di 8200 km dalla Terra, poteva illuminare una superficie pari a circa 64 km di diametro (2).
Durante la seconda guerra mondiale si prese realmente in considerazione per fini bellici l’idea di Oberth di concentrare in una zona circoscitta una quantità di luce tale da “arrostire” qualunque cosa vi si trovasse all’interno. Il nome di questa terribile arma era “Sun gun” (3), un vero e proprio raggio della morte capace di distruggere intere città in pochissimo tempo: dallo spazio sarebbe stato possibile colpire qualsiasi punto della superficie terrestre in modo così fulmineo da battere sul tempo ogni possibile reazione. Lo specchio orbitale era concepito come una vera e propria base spaziale abitabile, tanto che si pensava dotarlo di centrali solari termiche per la produzione di energia elettrica, con la quale si sarebbero alimentati dei tubi fluorescenti per la coltivazione di piante (4).

specchi2La proposta di Oberth fu ulteriormente sviluppata da un altro scienziato tedesco, Krafft Ehricke, che progettò una serie di specchi, da lui chiamati “lunette” (5), da lanciare in orbita geosincrona attorno alla Terra.  Le lunette, opportunamente indirizzate, potevano illuminare una determinata zona con una intensità compresa tra 1 e 100 lune, da impiegare per illuminare le zone polari, le città e agevolare le operazioni di soccorso durante i disastri naturali (6). Secondo Ehricke, questo tipo di illuminazione, avrebbe fatto risparmiare circa 13 milioni di barili di petrolio all’anno, favorendo l’industrializzazione dello spazio (7).
Successivamente, Ehricke pensò a specchi per riflettere una quantità di luce prossima a quella emanata dal Sole, da lui denominati “Solette”. Nel 1978 Ehricke ideò la “Powersoletta”, allo scopo di concentrare la luce di più specchi in una sola zona per aumentarne la produzione agricola del 5% e la generazione di elettricità tramite centrali solari (8). La superficie illuminata risultava pari a 1385 kmq, con gli specchi posizionati a 4200 km di distanza dalla Terra (9).
I benefici di questa tecnologia non si fermavano solo all’illuminazione, ma si spingevano fino al controllo del clima, tant’è che nel 1980 la “Metasoletta” di Ehicke, che avrebbe potuto uguagliare la luminosità del Sole, sarebbe stata capace di deviare precipitazioni o uragani riscaldando alcune correnti d’aria (10). Le difficoltà di tipo ingegneristico avrebbero scoraggiato chiunque: il problema di maggior complessità era rappresentato dalla distanza a cui dovevano essere posizionati gli specchi e la loro vicinanza alla fasce di van Allen, pericolose per gli effetti negativi delle intense radiazioni sulle strumentazioni elettroniche.

Nel 2001 Lowell Wood,  professore del Lawrence Livermore National Laboratory, affermò che sarebbe stato possibile fermare il cambiamento climatico dovuto all’effetto serra, respingendo l’1% della luce solare con uno specchio orbitale grande 1.600.000 kmq (11). Il progetto fu criticato, oltre che per i noti problemi tecnici, per il pericolo che potesse distogliere l’attenzione dei governi dal monitoraggio delle emissioni dei gas serra (12).
Più recentemente, nel 2006, un team di scienziati del Optical Sciences Center e Steward Observatory Mirror Lab della University of Arizona, coordinati da James H. Burge, hanno progettato la costruzione di specchi orbitali per osservazioni astronomiche. Secondo Burge si potrebbe concentrare la luce delle stelle verso un osservatorio terrestre, riuscendo ad ottenere una visione del cielo migliore di quella di un normale telescopio. Gli specchi potrebbero tornare utili anche per migliorare il coordinamento dei soccorsi nelle zone colpite da disastri naturali. Vi sono però diversi problemi tecnici legati alla deformazione dello specchio ad opera del calore solare, che dovrà essere più grande e leggero di quello costruito per Hubble  (13).

specchi32. Gli “specchi” spaziali delle missioni Znamya

Negli anni ’90 l’agenzia spaziale russa credeva effettivamente nello sviluppo di specchi orbitali utili ad illuminare le remote zone della Siberia. Gli obiettivi del progetto erano la crescita economica delle zone poco illuminate dal Sole, la riduzione delle emissioni di anidride carbonica nell’atmosfera grazie al consumo di minore energia per l’illuminazione pubblica, e la produzione di energia elettrica da impianti fotovoltaici basati a Terra. Il progetto sembrava ispirarsi a quello di Krafft Ehricke ma, questa volta, la Russia voleva realizzarlo con una serie di satelliti chiamati Znamya. Lo Znamya-1 non prese mai il volo ma servì come prototipo per i successivi satelliti che sarrebbero stati lanciati a partire dal 1992. La struttura dello specchio era composta di un materiale flessibile e molto leggero, già pensato per poter essere impiegato alternativamente come vela solare.

Il 27 ottobre 1992 viene lanciato da Baikonur, a bordo di una navetta  Progress M-15, lo Znamya 2, il primo della serie ad essere lanciato nello spazio. Gli obiettivi della missione erano:

  • manovrare la navetta Progress nella posizione desiderata

  • verificare il sistema di apertura del film riflettente

  • misurare la stabilità dinamica della struttura flessibile rotante del riflettore

  • controllare l’assetto del veicolo spaziale

  • valutare l’esito dell’esperimento New Light nel quale si sarebbe dovuta riflettere la luce del Sole verso la Terra.

A guidare la navetta sarebbero stati gli astronauti a bordo della stazione spaziale MIR (14).

La superficie riflettente dello Znamya-2 aveva un diametro di 20 metri, con il quale si illuminò una superficie di 5 kmq, in un percorso che andò dal sud della Francia, Svizzera, Germania, Repubblica Ceca, Polonia e Bielorussia. Il raggio di luce si era mosso ad una velocità di 8 km/s sulla superficie terrestre e possedeva una intensità luminosa pari a quella della luna piena. Il raggio riflesso dal satellite fu visibile soprattutto sulle Alpi svizzere, mentre nell’Europa dell’ovest non lo fu a causa del cielo nuvoloso (15).
La missione dello Zanamya-2 terminò con la distruzione dello specchio riflettente durante il rientro nell’atmosfera: alcuni testimoni lo videro bruciare nel cielo del Canada (16).

Dopo il successo della prima missione, l’agenzia spaziale russa lanciò nel febbraio 1999 lo Zanamya-2.5 , i cui compiti erano:

  • effettuare un secondo test del nuovo film riflettente

  • provare il nuovo sistema di comando remoto

  • sperimentare il controllo del raggio riflesso sulla superficie terrestre

  • controllare ulteriormente la capacità operativa sia del veicolo spaziale che del film riflettente.

Rispetto alla missione precedente, la superficie di riflessione era stata aumentata a 25 metri, proiettando sulla Terra un raggio di 7 km di diametro, con una luminosità compresa tra le 5 e le 10 lune piene. L’intero esperimento sarebbe dovuto durare 24 ore ma la missione fallì per colpa di un urto dell’antenna contro la stazione spaziale MIR durante le operazioni di attracco. La sonda, non più pienamente controllabile, finì per distruggersi nell’atmosfera terrestre (17).
Era in progetto il lancio dello Zanamya-3, dotato di un film riflettente di 60/70 metri di diametro, ma dopo il fallimento dello Zanamya 2.5 il progetto venne definitivamente abbandonato. Lo scopo finale dell’agenzia spaziale russa sarebbe stato quello di mettere in orbita geosincrona una costellazione di satelliti riflettenti (18).
Bisogna rilevare che i tentativi dei russi dimostrarono la fattibilità pratica di un’idea che fino ad allora era stata puramente teorica, tanto che oggi possiamo valutarne tecnicamente le difficoltà e i punti di forza.

specchi43. Conclusioni

Concludendo questa breve disamina sugli specchi spaziali, dobbiamo rilevare che questo tipo di progetto non è poi così impossibile da realizzare e che forse qualcuno potrebbe provare ancora a cimentarsi in una simile impresa.
Abbiamo visto come gli specchi spaziali possono essere utilizzati per scopi pacifici o bellici, tenendo presente che le ricadute a livello climatico sono imprevedibili e potrebbero creare più problemi di quelli che riuscirebbero a risolvere.

LUCA DI BITONTO

 

 

 

Note
1: http://www.nogeoingegneria.com/timeline/progetti/retrofuturo-geoingegneria-progetti-di-grandi-cambiamenti-terrestri-e-artificiali/
2: Http://books.google.it/books?id=30kEAAAAMBAJ&pg=PA78&hl=ru&source=gbs_toc_r&redir_esc=y#v=onepage&q&f=false
3: ibidem
4: Ibidem
5: http://www.nogeoingegneria.com/timeline/progetti/retrofuturo-geoingegneria-progetti-di-grandi-cambiamenti-terrestri-e-artificiali/
6: http://www.krafftaehricke.com/ehricke_lunetta_2.php
7: http://www.krafftaehricke.com/ehricke_lunetta_4.php
8: http://www.nss.org/settlement/ssp/library/Mirrors_in_Space_for_Electric_Power_at_Night_2012.pdf
9: Ibidem
10: http://www.krafftaehricke.com/ehricke_powersoletta_metasoletta.php
11: http://www.popsci.com/environment/article/2005-06/how-earth-scale-engineering-can-save-planet
12: http://news.sciencemag.org/2007/11/giving-climate-change-kick
13: http://abcnews.go.com/Technology/story?id=98221
14: http://www.edu.pe.ca/gray/class_pages/krcutcliffe/physics521/17reflection/articles/Znamya%20Space%20Mirror.htm
15: Ibidem
16: http://www.nytimes.com/1993/02/05/world/russia-s-mirror-in-space-reflects-the-light-of-the-sun-into-the-dark.html
17: http://www.edu.pe.ca/gray/class_pages/krcutcliffe/physics521/17reflection/articles/Znamya%20Space%20Mirror.htm
18: Ibidem

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23 marzo 2015 - Posted by | Astrofisica, Astronautica, Scienze dello Spazio | , , ,

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