Un futuro sostenibile per l’orbita lunare

Il mio percorso è stato abbastanza lineare. Dopo il liceo scientifico avevo molti dubbi sulla strada da intraprendere, ma alla fine ho scelto ingegneria aerospaziale, con l'idea fin dall'inizio di proseguire con ingegneria spaziale. Tra tutte le opzioni, mi sembrava quella più legata a una dimensione sognante, di esplorazione, che sentivo mi mancasse – ed era proprio questa dimensione che mi aveva fatto dubitare, in partenza, che le materie scientifiche fossero la mia strada.

Finita la magistrale, sapevo già di voler lavorare sul design di traiettorie, cioè occuparmi di progettare ed ottimizzare i percorsi che faranno i satelliti nello spazio. È una delle parti di sviluppo di una missione in cui si applica di più la matematica pura, ed è anche il cuore della missione stessa: non l'obiettivo finale, ma la conditio sine qua non, quella senza cui la missione non si può proprio fare. Una volta ottenuta la laurea, mi sono candidata come Junior Research Fellow per lavorare sul design di una missione nel problema dei tre corpi Terra-Sole. Quell'esperienza mi è piaciuta a tal punto che ho deciso di continuare con il dottorato su un tema simile, affrontando lo stesso problema da un altro punto di vista. 

Tutto il nostro gruppo, il Compass Lab, si occupa di sostenibilità spaziale. È un tema che mi sta a cuore e mi fa piacere lavorare in un campo che ha a che fare, in un certo senso, con la tutela dell’ambiente. Fare sostenibilità spaziale significa pensare strategie per risolvere o mitigare il problema dei detriti.

Negli ultimi 50-70 anni abbiamo mandato molti satelliti soprattutto in orbita bassa terrestre senza preoccuparci di quale sarebbe stato il loro destino a fine missione, né delle possibili interazioni con gli oggetti che c'erano già o che sarebbero stati lanciati dopo. Il risultato è che siamo riusciti a inquinare un'area di spazio naturalmente totalmente vuota. Oggi assistiamo a un aumento delle collisioni tra oggetti, controllati e non, e anche delle frammentazioni: satelliti che esplodono perché non sono stati costruiti bene e che si spezzano in tantissimi piccoli detriti, molto veloci e difficilissimi da vedere da terra. Questo crea un problema sia economico, perché una missione costa milioni, sia geopolitico, perché gran parte dell'esplorazione spaziale è strettamente legata ad interessi di attori statali: se il satellite di un certo Paese viene colpito da quello di un altro, il problema potrebbe non essere solo tecnico.

Il mio lavoro non si concentra sullo spazio intorno alla Terra, come invece nel caso degli altri componenti del gruppo, ma sul sistema Terra-Luna. Ultimamente c'è stato un enorme interesse a tornare sulla Luna, e ci si sta preparando a lanciare grandi infrastrutture in orbita lunare. Quello che cerco di fare è incorporare le linee guida di sostenibilità direttamente nel design della missione, per evitare di ritrovarci tra qualche attorno alla Luna con gli stessi problemi che abbiamo oggi intorno alla Terra. Concretamente, questo significa progettare la fase di fine vita della missione: fare in modo che, quando il satellite ha esaurito il suo compito, possa essere smaltito in modo accurato ed efficace.

Nello spazio Terra-Luna, un'area molto ampia che va da sopra l'orbita geostazionaria fino ai punti lagrangiani del sistema, le strategie principali sono quattro, e si tratta di capire quando conviene applicare una e quando un'altra.

La prima è lo smaltimento eliocentrico: con piccole manovre, si inserisce il satellite su una traiettoria che lo porta a uscire dal sistema solare interno, in modo da far sì che non rappresenti più un pericolo per l’area di nostro interesse. La seconda è il rientro controllato a Terra, che però comporta dei rischi e va pianificato con molta attenzione. La terza è l'impatto sulla Luna. La quarta è identificare delle "orbite cimitero", dove parcheggiare i satelliti a fine vita, creando di fatto una discarica in una zona di spazio dedicata.

Le orbite cimitero non sono scelte a caso: si cercano orbite stabili nel sistema dei tre corpi, che tengano in considerazione anche la pressione della radiazione solare e le perturbazioni dei campi gravitazionali dei diversi pianeti. L'obiettivo è trovare soluzioni che in cento anni abbiano oscillazioni minime, vicine a punti di equilibrio: così, anche cambiando leggermente la condizione iniziale, il risultato resta lo stesso. Serve a trovare risposte robuste in un sistema che robusto non è affatto.

Nel senso che la dinamica del sistema Terra-Luna è fortemente non lineare e, in altre parole, molto caotica. Se parto da un punto ottengo un risultato; se parto da un secondo punto, vicinissimo al primo, ne ottengo uno completamente diverso. Questo significa che abbiamo poco controllo su ciò che accade al satellite, ed è esattamente per questo che diventa fondamentale pensare allo smaltimento già in fase di progetto. Lasciare detriti intorno alla Luna vorrebbe dire rendere quell'area di spazio molto difficile da raggiungere, da utilizzare per future missioni e molto più complessa da analizzare, da un sacco di punti di vista.

La maggiore difficoltà del mio dottorato è che gli studi che si focalizzano sullo smaltimento a fine vita nel sistema Terra-Luna sono ancora molto pochi: è stato un po' un partire da zero. Abbiamo dovuto dedicare molto tempo ad analisi preliminari, come capire quali siano i parametri che davvero guidano la dinamica del sistema.

Dal punto di vista accademico, la sfida più grossa è stata recuperare la letteratura esistente e capire quali strumenti si potessero riadattare ad un tema diverso da quello dei trasferimenti orbitali, che è stato invece finora largamente affrontato. Noi facciamo un po' l'opposto di un classico progetto di missione Terra-Luna, con obiettivi completamente diversi: si è trattato di trasformare quegli studi in strumenti utili per un problema nuovo.

L'idea a cui stiamo lavorando è una specie di "mappa della metropolitana" dello spazio cislunare: qualcosa che, noto il punto di partenza, mi dica dove posso andare. Quello che vogliamo fare è identificare quali variabili del sistema mi permettono di stare in una zona di un eventuale spazio delle fasi che mi garantisca robustezza, anche in presenza di caoticità.

Siamo ancora in una fase di studio e analisi. Quello che faccio non è mai stato applicato a una missione reale: non perché sia lontano dall'esserlo ma perché il problema è trovare una missione a cui applicarlo. La "mappa della metropolitana" è utile se ho un range molto ampio di missioni a cui fare riferimento e in questo momento quel range non c'è ancora. Attualmente non ci sono molti satelliti già in orbita attorno alla Luna, e quelli in procinto di essere lanciati sono pochi. Sappiamo che tante missioni arriveranno nei prossimi anni, quindi il nostro è un lavoro pensato per il futuro. 

Secondo me è molto importante. Ma ci scontriamo con gli stessi ostacoli di chiunque lavori sulla sostenibilità in qualunque campo: fare scelte sostenibili ha un costo, e gli operatori non sempre sono disposti a sostenerlo. È super importante, ma è difficile far capire alle persone quanto lo sia.

Il punto è che, se non lo facciamo, rischiamo semplicemente di non poter più raggiungere e mettere in orbita satelliti intorno alla Luna. Ogni volta che non mettiamo in atto uno smaltimento, o che non aderiamo a una linea guida di sostenibilità, è come se stessimo perdendo l'accesso a degli slot di spazio. Ed è come scaricare il problema su chi verrà dopo: tra dieci anni qualcuno dovrà progettare la stessa missione che sto progettando io oggi, e dovrà anche occuparsi del mio satellite che chissà dov'è finito e che potrebbe mettere a rischio un progetto costato moltissimi soldi e fatica. 

Faccio un po' fatica ad avvicinarmi al lato più applicativo dell'ingegneria. Mettere viti e bulloni o scrivere codici è bello e interessante, ma non è quello che davvero mi appassiona. Ulisse, nella Divina Commedia, ad un certo punto afferma “De’ remi facemmo ali al folle volo”, descrivendo a Dante come incitava i compagni ad attraversare le colonne d’Ercole e a valicare i confini del mondo conosciuto. E penso non ci sia modo migliore di questo per descrivere quello che per me è la ricerca. I remi sono per Ulisse lo strumento per navigare più lontano di quanto chiunque altro abbia mai fatto, esattamente come per me la tecnica, le lamiere e le equazioni sono lo strumento per poter provare almeno ad intravedere qualcosa che forse non sapevamo nemmeno fosse da scoprire. L’orizzonte non è più un limite, ma un richiamo, verso cui ci spingiamo perché è l'unico modo che abbiamo per progredire.

Per me la ricerca è mettere su un piedistallo il sapere, tentare di spingersi più in là di quanto è conosciuto, fare questo folle volo verso cui non siamo neanche sicuri del perché siamo indirizzati, ma verso cui, inevitabilmente, qualcosa ci spinge.  Che cos’è la ricerca se non una battaglia contro i mulini a vento che solo un pazzo intraprenderebbe? Tanto che a volte ti chiedi, perché lo sto facendo? E la risposta per me è che si vuole arrivare là dove nessuno è ancora arrivato, più in alto di quanto ti era dato conoscere, curiosi di scoprire qualcosa di nuovo, guidati dalla meraviglia verso il mondo. 

Il bello per me è che penso che quello che faccio si adatti molto bene a questa idea. Nel mio lavoro c'è tutta una dimensione di studio della dinamica del sistema, del modo in cui le cose si muovono nell’universo, che è molto lontana dall'applicazione: sarebbe più facile trovare una soluzione che funzioni una tantum, ma se vuoi davvero capire cosa sta succedendo devi spingerti più in là. Devi cercare il perché dietro il comportamento di un sistema, non solo il come. Per me fare ricerca non è semplicemente sviluppare una tecnica, o progettare una bella missione: è essere una via di mezzo fra una scienziata e un’esploratrice. Di quelli di cui ci raccontavano da bambini. Secondo me è questo il cuore della scienza: la scoperta, imbarcarsi in un volo folle verso terre sconosciute, con la curiosità e il sogno come compagni di viaggio.