Nuove simulazioni effettuate tramite supercomputer dimostrano che mantenere stabili le orbite dei satelliti tra la Terra e la Luna è molto più impegnativo di quanto si pensasse in precedenza. Di un milione di veicoli spaziali simulati, meno del 10% è rimasto utilizzabile per un periodo di sei anni, evidenziando ostacoli significativi per l’espansione dell’infrastruttura orbitale oltre l’orbita terrestre bassa (LEO).
La sfida cislunare: oltre l’orbita terrestre bassa
L’ascesa di mega-costellazioni come Starlink di SpaceX e Thousand Sails della Cina ha rapidamente aumentato il numero di satelliti in LEO. Mentre LEO si avvicina alla saturazione – con stime che suggeriscono una capacità massima di circa 100.000 satelliti prima che i rischi di collisione aumentino – l’attenzione si sta spostando verso lo spazio cislunare – la regione tra la Terra e la Luna – come prossima frontiera per lo spiegamento dei satelliti.
Tuttavia, le orbite cislunari sono intrinsecamente instabili. A differenza di LEO, dove le forze gravitazionali sono relativamente prevedibili, i veicoli spaziali in questa regione sono trascinati dalla Terra, dalla Luna e dal Sole in interazioni complesse. La mancanza di schermatura magnetica della Terra espone anche i satelliti a radiazioni solari destabilizzanti.
Modellazione di supercomputer: un’attività da 1,6 milioni di ore di CPU
Per mappare la stabilità orbitale cislunare, i ricercatori del Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) hanno utilizzato i supercomputer Quartz e Ruby per simulare le traiettorie di circa un milione di oggetti. Le simulazioni, che hanno richiesto 1,6 milioni di ore di CPU (equivalenti a 182 anni su un singolo computer), sono state completate in soli tre giorni.
I risultati sono evidenti: circa il 54% delle orbite simulate è rimasta stabile per almeno un anno, ma solo il 9,7% è sopravvissuto all’intero periodo di simulazione di sei anni. Ciò sottolinea che la stabilità a lungo termine nello spazio cislunare è significativamente inferiore a quanto precedentemente previsto.
Le imperfezioni della Terra: un fattore sottile ma critico
Una scoperta sorprendente è stata l’impatto del campo gravitazionale irregolare della Terra. Le simulazioni hanno rivelato che la distribuzione della massa della Terra non è uniforme; la gravità varia leggermente a causa delle caratteristiche geografiche (gravità inferiore sul Canada, ad esempio). Questa “blobness” influenza sottilmente le traiettorie orbitali, aggiungendo un altro livello di complessità.
Implicazioni ed esplorazione futura
Nonostante il basso tasso di sopravvivenza, le simulazioni identificano ancora circa 97.000 orbite potenzialmente stabili nello spazio cislunare. Ancora più importante, il set di dati fornisce informazioni preziose sul perché alcune orbite falliscono, consentendo agli ingegneri di perfezionare i progetti futuri. Secondo il responsabile dello studio Travis Yeager, “Imparare quali orbite non hanno funzionato è altrettanto prezioso quanto sapere quali hanno funzionato”.
Lo spazio cislunare diventerà una regione critica per le future infrastrutture, comprese le colonie lunari e le reti di comunicazione estese. Comprendere l’instabilità orbitale è il primo passo per rendere praticabile questa espansione.
