Quanto è probabile che un frammento della stazione spaziale cinese colpisca l'Italia

La stazione spaziale cinese piomberà sulla Terra uil giorno di Pasqua. In particolare frammenti della struttura cadranno sull'Italia alle 11,25 del 1 aprile, ma niente paura: il rischio che cada in zone abitate e bassissimo, quello che un frammento colpisca un uomo è praticamente nullo (qualcosa come una possibilità ogni centomila miliardi).

Ma la caduta incontrollata della stazione spaziale cinese Tiangong-1​ è al centro comunque della preoccupazione del mondo. L'Istituto di scienza e tecnologie dell'informazione 'A. Faedo' del Cnr ha predisposto un documento con tutto quello che c'è da sapere. La stazione spaziale, lanciata il 29 settembre 2011 a circa 350 km di altezza (per condurre una serie di test tecnologici), è fuori controllo dal marzo 2016, quando il centro di controllo a terra ha perso la capacità, pare in maniera irreversibile, di comunicare e impartire comandi al veicolo spaziale.

Nei due anni trascorsi da allora, Tiangong-1 ha perciò perduto progressivamente quota, perché il continuo impatto con le molecole di atmosfera residua presenti anche a quelle altezze le ha sottratto incessantemente energia. Ed è questo processo completamente naturale che farà alla fine precipitare la stazione spaziale sulla terra senza controllo, non potendo essere più programmata un'accensione dei motori per un rientro guidato.

Come è fatta e quanto è grande?

Tiangong-1 consiste approssimativamente di due moduli cilindrici montati uno sull'altro: quello di servizio, con un diametro di 2,5 m, e quello abitabile, con un diametro di 3,4 m. La lunghezza complessiva è di 10,5 m. Su lati opposti del modulo di servizio sono anche attaccati, perpendicolarmente all'asse di simmetria dei cilindri, due pannelli solari rettangolari, larghi 3 m e lunghi 7 m. Quando è stata lanciata, Tiangong-1 aveva una massa di 8506 kg, di cui circa una tonnellata di propellente per le manovre. Nel corso della missione la massa è però diminuita: la massa attuale di Tiangong-1 dovrebbe aggirarsi sui 7500-7550 kg.

Si tratta di un evento eccezionale?

Assolutamente no. Di rientri senza controllo di stadi o satelliti con una massa superiore alle 5 tonnellate ne avvengono, in media, 1 o 2 all'anno, quindi sono relativamente frequenti. Per esempio, il 27 gennaio scorso, uno stadio russo-ucraino di circa 8500 kg, quindi con una massa superiore a quella di Tiangong-1, è rientrato sul Perù e dei componenti sono precipitati nell'estremità meridionale del Paese, nella regione del lago Titicaca.

Quanto è grande il rischio rappresentato da un rientro incontrollato?

La soglia di attenzione comunemente adottata a livello internazionale corrisponde a un rischio estremamente ridotto per un singolo individuo che risiede in un'area sorvolata dal satellite: la probabilità corrispondente di essere colpiti da un frammento è infatti un numero piccolissimo, dell'ordine di uno su centomila miliardi (cioé 1:100.000.000.000.000). Confrontata con i rischi cui andiamo incontro nella vita di tutti i giorni, si tratta di una soglia bassissima. Tanto per fare un paio di esempi, la probabilità di essere colpiti da un fulmine è 130.000 volte maggiore, mentre quella di rimanere vittima di un incidente domestico, nei paesi sviluppati, è addirittura più grande di 3 milioni di volte. È per questo che, in oltre 60 anni di attività spaziali, e nonostante siano rientrati in media 1-2 stadi o satelliti alla settimana, nessuno è mai rimasto ferito, finora, per il rientro incontrollato di un oggetto artificiale dall'orbita terrestre.

Che cosa succede durante il rientro?

In un caso come quello di Tiangong-1, si parla di rientro nell'atmosfera quando l'oggetto scende a 120 km di quota. Da quel punto in avanti l'attrito dell'aria diventa sempre più significativo, e le strutture esposte di grande area e massa contenuta, come i pannelli solari e le antenne sporgenti, possono staccarsi tra i 110 e i 90 km di altezza. Il corpo del satellite, dove è concentrata gran parte della massa, rimane però generalmente intatto fino a 80 km di quota. Solo in seguito, a causa dell'azione combinata delle forze aerodinamiche e del riscaldamento prodotti dall'attrito dell'aria, la struttura principale si disintegra e i singoli componenti si trovano a loro volta esposti alle condizioni proibitive dell'ambiente circostante. Gran parte della massa si vaporizza ad alta quota, ma se il satellite è sufficientemente massiccio e contiene componenti particolari, come serbatoi di acciaio o titanio e masse metalliche in leghe speciali, la caduta al suolo di frammenti solidi a elevata velocità, fino a qualche centinaio di km/h, e' possibile.

Come si distribuiscono i frammenti?

I frammenti in grado di sopravvivere alle proibitive condizioni del rientro precipitano su un'area di forma approssimativamente rettangolare, lunga dagli 800 ai 2000 km, nella direzione del moto, e larga circa 70 km, perpendicolarmente alla direzione del moto. Su Tiangong-1 sono tuttavia ancora presenti circa 3 quintali e mezzo di propellente usato per le manovre. Nel caso (improbabile) che si verifichino delle esplosioni ad alta quota durante il rientro, alcuni frammenti potrebbero quindi essere proiettati lateralmente anche a un centinaio di km di distanza dalla traiettoria originaria.

Qual è la natura del rischio?

Per Tiangong-1 i rischi potenziali sono di due tipi: meccanico e chimico. Il rischio meccanico è quello derivante dall'urto di frammenti massicci a elevata velocità con veicoli in movimento, strutture vulnerabili e persone all'aperto. Quello chimico dipende dal fatto che, sulla base delle nostre stime, dovrebbero trovarsi ancora a bordo, non sappiamo se allo stato liquido o solido, circa 230 kg di tetrossido di azoto e 120 kg di monometilidrazina, sostanze molto tossiche (soprattutto la seconda). È difficile che ne arrivi a terra anche una piccola frazione, ma una contaminazione residua di alcuni frammenti non può essere completamente esclusa a priori, per cui, nel caso qualcuno si imbattesse in uno di essi, sarebbe prudente non avvicinarsi, evitare qualsiasi contatto, tenere lontani i curiosi e limitarsi ad avvertire le autorità.

Dove può avvenire il rientro?

In linea di principio, il rientro potrebbe avvenire in qualunque località del pianeta compresa tra i 43 gradi di latitudine sud e i 43 gradi di latitudine nord. Tuttavia, tenendo conto che i frammenti, a causa di un'eventuale esplosione ad alta quota, potrebbero allontanarsi anche di un centinaio di km rispetto alla traiettoria originaria, le zone potenzialmente a rischio per la caduta di detriti devono essere estese di un grado di latitudine, quindi l'area da tenere sotto osservazione è in realtà quella compresa tra i 44 gradi di latitudine sud e i 44 gradi di latitudine nord. L'Italia è quindi divisa in due, con le località a nord del 44 parallelo escluse a priori da qualunque conseguenza, e quelle a sud potenzialmente a rischio. Tenendo conto della distribuzione degli oceani e delle terre emerse, e dell'inclinazione dell'orbita rispetto all'equatore, se i detriti di distribuissero su un arco di 800 km, la probabilità a priori che cadano tutti in mare è del 62%.

Perché non è possibile prevedere il rientro con largo anticipo?

Gran parte dei satelliti che rientrano nell'atmosfera lo fanno da orbite basse quasi circolari, si muovono cioé quasi tangenzialmente rispetto agli strati atmosferici di densità crescente. Piccole variazioni di questo angolo, già vicino allo zero, possono produrre delle traiettorie ben diverse, un po' come succede quando tiriamo un sasso nell'acqua di uno stagno. Se l'angolo di incidenza è poco più che radente, il sasso si inabissa nel punto di contatto con l'acqua, ma se il sasso colpisce la superficie di striscio, può rimbalzare una o più volte e non è facile prevedere a priori dove potrà alla fine immergersi. Non è possibile e non ha senso calcolare "dove" e "quando" il satellite precipiterà sulla terra, anche perché tutto è ulteriormente complicato dalla grande velocità con cui questi oggetti si spostano.

Che cosa è possibile prevedere?

Il calcolo di affidabili finestre temporali di incertezza, che si restringono progressivamente, mano a mano che ci si avvicina al rientro, permette di affrontare il problema in maniera completamente diversa. Non bisogna infatti trovare dove e quando l'oggetto rientrerà, cosa fisicamente impossibile in questi casi, bensì dove non cadrà. Nelle ultime 36 ore si può infatti cominciare a escludere progressivamente delle aree del pianeta sempre più vaste, via via che ci si avvicina al rientro, sperando di eliminare alla fine più del 97% delle aree inizialmente considerate a rischio.

Che strumentazione è richiesta?

Condizione necessaria è la disponibilità di potenti radar (soprattutto per le orbite basse, cioé quelle che interessano nel caso dei rientri nell'atmosfera), di telescopi sensibili nell'ottico e nell'infrarosso (soprattutto per le orbite più alte) e, eventualmente, di satelliti in grado di svolgere le osservazioni richieste. Per poter essere efficace, la rete dei sensori basati a terra, cioè i radar e i telescopi, deve avere la massima distribuzione geografica possibile, in longitudine e latitudine, il che comporta un numero di installazioni non piccolo su scala globale (circa una ventina nel caso degli Stati Uniti). A ciò bisogna aggiungere almeno un centro di controllo per l'elaborazione dei dati raccolti e per pianificare al meglio l'osservazione degli oggetti.