Kilometre-scale orbital data centres may clear debris by avoiding rocket bodies and defunct satellites

Il cielo sopra di noi sta diventando affollato. Per decenni, l'attività umana ha lasciato dietro di sé uno strato caotico di detriti spaziali: stadi di razzi esauriti, satelliti rotti e innumerevoli frammenti di metallo e vernice. Questi detriti viaggiano a velocità iperveloci, circa dieci volte più velocemente di un proiettile di un fucile. A tali velocità, anche un minuscolo granello può trapassare un veicolo spaziale, mentre un pezzo più grande può frantumare un satellite in migliaia di nuovi frammenti. Ciò crea un ciclo pericoloso in cui le collisioni generano altri detriti, che portano ad altre collisioni. Gli scienziati chiamano questo il cascata collisionale, un processo incontrollato che potrebbe rendere inutilizzabili certe orbite per secoli.

Ora, una nuova generazione di proposte mira a collocare enormi centri dati proprio in questo ambiente. Le aziende stanno pianificando di costruire strutture in orbita terrestre bassa che si estendano per diversi chilometri quadrati, essenzialmente fattorie di server galleggianti alimentate dalla luce solare continua. Queste strutture sarebbero enormi, con array solari che si estendono per chilometri, progettati per gestire l'immensa potenza di calcolo necessaria per l'intelligenza artificiale. La domanda critica per questi progetti è sempre stata come i detriti spaziali influenzerebbero la struttura. Un frammento errante farebbe un buco nei delicati pannelli solari? La nuova ricerca ribalta questa domanda. Invece di chiedere cosa il detrito faccia alla struttura, chiede cosa la struttura faccia al detrito. La risposta rivela una possibilità sorprendente: queste gigantesche piattaforme orbitali potrebbero diventare i peggiori inquinatori della storia o i pulitori più efficaci che lo spazio abbia mai visto, a seconda interamente di come vengono gestite.

Lo studio, guidato dal ricercatore Jiawei Jing, simula il comportamento di queste strutture su scala chilometrica su un periodo di quindici anni. Il modello traccia due tipi distinti di oggetti che incrociano il percorso del data center. Il primo gruppo consiste di minuscoli frammenti e piccoli oggetti letali, che sono troppo piccoli per essere tracciati dai radar a terra ma sono abbastanza pesanti da distruggere un satellite se lo colpiscono. Il secondo gruppo include i grandi oggetti intatti: satelliti dismessi e corpi di razzi che sono ben noti e tracciati. La ricerca scopre che i sottili array solari agiscono in modo molto diverso su questi due gruppi. Quando un piccolo frammento veloce colpisce il foglio leggero, l'impatto rallenta significativamente il frammento. Il foglio pratica un buco e lo scambio di quantità di moto è sufficiente a far decadere l'orbita del frammento, causandone il rientro e la combustione nell'atmosfera in breve tempo. In questo modo, la struttura spazza naturalmente il cielo dai detriti non tracciabili che mettono fine alle missioni.

Tuttavia, l'interazione con i grandi oggetti intatti racconta una storia diversa. Quando un massiccio corpo di un razzo o un satellite morto incrocia il percorso del sottile array, il foglio non lo ferma. Invece, l'impatto agisce come un proiettile ad alta velocità che colpisce un muro. L'energia depositata è così intensa che può asportare una parte della superficie del grande oggetto o, nel peggiore dei casi, frantumarlo completamente in una nuvola di nuovi detriti. Lo studio calcola che se anche una minima frazione della massa del grande oggetto — meno dell'uno per cento — viene asportata o se l'oggetto si rompe completamente, la struttura diventa una nuova fonte di detriti spaziali. Nelle simulazioni in cui la struttura non fa nulla per evitare questi grandi oggetti, il numero di frammenti letali e non tracciabili in quello strato orbitale potrebbe crescere di tre o quindici volte rispetto a quello attuale. La struttura finirebbe per seminare il cielo di nuovi pericoli, annullando la pulizia naturale che esegue sui detriti più piccoli.

La soluzione risiede in un tipo specifico di manovra di evitamento. La ricerca mostra che se il data center è programmato per schivare solo i poche centinaia di grandi oggetti tracciati — corpi di razzi e satelliti dismessi — può rimanere un eliminatore netto di detriti. Allontanandosi da questi obiettivi massicci, la struttura permette ai frammenti più piccoli e non tracciabili di passare attraverso ed essere rallentati dagli array solari, evitando al contempo le collisioni catastrofiche che creerebbero nuove nubi di rifiuti. Questo evitamento selettivo è sorprendentemente efficiente. Lo studio suggerisce che se la struttura riesce a filtrare con successo dal 93 al 99,6 percento di questi grandi oggetti, a seconda dell'altitudine, pulirà l'orbita più velocemente di quanto la inquini. Questa è una soglia molto più bassa rispetto all'evitamento quasi perfetto richiesto se la struttura cercasse di schivare ogni singolo pezzo di detrito tracciato, inclusi i piccoli frammenti che è destinata a pulire.

Il costo di questa pulizia selettiva è gestibile, ma dipende da quanto bene conosciamo la posizione degli oggetti grandi. Per schivare un corpo di un razzo, la struttura deve spostare la sua enorme intelaiatura appena il necessario per mancare il punto di incrocio. Se la posizione del corpo del razzo è nota con alta precisione, entro pochi centinaia di metri, il carburante richiesto per queste manovre è relativamente piccolo. Tuttavia, se la posizione è incerta di diversi chilometri, il carburante necessario per garantire una mancata collisione aumenta drasticamente, consumando potenzialmente una parte significativa della massa della struttura ogni anno. Lo studio evidenzia anche una vulnerabilità critica: i densi moduli informatici all'interno della struttura. A differenza dei sottili pannelli solari, questi moduli pesanti sono bersagli fragili. Se un oggetto grande colpisce un modulo informatico, probabilmente lo frantumerà, creando una nuova e massiccia nuvola di detriti. Pertanto, i moduli informatici devono essere protetti schivando ogni singolo oggetto tracciato che potrebbe distruggerli, un requisito molto più severo rispetto a quello per gli array solari.

I risultati sfidano il modo in cui le agenzie spaziali e le aziende valutano attualmente il rischio. Le norme di sicurezza standard si concentrano sulla probabilità che una collisione danneggi il veicolo spaziale. Per queste strutture giganti, tale approccio è insufficiente. Lo studio sostiene che i regolatori e gli operatori devono guardare all'esito dell'incrocio stesso. Se un oggetto grande attraversa l'array e si rompe, la struttura ha fallito il suo dovere ambientale, anche se la struttura stessa sopravvive. La ricerca suggerisce che il design di questi futuri data center deve dare priorità alla protezione dell'ambiente orbitale rispetto alla protezione della struttura stessa. Lasciando che i detriti piccoli passino per essere puliti, pur schivando attivamente i grandi detriti tracciati, queste piattaforme su scala chilometrica potrebbero diventare i primi oggetti creati dall'uomo ad ridurre attivamente la popolazione di detriti spaziali.

Questo risultato non è garantito. Dipende da due fattori che non sono ancora stati misurati in un vero ambiente orbitale: esattamente quanta massa perde un oggetto grande quando sfiora un foglio sottile a velocità orbitali, e quanti nuovi frammenti crea quella massa perduta. Finché queste interazioni fisiche non saranno testate, l'esatta efficienza necessaria affinché i data center rimangano pulitori netti rimane una simulazione. Tuttavia, lo studio fornisce una via chiara da seguire. Dimostra che il destino dell'orbita terrestre bassa nell'era delle gigantesche infrastrutture spaziali è una scelta di progettazione. Se queste strutture sono costruite per schivare i grandi oggetti tracciati e lasciare passare i detriti piccoli, possono aiutare a pulire il cielo. Se sono costruite per evitare tutti gli oggetti tracciati o, peggio, per ignorare quelli grandi, potrebbero innescare un aumento catastrofico dei detriti spaziali, rendendo inutilizzabili le stesse orbite di cui hanno bisogno per operare. La differenza tra un ascensore spaziale che pulisce il cielo e uno che lo riempie di rifiuti è semplicemente se sa quali oggetti schivare.