Il campo gravitazionale terrestre influisce sulle orbite dei satelliti attorno al nostro pianeta e le variazioni nelle loro traiettorie aiutano a comprendere cambiamenti nel campo gravitazionale stesso, in particolare nelle distribuzioni di massa, come quelle d’acqua.
Nel progetto COVER, l’Istituto di Geodesia dell’ Università Tecnica di Graz (TU Graz), in Austria, ha combinato le misurazioni gravitazionali satellitari con la tecnica della misurazione della distanza laser satellitare (SLR). Questo approccio ha migliorato sia la precisione dei modelli gravitazionali sia le previsioni orbitali e i risultati sono ora integrati nel software open source gratuito GROOPS, disponibile su GitHub.
Per fare ciò, una rete di stazioni SLR punta un laser verso un satellite dotato di retroriflettori che riflettono la luce laser emessa verso terra. Misurando il tempo di percorrenza, e quindi di ritorno, la posizione dei satelliti può essere determinata con una precisione dell’ordine del centimetro.
Se da un lato questa tecnica permette di migliorare le previsioni sulle posizioni di satelliti e rifiuti spaziali, contribuendo alla sicurezza orbitale, dall’altra possono essere rilevate anche le variazioni nell’orbita causate da cambiamenti di massa sulla superficie terrestre, in particolare quelle idriche.
Infatti, la combinazione di questi dati con altre misurazioni satellitari ha quindi permesso di risolvere lunghezze d’onda lunghe e di calcolare le distribuzioni di masse d’acqua con maggiore precisione.
Il contributo di questa tecnica è fondamentale in quanto le missioni satellitari come Grace (Gravity Recovery and Climate Experiment, missione NASA e dell’agenzia spaziale tedesca per misurare con precisione come il movimento delle masse d’acqua influenzi il campo gravitazionale terrestre) e GOCE (Gravity Field and Steady-State Ocean Circulation Explorer, missione europea per analizzare la variazioni del campo gravitazionale terrestre) hanno reso possibili dati dettagliati del campo gravitazionale terrestre, ma rimaneva un limite il risolvere le componenti a lunghezza d’onda lunga.
Inoltre i dati ottenuti tramite questa tecnica permettono anche misurazioni più precise e quindi previsione più accurate della posizione dei satelliti e dei rifiuti spaziali.
Attorno alla Terra orbitano circa 40.000 rifiuti spaziali di almeno 10 cm, che viaggiano fino a 28.000 km/h. A causa della velocità elevata e della mancanza di direzionalità, per cui i rifiuti possono incrociare inaspettatamente la traiettoria di altri veicoli spaziali, una collisione potrebbe causare danni gravi, rendendo critico il tracciamento e la previsione delle orbite.
Mentre il monitoraggio radar è ampiamente utilizzato, le previsioni orbitali spesso presentano un margine di errore di alcuni chilometri. Grazie alla collaborazione della TU Graz insieme alla Satellite Laser Ranging Station dell’Istituto di ricerca spaziale dell’Accademia austriaca delle scienze presso l’Osservatorio di Lustbühel, sono stati fatti progressi decisivi in questo senso: è stato possibile ridurre il margine di errore a circa 100 metri, semplificando il tracciamento dei rifiuti e migliorando significativamente la precisione delle previsioni.
“Per prevedere le orbite, modelliamo tutte le forze agenti sui satelliti, inclusa la gravità terrestre, che risente della distribuzione delle masse come quelle d’acqua,” spiega Torsten Mayer-Gürr della TU Graz. “La combinazione della nostra modellazione con i dati laser ha migliorato l’accuratezza dei calcoli nel software open source GROOPS, unico nel suo genere per offrire gratuitamente strumenti completi per il calcolo gravitazionale e le previsioni orbitali.
