È già ora di pensare ai laser spaziali? Quasi.
Col passare del tempo, idee che un tempo erano confinate nel regno della fantascienza diventano sempre più realistiche. È il caso, ad esempio, dell’uso di robot per esplorare altri mondi. I laser spaziali sono un elemento frequentemente utilizzato nella fantascienza, e ci stiamo avvicinando al momento in cui potrebbero diventare una realtà.
Dove li metteremmo e a cosa potremmo usarli?
Nella fantascienza, i laser sono prevalentemente utilizzati come potenti armi. Anche se alcuni paesi hanno esplorato l’idea di utilizzare i laser come armi spaziali, un trattato internazionale ne limita l’uso.
Un uso più realistico per i laser è quello di deviare asteroidi in arrivo o come sistemi di propulsione per le navette spaziali. In un recente articolo, un ricercatore esamina dove potrebbe essere posizionato un gigantesco array di laser nello spazio per essere il più utile possibile all’umanità, minimizzando al contempo i rischi.
La ricerca si intitola “Distanze minime di sicurezza per i laser spaziali DE-STAR.” L’articolo è attualmente in pre-stampa, e Adam Hibberd dell’Initiative for Interstellar Studies a Londra, Regno Unito, è l’autore unico.
Sebbene i laser spaziali possano anche essere utilizzati per sfruttare risorse o nei sistemi di misurazione laser dei satelliti per controllare il traffico spaziale, l’attenzione di Hibberd è rivolta all’uso di questi strumenti per proteggere la Terra dagli impatti.
DE-STAR sta per Sistemi di Energia Diretta per il Targeting di Asteroidi e esplorazione. Tra tutte le idee sui laser spaziali che sono state discusse, DE-STAR è probabilmente la più studiata e sviluppata. Consisterebbe in un array modulare di laser alimentato da pannelli solari. Potrebbe riscaldare la superficie di oggetti potenzialmente pericolosi (PHO) a circa 3.000 Kelvin, temperatura sufficiente a fondere tutti i componenti conosciuti dei PHO. DE-STAR potrebbe essere utilizzato anche per propellere le navette spaziali.
L’idea è emersa nel 2013 quando un gruppo di ricercatori pubblicò un articolo intitolato “DE-STAR: Tecnologia del Laser ad Array Fase per la Difesa Planetaria e Altri Scopi Scientifici.” Nell’articolo, venne delineata l’idea per DE-STAR, un array laser di standoff. Nel 2016, alcuni degli stessi autori pubblicarono un altro articolo intitolato “Missioni di Energia Diretta per la Difesa Planetaria.” Questo espandeva il concetto di DE-STAR, aggiungendo DE-STARLITE, un sistema che sarebbe stato inviato nelle vicinanze di un oggetto in avvicinamento per allontanarlo con i laser.
Questa illustrazione dell’artista mostra DE-STARLITE che spara i suoi laser verso un oggetto pericoloso. Crediti Immagine: Lubin et al. 2016.
In entrambi i casi, il sistema sarebbe alimentato dall’energia del Sole. “DE-STAR è un design modulare quadrato che sfrutta l’energia creata da banche di pannelli solari nello spazio per generare e amplificare la potenza di un raggio laser,” spiega Hibberd nel suo nuovo articolo. In letteratura, DE-STAR è solitamente indicato come DE-STAR n, dove n è solitamente compreso tra 0 e 4 e denota la dimensione della banca di laser. Maggiore è l’array, più potente sarà. Più potente è DE-STAR, più efficace sarà nell’assicurare la deviabilità degli asteroidi da distanze maggiori.
Sebbene il valore di questa idea sia immediatamente chiaro, i problemi seguono rapidamente. Una banca di potenti laser spaziali è il sogno di ogni supercattivo. Il suo potere distruttivo potrebbe essere immenso. “Con una struttura DE-STAR 4
(10 km × 10 km quadrati) in grado di generare un raggio laser dell’ordine di decine di gigawatt,
chiaramente, c’è il potenziale affinché tale asset venga utilizzato come arma mirando a località sulla Terra,” scrive Hibberd.
Come può essere mitigato questo rischio affinché il sistema possa essere utilizzato per proteggere la Terra piuttosto che come arma?
La soluzione semplice è di non schierarli nell’orbita terrestre. I laser perdono energia con la distanza, quindi potrebbero essere schierati a distanze in cui non rappresentano una minaccia. “I risultati indicano che, dato che dovrebbero trovarsi a 1 ua dal
sole, ci sono posizioni praticabili per gli array DE-STAR 0-2 dove non c’è pericolo per la Terra,” scrive Hibberd.
Questa tabella presenta le specifiche adottate in questo articolo per array DE-STAR di diverse dimensioni. Il rapporto di clip influisce sulla qualità del fascio, sull’efficienza energetica, su come si propaga nello spazio e su come gestisce la generazione di calore. Più piccoli sono generalmente migliori, e 0.9 è il rapporto adottato da altri ricercatori. Ottimizzare il rapporto di clip è una parte importante della progettazione di un array efficace. Crediti Immagine: Hibberd 2024.
Naturalmente, più laser sono presenti nell’array, maggiore è la distanza minima di sicurezza.
Per DE-STAR 4 o anche per 5, quella distanza non sarebbe sufficiente. Piuttosto, questi laser dovrebbero trovarsi molto più lontano oppure in posizioni nel sistema solare senza linea di vista diretta verso la Terra. Questi sistemi avrebbero bisogno di correggere le loro posizioni regolarmente con un sistema di propulsione a bordo “o, preferibilmente, utilizzando la spinta generata dal laser stesso,” spiega Hibberd.
La distanza di sicurezza minima cambia anche a seconda della lunghezza d’onda del sistema DE-STAR. Hibberd definisce la distanza minima di sicurezza come un singolo laser con un’intensità massima sulla superficie terrestre di 100 Wm-2. “Oppure dell’ordine del 10% della Costante Solare sulla Terra (1 ua dal Sole),” scrive Hibberd. Per un sistema infrarosso, la distanza minima di sicurezza è appena oltre l’orbita geosincrona terrestre (GEO). Nel caso dell’uminante potente, un laser UV dovrebbe trovarsi oltre lo spazio cislunare.
Questa figura della ricerca mostra la dipendenza della distanza minima di sicurezza di qualsiasi array DE-STAR non fase dalla lunghezza d’onda del laser. Crediti Immagine: Hibberd 2024.
C’è un altro fattore da considerare. Poiché DE-STAR ottiene la sua energia dal Sole, la sua potenza diminuisce man mano che ci si allontana dal Sole. “Questa riduzione è una conseguenza della diminuzione dell’intensità del flusso solare sulle celle fotovoltaiche, dove viene seguita una legge del quadrato inverso,” spiega Hibberd.
Questa figura mostra come la potenza del laser diminuisca con la distanza dal Sole per quattro diverse dimensioni di array. “Scopriamo che un DE-STAR n a 90 ua dal Sole è approssimativamente equivalente a un DE-STAR n-1 a 10 ua e a un DE-STAR n-2 a 1 ua,” scrive Hibberd. Crediti Immagine: Hibberd 2024.
Per gli array DE-STAR 1 e 2, le distanze minime di sicurezza non sono così grandi. Hibberd sottolinea che per un array DE-STAR 2, i punti Lagrange 4 e 5 Sole/Terra sarebbero adatti e non richiederebbero propulsione. L4 e L5 sono a circa 400.000 km dalla Terra.
Queste figure mostrano la distanza minima di sicurezza per gli array DE-STAR 1 e 2 in base alla lunghezza d’onda. Crediti Immagine: Hibberd 2024.
Tuttavia, man mano che gli array diventano più grandi, la distanza minima di sicurezza aumenta rapidamente. Al contrario, l’energia solare disponibile diminuisce.
Un DE-STAR 3 dovrebbe essere posizionato oltre la fascia degli asteroidi. Se fosse ultravioletto, dovrebbe trovarsi oltre Giove.
Un array di DE-STAR 4 dovrà posizionarsi molto più lontano. Dovrebbe essere a circa 30-40 ua di distanza, e ancora di più per un sistema ultravioletto, circa 70 ua dal Sole.
Queste figure mostrano la distanza minima di sicurezza per gli array DE-STAR 3 e 4 in base alla lunghezza d’onda. Crediti Immagine: Hibberd 2024.
Le tabelle sopra assumono una linea di vista diretta verso la Terra. Ma ci sono posizioni in cui non c’è una linea diretta, e potrebbero essere utilizzate come posizioni per potenti array. Hibberd spiega che il punto Lagrange 2 Terra/Luna e il punto Lagrange 3 Sole/Terra mancano entrambi di linee di vista dirette ma, sfortunatamente, sono instabili. “In entrambi i casi, l’instabilità di questi punti porterà al vagabondare di DE-STAR, e potenzialmente, potrebbe diventare visibile dalla Terra, quindi sarebbe necessaria una propulsione a bordo per prevenire ciò,” scrive Hibberd. È possibile che un array possa essere costruito in modo da essere fisicamente impedito a puntare verso la Terra, ma l’autore non affronta questo aspetto del problema.
Punti Lagrange Sole-Terra. Crediti: Xander89/Wikimedia Commons
Nessuno sta costruendo un array DE-STAR a fase, ma ciò non significa che sia troppo presto per pensarci. Questo tipo di tecnologia è all’orizzonte, ed è difficile prevedere quale nazione o nazioni potrebbero essere le prime a costruirne uno. Esistono trattati in atto per prevenire la militarizzazione dello spazio, ma non tutti li hanno firmati. Alcune nazioni sono note per firmare trattati e poi violarli, in ogni caso. Inoltre, si potrebbe sostenere che questo non è un’arma.
Probabilmente non passerà molto tempo prima che inizino a emergere discussioni serie su un simile sistema in dibattiti pubblici più ampi. Questo genererà sicuramente molte difficoltà politiche e dispute mentre le nazioni discuteranno su cosa costituisca un’arma e cosa no.
Se la civiltà vuole sopravvivere, alla fine avremo bisogno di un modo per proteggere l’intero globo dagli impatti degli asteroidi, che si tratti di array laser a fase o di un altro sistema.