Tecniche passive di deorbiting per la mitigazione dei detriti spaziali in orbita LEO

The progressive accumulation of non-operational artificial objects in Low Earth Orbit (LEO) represents a growing criticality for the safety and sustainability of space activities, fueling the risk of collisions and fragmentations. In response to the need for systematic Post-Mission Disposal (PMD) strategies aimed at ensuring the re-entry of decommissioned satellites, this thesis work constitutes an in-depth comparative analysis of the primary passive deorbiting techniques. The investigation explores the physical principles, operational advantages, and technological limitations of various solutions, focusing on the comparison between natural decay due to atmospheric drag and the use of auxiliary systems such as drag sails and electrodynamic tethers. This qualitative and theoretical analysis is supported and validated by a numerical study conducted on a representative case study, in which the performance of each technique is quantified to verify regulatory compliance across different operational scenarios. The primary objective is to evaluate the capacity of each solution to satisfy orbital sustainability requirements, comparing the resulting re-entry times with both the historical 25-year threshold (IADC) and the more stringent 5-year limit introduced by ESA’s recent Zero Debris Charter. The work provides a comparative framework that allows for the identification of the limitations of natural decay alone and the definition of the optimal application ranges for the analyzed technologies, offering a methodological tool to guide the selection of the most suitable deorbiting strategy to ensure the compliance of future LEO missions with new space safety standards.

La progressiva accumulazione di oggetti artificiali non operativi in orbita bassa terrestre (LEO) rappresenta una criticità crescente per la sicurezza e la sostenibilità delle attività spaziali, alimentando il rischio di collisioni e frammentazioni. In risposta alla necessità di strategie sistematiche di Post-Mission Disposal volte a garantire il rientro dei satelliti dismessi, il presente lavoro di tesi si configura come un'analisi comparativa approfondita delle principali tecniche passive di deorbiting. L'indagine esplora le basi fisiche, i vantaggi operativi e i limiti tecnologici delle diverse soluzioni, concentrandosi sul confronto tra il decadimento naturale per resistenza aerodinamica e l'impiego di sistemi ausiliari quali drag sails ed electrodynamic tethers. Questa analisi qualitativa e teorica è supportata e validata da uno studio numerico condotto su un caso di studio rappresentativo in cui vengono quantificate le prestazioni di ciascuna tecnica per verificarne la compliance normativa rispetto ai diversi scenari operativi. L'obiettivo primario è valutare la capacità di ogni soluzione di soddisfare i requisiti di sostenibilità orbitale, confrontando i tempi di rientro ottenuti sia con la storica soglia dei 25 anni (IADC) sia con il più stringente limite dei 5 anni introdotto dalla recente Zero Debris Charter dell'ESA. Il lavoro fornisce quindi un quadro comparativo che permette di identificare i limiti del solo decadimento naturale e di definire gli ambiti di applicazione ottimali delle tecnologie analizzate, offrendo uno strumento metodologico per guidare la selezione della strategia di deorbiting più idonea a garantire la conformità delle future missioni LEO ai nuovi standard di sicurezza spaziale.