Kosmos 954: il satellite atomico sovietico che rientrò sulla Terra

Il Kosmos 954 era un satellite da sorveglianza oceanica del tipo RORSAT (nome occidentale. I sovietici lo chiamavano US-A), alimentato da un reattore nucleare. In pratica, si trattava di uno dei (tanti) sistemi di spionaggio e controllo messi in orbita dall’URSS durante la sua esistenza, per controllare quello che combinavano gli avversari della NATO.

Nel gennaio 1978, questo satellite rientrò sulla Terra, con il suo bel reattore ancora a bordo, inquinando una vasta area del Canada. Si trattò, nemmeno a dirlo, di un malfunzionamento: uno “scherzetto” da parte di “uno dei sistemi spaziali più inaffidabili mai realizzati dall’industria sovietica” (secondo alcuni, addirittura il peggiore).

Quali erano le caratteristiche di questo sistema? E perché i tecnici decisero di montare un reattore nucleare a bordo?

In questo articolo cercherò di spiegarvelo. Cominciamo!

Perché i satelliti sovietici si chiamano Kosmos

Prima di addentrarci nei segreti di questo satellite, risponderò ad una domanda: per quale motivo tutti (o comunque la stragrande maggioranza) dei satelliti sovietici (e pure russi) si chiama Kosmos (o Cosmos, dipende da come traslitterate il cirillico)?

L’usanza di chiamare i satelliti Kosmos risale all’Unione Sovietica. Dopo i primi Sputnik, infatti, i sovietici iniziarono a codificare genericamente i propri satelliti (soprattutto quelli militari) con questo nome, indipendentemente dalla tipologia o dal tipo di missione. Vediamo meglio.

• La denominazione Kosmos veniva usata solo per quei satelliti che raggiungevano lo spazio. Quindi, se il razzo che li trasporta esplodeva al lancio, non ricevevano questa codifica. Spoiler: oggi è ancora così.
• Tale codifica riguardava solo i satelliti (ovvero quegli spacecraft che orbitano intorno alla Terra), ma non le sonde interplanetarie o i veicoli con equipaggio umano.
• I sovietici usavano il nome Kosmos per tutti i satelliti militari: da osservazione, comunicazione, antisatellite, FOBS, navigazione.
• Anche i satelliti per uso civile, ai tempi dell’URSS, venivano chiamati Kosmos.
• Ricevettero la codifica Kosmos anche diversi “spacecraft” scientifici e sperimentali.
• Il nome Kosmos veniva dato anche a missioni fallite: sonde che non avevano raggiunto l’orbita, o che si erano perse nello spazio per errori di navigazione… Un po’ di disinformazione, giusto per mascherare gli insuccessi.

Oggi, la Federazione Russa utilizza continua ad usare la codifica Kosmos per i suoi satelliti militari. Per la cronaca, il totale ha superato quota 2.500.

Com’è fatto un satellite

Premessa: su questo argomento ci si potrebbe scrivere un libro. Io come al solito sarò sintetico e semplificherò al massimo la faccenda.

Un satellite, in via generale, è composto da due componenti specifiche: bus (o carrozza) e payload (o carico di missione).

• Bus (carrozza): è l’infrastruttura del satellite, ovvero la base su cui viene montato il carico di missione. Comprende i sistemi propulsivi e di controllo, i pannelli solari (o il reattore nucleare) per la fornitura di energia, la strumentazione di assetto, ecc. Di solito si tratta di un componente standardizzato, che può essere usato per diverse tipologie di satellite.
• Payload (carico di missione): è la strumentazione del satellite, quello che gli permette di fare quello per cui è stato costruito (trasponder di comunicazione, orologi atomici per la navigazione, un ambiente protetto per ospitare creature viventi, una carica a pallettoni per distruggere un altro satellite…).

I satelliti atomici

I satelliti hanno bisogno di energia per funzionare: ne ha bisogno il bus, e soprattutto ne ha bisogno il carico di missione. Solitamente, nella stragrande maggioranza dei casi, si utilizzano i pannelli solari: soluzione eco friendly, non troppo complicata e largamente conosciuta.

In alcuni casi, però, è necessario usare dei sistemi più potenti: vuoi perché ti devi allontanare parecchio dal Sole e ci sarebbe poca luce, vuoi perché il tuo payload consuma talmente tanto che i pannelli solari sarebbero inutili come 2€ di benzina su una Ferrari. In questi casi si utilizza un reattore nucleare: niente RBMK tipo Chernobyl, ma piccole pile atomiche da qualche decina o centinaio di watt.

Utilità delle orbite cimitero

L’uso di un reattore nucleare su un satellite presenta un problema: la fase di rientro. Un satellite, al termine della sua vita operativa, solitamente viene fatto rientrare sulla Terra. Capirete bene che farlo con un reattore sopra non è il massimo, specie se questo è alimentato da uranio o plutonio: il rischio di inquinamento è molto alto.

Quindi, di solito si utilizza un sistema abbastanza “drastico”: il reattore viene espulso prima del rientro in atmosfera, e spedito in una cosiddetta “orbita cimitero”. Questa è un’orbita commercialmente inutile, priva di utilizzi, dove vengono abbandonati i satelliti fuori servizio in modo da fare posto a quelli nuovi. Qui, i vari “spacecraft” galleggiano inerti, potenzialmente per millenni (queste orbite infatti sono a quote tali che i vari satelliti o parti di essi non possano creare problemi in futuro).

I reattori espulsi dai satelliti atomici vengono appunto parcheggiati in orbite di questo tipo.

I satelliti atomici statunitensi

Di solito, quando si parla di atomica, il pensiero va sempre ai sovietici. Nell’immaginario collettivo, infatti, sono loro ad utilizzare in maniera disinvolta l’atomo e le sue “potenzialità” (chiamiamole così). Nel caso dei satelliti, però, il primato va agli Stati Uniti, che nel 1961 installarono un reattore nucleare a bordo di un veicolo spaziale. Si trattava di un satellite della famiglia Transit, per la navigazione satellitare (il 4A, per la cronaca), su cui venne montata sperimentalmente questa tipologia di propulsione. In totale, furono 5 i Transit con un reattore a bordo.

I Transit furono seguiti da alcuni satelliti metereologici della serie Nimbus, tra il 1968 ed il 1978.

Un test abbastanza particolare fu il cosiddetto SNAPSHOT, un “satellite atomico” sperimentale: in pratica, un reattore nucleare spaziale che avrebbe dovuto produrre 500 watt per un anno. Si ruppe dopo appena 43 giorni, a causa di un problema elettrico. Successivamente ha iniziato a disintegrarsi. Oggi sono stati individuati oltre 60 “pezzi” di questo satellite, di dimensioni superiori ai 10 cm.

Altri reattori furono montati su sonde interplanetarie e componenti delle missioni Apollo.

I satelliti atomici sovietici

Veniamo ora ai sovietici. Anche loro misero qualche reattore su una sonda, ma poca roba. Il “meglio”, da questo punto di vista, lo diedero con i RORSAT: ben 32 satelliti, di cui 31 arrivati in orbita (uno, nel 1973, fallì clamorosamente il lancio e cadde in fiamme nel Mar del Giappone).

Questi satelliti, l’ho scritto prima, furono probabilmente la cosa più inaffidabile messa in orbita dai sovietici in tutta la guerra fredda, e facevano parte del cosiddetto MKRTs, un sistema satellitare per la sorveglianza delle unità navali NATO.

Il sistema di sorveglianza navale satellitare MKRTs

La storia di questo sistema satellitare è abbastanza lunga e complicata. Basti pensare che le sue origini risalgono al 1959, quando l’ufficio tecnico di Vladimir Chelomei iniziò a lavorarci sopra. Ma a cosa doveva servire? Molto in breve, ad individuare le navi delle flotte NATO, in modo da poterle colpire con i nuovi missili antinave a lunga gittata.

Inizialmente chiamato RTR (complesso radio-tecnico da ricognizione spaziale), il sistema MKRTs prevedeva un singolo satellite da oltre tre tonnellate, a propulsione nucleare e basato su una carrozza chiamata US.

Questo fu uno dei tanti progetti portati avanti da Chelomei fino al 1964, anno in cui il premier sovietico Khrushchev venne estromesso dal potere (Khrushchev era il principale sponsor politico di Chelomei. Ne parlo meglio qui). Successivamente, Chelomei fu ridimensionato e questo programma venne affidato al KB Arsenal (1969).

Il KB Arsenal merita un discorso a parte. Inizialmente, si occupava (con buoni risultati) di cannoni e missili balistici, ma a partire dagli anni sessanta decise di entrare nel settore spaziale. Quindi, acquisì una serie di competenze e si diede alla progettazione di satelliti. Il suo primo lavoro fu, appunto, l’MKRTs, i cui piani gli furono passati in seguito al ridimensionamento che abbiamo visto sopra.

Il KB Arsenal si ritrovò tra le mani un progetto riguardante due satelliti distinti, entrambi basati sul bus US: uno a propulsione nucleare e l’altro ad energia solare, a diversi gradi di sviluppo. Quindi, si mise al lavoro, con risultati piuttosto diversi.

RORSAT

La versione a propulsione nucleare, chiamata US-A o RLS: un “siluro” da 3,8 tonnellate, capace di tracciare in ogni condizione meteo le navi NATO grazie ad un potentissimo radar a scansione attiva. Fortemente integrato con la marina militare sovietica, poteva fornire alle navi ed ai sottomarini con la stella rossa tutte le informazioni necessarie a colpire le unità avversarie.

I progetti di Chelomei su questo satellite erano praticamente completi, e quindi l’Arsenal si ritrovò gran parte del lavoro già fatto. L’ufficio tecnico di Cheloimei, per dire, prima che gli venisse tolto il progetto, era riuscito anche a lanciare alcuni satelliti di prova (US-AO): erano privi di reattore (andavano a batterie), ma furono un utile banco di prova per testare i vari sistemi di bordo. E confermarono i consumi spropositati di energia.

Veniamo al punto critico: i RORSAT avevano bisogno, per funzionare, di parecchia energia. Energia che era fornita da un reattore nucleare BES-5: 385 kg di pura tecnologia sovietica (di cui una quarantina di uranio arricchito) e capace di fornire 100 kW.

Questi satelliti andavano immessi in un’orbita bassa, di poco più di 900 km. Il problema del reattore nella fase di rientro venne risolto con un sistema di sicurezza ridondato: l’intero modulo propulsione doveva essere espulso e “parcheggiato” in un’orbita cimitero “sicura” prima del rientro in atmosfera.

Il problema è che questo sistema non sempre funzionò a dovere. In un caso, quello del Kosmos 954, non funzionò affatto.

In generale, comunque, i RORSAT erano famosi tra gli addetti ai lavori per la loro scarsissima affidabilità e la propensione a guastarsi, tanto da guadagnarsi la fama di “sistema più inaffidabile mai messo in campo dai sovietici”. Non certo una bella nomea, per un satellite con un reattore nucleare a bordo.

EORSAT

La versione ad energia solare, chiamata EORSAT in Occidente e US-P (o RTR) in URSS, consisteva in un “normalissimo” satellite da tre tonnellate con pannelli solari, sempre basato sulla carrozza US. Questo era un sistema da sorveglianza elettronica passiva (ELINT): praticamente, riusciva ad individuare (e seguire) le navi avversarie grazie alle loro emissioni elettroniche.

L’orbita tipica di questi satelliti era di 420 km: meno della metà rispetto agli atomici cugini RORSAT. Anche questi, alla fine della missione, venivano fatti rientrare in atmosfera.

A differenza dei RORSAT, nel caso degli EORSAT di pronto c’era molto poco: la loro progettazione definitiva, quindi, fu una sfida per l’Arsenal, vista la sua relativa “giovinezza” in ambito spaziale. Tuttavia, il risultato fu piuttosto buono: gli EORSAT ancora oggi non sono ricordati particolarmente “male”…

Il Kosmos 954

Veniamo ora al protagonista di questo articolo: il Kosmos 954. Questo venne lanciato il 18 settembre 1977 da Baikonur, grazie ad un vettore Tsyklon-2 (un derivato spaziale del missile balistico R-36).

Il Kosmos 954 fuori controllo

Le cose da subito iniziarono ad andare male. Il satellite si ritrovò in un’orbita piuttosto bassa, di appena 260 km (contro i circa 900 degli altri RORSAT). Non è chiaro se il problema riguardò lo Tsyklon oppure il Kosmos 954: tuttavia, visto che il lancio è considerato riuscito, probabilmente fu del satellite. Nonostante questo, i sovietici iniziarono ad utilizzarlo per le missioni di osservazione.

La situazione precipitò (nel vero senso della parola) a dicembre. Gli americani notarono che il Kosmos 954 se ne stava letteralmente andando per conto suo: seguiva orbite a caso, faceva manovre strane, perdeva quota… Insomma, appariva completamente fuori controllo.

Il problema è che lo era sul serio.

I tecnici sovietici al centro di comando le provarono tutte, ma il satellite non rispondeva più: il Kosmos 954 era da considerarsi perduto. Se si fosse trattato di un altro “spacecraft”, la cosa sarebbe passata sotto silenzio e probabilmente le VKS avrebbero fatto finta di niente, ma c’era il problema del reattore nucleare: lo sapevano loro, e soprattutto lo sapevano gli americani.

In una riunione segreta con i loro avversari, i sovietici ammisero che il satellite era perduto, sarebbe rientrato fuori controllo e soprattutto che i sistemi di espulsione del reattore erano completamente “partiti”.

In altri termini: il Kosmos 954 stava tornando sulla Terra con tutto il suo carico di uranio, e nessuno avrebbe potuto farci niente.

Il rientro in atmosfera

I satelliti rientrano spesso in atmosfera, solo che noi nemmeno ce ne accorgiamo: infatti, se non sono troppo grandi, durante questa fase bruciano e si disintegrano. Quelli più grandi, invece, vengono solitamente “parcheggiati” in qualche orbita cimitero o, qualora non sia possibile, si ricorre ad un rientro controllato (si fa in modo che gli eventuali frammenti cadano in mare).

I casi di rientro incontrollato di “spacecraft” particolarmente grandi sono piuttosto rari. L’ultimo, uno stadio del razzo cinese Lunga Marcia 5B, risale al maggio 2021 e non ha fatto danni (i frammenti sono caduti in mare), anche se ha seminato il panico tra la popolazione mondiale, con i media che hanno colpevolmente terrorizzato la gente.

Il Kosmos 954 fu il primo caso in cui il rientro di un oggetto spaziale mise in allarme il mondo. A parte il reattore, il satellite pesava 3.800 kg: era ovvio che qualcosa sarebbe arrivato sulla Terra. Oltretutto, questo “qualcosa” sarebbe anche stato radioattivo…

Il satellite sovietico rientrò il 24 gennaio 1978, spargendo i suoi resti su una striscia di territorio canadese (fortunatamente disabitata) lunga circa 600 km.

Chi sporca, paga

Il Canada, naturalmente, non la prese benissimo: 124.000 km quadrati di territorio da setacciare in cerca di frammenti radioattivi, con le indispensabili bonifiche. Va bene che in gran parte erano foreste e non ci abitava praticamente nessuno, ma qualcuno doveva pagare per quello che era successo.

Ora, quando si parla di detriti spaziali vale la regola che “chi sporca paga”: in altri termini, la responsabilità dei danni è del proprietario del satellite. Certo, potrebbe finire in una guerra di perizie: “è colpa del lanciatore”, “no i tecnici l’hanno montato male sul vettore”, “il satellite l’avete costruito con i piedi”, “il controllo missione è pieno di incapaci”… Questo caso era molto semplice: la responsabilità era esclusivamente dell’Unione Sovietica. Satellite e vettore erano i suoi, gestiti dalle VKS e progettati e costruiti dalle sue aziende di Stato. Insomma, non c’erano dubbi sulle responsabilità. Il Canada, quindi, chiese sei milioni di dollari di danni.

I sovietici però non erano d’accordo: loro “avevano fatto tutto il possibile” per evitare l’incidente, tutte le operazioni erano state eseguite perfettamente… Per farla breve: quello che è successo era inevitabile, noi non paghiamo.

Alla fine, dopo molte insistenze, l’Unione Sovietica decise di pagare appena tre milioni come “gesto di buona volontà”.

Epilogo

Il successore del RORSAT: Ideogramma-Pirs

I lanci dei RORSAT proseguirono: il sistema, per quanto inaffidabile, era troppo importante per i sovietici. Tuttavia, i satelliti furono modificati con un sistema di espulsione del reattore ridondato e molto più affidabile, che in effetti “salvò” la situazione diverse volte.

Contemporaneamente, a partire dal 1978, le forze armate decisero che serviva qualcosa di meglio, e quindi ordinarono a ben tre uffici tecnici (Energia, TsKBM e Arsenal) di collaborare per realizzare il nuovo sistema.

Questo nuovo RORSAT ricevette il nome di Ideogramma-Pirs, e prevedeva delle prestazioni di tutto rilievo: nuovo reattore (un TOPAZ di nuova concezione), nuova strumentazione e soprattutto molta più affidabilità. Per semplicità, il programma venne diviso in due fasi.

• Pirs-1: fase preliminare, in cui studiare la parte “tecnica”. Si concretizzò nel 1987, quando furono lanciati due satelliti chiamati Plazma-A. Questi pesavano 3.350 kg l’uno, e servirono a testare le nuove tecnologie (reattore in particolare). I risultati furono molto soddisfacenti.
• Pirs-2: fase successiva e “definitiva”. Il risultato avrebbe dovuto essere un satellite da 6.500 kg, capace di individuare anche i sottomarini nucleari in immersione.

Il programma venne cancellato nel 1988.

La cancellazione del programma

Perché cancellare un progetto che stava dando ottimi risultati e che soprattutto era fondamentale per le forze armate sovietiche?

La risposta è Mikhail Gorbachev. Il premier sovietico, infatti, stava facendo di tutto per migliorare i rapporti con l’Occidente, ed i satelliti atomici non aiutavano. Infatti, ogni volta che un RORSAT si apprestava a rientrare nell’atmosfera, c’era sempre una certa preoccupazione che qualcosa non funzionasse, in particolare il sistema di espulsione del reattore. Quindi, per evitare incidenti internazionali, Gorbachev ordinò la fine di tutti i programmi relativi ai satelliti atomici: nel 1988 venne lanciato l’ultimo RORSAT (Kosmos 1932), i due Plazma-A rimasero dei prototipi ed il successore Plazma-2 (con un reattore ancora più sicuro) fu cancellato. Stessa fine fece l’intero programma Ideogramma-Pirs.

I successori del RORSAT

Il RORSAT venne sostituito da una versione modificata degli EORSAT: praticamente, i progettisti presero l’US-P e ci integrarono sopra una serie di tecnologie sviluppate per il Pirs-1. Il risultato fu l’UP-PM (o US-PU), un satellite da 3.150 kg con pannelli solari che riusciva a svolgere sia la missione dei RORSAT, sia quella degli EORSAT. La Federazione Russa tenne in servizio questo sistema fino al 2006.

Valutazioni sul sistema MKRTs

Il sistema MKRTs era gestito congiuntamente dalla marina e dalle Forze Spaziali Militari (VKS). Probabilmente, anche il GRU aveva un qualche ruolo sulle informazioni raccolte.

Ma alla fine, questo sistema funzionava? Gli EORSAT tutto sommato erano abbastanza efficaci… Erano i RORSAT che avevano un’affidabilità bassissima.

Ma quando tutto funzionava, quando i satelliti non avevano malfunzionamenti, quando la strumentazione non “cedeva” all’improvviso facendo imprecare gli operatori, l’MKRTs il suo lavoro lo faceva.

Un esempio su tutti: la guerra delle Falkland, combattuta nell’emisfero australe, in una zona di scarso interesse militare per l’Unione Sovietica (concentrata principalmente nell’emisfero settentrionale). Bene, grazie a questo sistema, i sovietici riuscirono a seguire tutte le fasi navali del conflitto, con la notizia dello sbarco inglese che venne riportata allo Stato Maggiore praticamente in tempo reale.

Insomma, l’MKRTs ebbe comunque una grossa utilità per le forze armate sovietiche, guasti e reattori rientrati in atmosfera a parte…

Fonti

• Kosmos 954 – sites.google.com/view/spistoriapoliticainformazione/home
• US-A – astronautix.com
• US-P – astronautix.com
• US-PU – astronautix.com
• US-A – space.skyrocket.de
• US-AO – space.skyrocket.de
• US-PM – space.skyrocket.de
• Plasma-A – space.skyrocket.de

(immagine di copertina tratta da Wikimedia Commons. Credits: Ronald C. Wittmann. US Public Domain)