LEO – GEO – EML1: lo spazio cislunare attende i primi coloni

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 Che genere di affari si potranno fare nello spazio e sulla Luna? Innanzitutto bisogna chiarire che non torneremo direttamente sulla Luna, per poi riempire, in un secondo momento, lo spazio cislunare di attività commerciali e produttive. Succederà invece l’esatto contrario, cioè che l’attività si espanderà dalla Terra verso l’esterno e, quando avrà raggiunto  il punto di Lagrange EML1  fra Terra e Luna, solo allora quest’ultima (e il resto) sarà l’ovvio passo successivo.

Il coinvolgimento economico della sola NASA e delle altre agenzie spaziali nazionali non sarà sufficiente, e finché l’industria privata non andrà nello spazio in modo indipendente, i tempi per la nascita di una economia spaziale saranno inevitabilmente lunghi. Per far ciò bisogna consentire più investimenti diretti da parte di singoli individui anche non qualificati, tramite ad esempio il crowdfunding, mentre negli Stati Uniti si sta lavorando a una legislazione al riguardo. 

Lo sviluppo commerciale dello spazio inizierà con tante piccole imprese che sfrutteranno ciascuna una particolare nicchia di mercato. Alcuni esempi: astronomia, ottica, comunicazioni laser; sistemi avanzati di guida, navigazione e controllo; robotica per operare in ambienti dinamici e spesso ostili, software per analisi orbitali ecc.

Anche nella prima fase degli esperimenti scientifici in microgravità si può prevedere un notevole finanziamento da parte della NASA, ma poi dovranno essere università, fondazioni e anche imprese private a raccogliere il testimone con fondi propri. Molte persone oggi si fanno beffe della scienza in microgravità considerandola priva di senso, vista la mancanza di risultati per il settore dei beni di consumo. Il problema però non è il potenziale di questa scienza, quanto piuttosto le limitazioni in cui ha dovuto operare finora.

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E l’Italia? È entrata ufficialmente nella nuova economia spaziale con il vettore Vega, che lo scorso 16 settembre è giunto al settimo lancio portando in orbita cinque satelliti per l’osservazione della Terra: quattro della società Terra Bella (Google) e il primo satellite peruviano. Vega è sviluppato dalla società Elv partecipata da Asi e Avio ed è prodotto al 65% in Italia. Come riporta il sito dell’Asi, Vega permette di mettere in orbita satelliti di circa 1500 kg a un costo accessibile alle piccole e medie imprese, per le quali l’utilizzo del vettore Ariane sarebbe troppo dispendioso. “Questo lancio con a bordo i satelliti della costellazione di Google è la dimostrazione della capacità dell’Italia di essere un paese all’avanguardia nella Space Economy”, ha commentato Roberto Battiston, presidente dell’Agenzia Spaziale Italiana. Un gioiello italiano, il Vega, costruito da Avio a Colleferro, pezzo fondamentale della famiglia dei lanciatori europei – continua Battiston – viene utilizzato per mettere in orbita una delle costellazioni di satelliti che faranno il futuro dell’attività economica nel settore spaziale, osservando la Terra con strumenti ad altissima risoluzione. Ed è la dimostrazione che l’Italia è in prima fila in questo campo affascinante in cui lo spazio non è solo un costo, ma inizia a garantire ritorni economici.

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Una volta giunti nella bassa orbita terrestre (LEO) a circa 400 km di altitudine, le possibilità si moltiplicano. La prima iniziativa commerciale potrebbe essere quella del turismo spaziale. Già ci sono stati esempi di privati che hanno visitato la ISS e prima ancora la Mir. E se ci fossero dei turisti che pagano per ammirare la vista da lassù, ci sarebbe del personale che si farebbe assumere per raggiungere lo stesso scopo ma lavorando, ad esempio, in un albergo spaziale. Queste strutture potrebbero essere usate anche come area per un controllo finale di satelliti e sonde prima della loro partenza definitiva per destinazioni lontane. In tal modo, si potrebbero evitare dei costosi fallimenti.

Oltre l’orbita bassa, la successiva scelta sarebbe l’orbita geostazionaria (GEO), intorno ai 36000 km di altitudine, dove un satellite artificiale si muove alla stessa velocità di rotazione della Terra e appare quindi immobile nella volta celeste. Tale orbita tuttavia è costosa in termini di consumo del propellente speso per raggiungerla, anche se fossero create delle stazioni intermedie di rifornimento nell’orbita bassa. La GEO è a volte detta “orbita Clarke” in onore di Arthur C. Clarke che per primo ne intuì l’utilità. Ma mentre lui aveva immaginato enormi stazioni con equipaggio, nella realtà ci ritroviamo invece con un affollamento incoerente di vecchi satelliti per le telecomunicazioni, sempre più grandi e in gran numero fuori uso (i cosiddetti satelliti “zombi”), con i problemi di detriti spaziali evidenziati spettacolarmente nel film Gravity. Gli operatori del settore radiotelevisivo, delle telecomunicazioni e del telerilevamento premono per avere satelliti sempre più grandi e potenti, e la GEO potrebbe essere usata anche per ospitare satelliti che raccolgano l’energia solare la inviino a terra.

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Base al polo sud lunare

Esiste una destinazione più lontana ma più semplice da raggiungere della GEO: è il Punto di Lagrange EML1, situato fra la Terra e la Luna. Il primo vantaggio offerto da EML1 è che il cosiddetto Delta-V necessario per raggiungerlo è minore di quello richiesto per andare da LEO a GEO. Inoltre in EML1 la forza gravitazionale della Terra compensa con molta precisione quella esercitata dalla Luna creando una zona di quiete (librazione), ideale per insediamenti di qualsiasi tipo e dimensione, e soluzione a lungo termine per i trasporti. Infatti un tale insediamento:

  • sarebbe il più vicino punto di accesso alle cosiddette superstrade interplanetarie, da dove lanciare sonde e astronavi assemblate nella LEO per ogni tipo tipo di missione in tutto il Sistema Solare;

  • avrebbe un ampio campo visivo fino alla GEO, e quindi potrebbe diventare un nodo di una rete di controllo del traffico orbitale;

  • potrebbe ospitare strutture di servizio, controllo e riparazione, nonché di stoccaggio e rifornimento di propellente;

  • sarebbe un osservatorio ideale per identificare e caratterizzare gli asteroidi che passano vicino alla Terra;

  • dato che dà accesso all’intero emisfero lunare rivolto verso la Terra, diventerebbe la sede naturale per il coordinamento, comando e controllo delle missioni dirette alla Luna, e centro nevralgico per le operazioni in telepresenza  

  • Una volta in EML1, si potrebbe cominciare ad affrontare il problema dei satelliti fuori uso in GEO e dei detriti in LEO e questo spingerebbe la domanda di propellente. All’inizio, questo verrebbe necessariamente spedito dalla Terra, ma in pochi anni saremo in grado di ricavarlo altrove. La prima fonte dl propellente sarebbe la Luna.

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I principali bacini della Luna

L’acqua,  che si trova in varie forme sulla Luna e in grande quantità in tutto il Sistema Solare, è stata presto identificata come un prodotto chiave per le attività industriali nello spazio, principalmente per la produzione di propellente, di schermi contro le radiazioni e isolanti termici. L’estrazione di altri materiali, come metalli e terre rare, potrebbe rifornire gli impianti produttivi in microgravità i cui prodotti, come schiume metalliche e leghe particolari, troverebbero un buon mercato sulla Terra. Una delle maggiori difficoltà nell’utilizzo delle risorse lunari è data dall’aggregazione casuale dei materiali utili. Nel corso della storia del nostro satellite gli impatti violenti hanno infatti sparso sulla superficie gli elementi costituenti di asteroidi e comete, pertanto bisogna lavorare grandi volumi di materiale grezzo per ottenere quantità significative di materiale utile.

La comunità scientifica internazionale ha da tempo progettato di indirizzare la costruzione dei futuri radiotelescopi sulla faccia nascosta della Luna, la quale farebbe da schermo contro l’inquinamento radio proveniente dalla Terra. La radio-quiete sarebbe comunque disturbata dai segnali di origine terrestre riflessi dai piccoli corpi del sistema solare, che però equivarrebbero a un sussurro, se contrapposti al clamore proveniente oggi dal nostro pianeta. Questi impianti potrebbero inoltre ospitare il cannone laser, un elemento critico del cosiddetto Breakthrough Starshot

I prodotti di derivazione lunare avrebbero inizialmente un basso valore aggiunto, in quanto poco lavorati prima della spedizione alle strutture di fabbricazione nello spazio cislunare. I primi prodotti sarebbero, come già detto, il propellente e le schermature antiradiazioni, ma gradualmente si salirebbe nella scala del valore, ad es. con celle solari realizzate a partire dagli abbondanti silicati presenti nel suolo. Elementi strutturali in metallo estruso potrebbero invece venir sviluppati per l’uso sulla Luna stessa oppure per satelliti a energia solare in GEO o per l’assemblamento di sonde o astronavi in EML1.
Con l’aumento delle attività svolte sulla Luna, crescerebbe anche il numero di addetti necessari. I primi ad arrivare sarebbero i tecnici per la riparazione dei robot e per le attività di taratura e verifica. La regolite verrebbe usata come terreno di coltura non solo per le piante in grado di produrre ossigeno, ma anche per quelle a uso alimentare. La produzione agricola verrebbe esportata nello spazio cislunare e poi anche sulla Terra. Ci sarebbe domanda anche di regolite grezza da usare in giardini, serre e altre installazioni. In generale, si potrà stabilire sulla Luna qualsiasi attività che necessiti del vuoto. Un esempio è la produzione di vetro anidro, dalle componenti meccaniche e ottiche eccezionali.

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Mappa geologica della Luna

La creazione di un sistema di trasporto Terra-LEO, LEO-EML1 ed EML1-Luna (e oltre) creerà opportunità di “esportazione” dei prodotti dalla Luna, inizialmente destinati all’utilizzo in loco per parti di ricambio, habitat e utensili. Nascerà la figura dell’imprenditore cislunare. Con lo sviluppo delle infrastrutture, potranno essere sviluppati prodotti sempre più sofisticati e di sempre maggior valore. E infine ci saranno i turisti, vale a dire coloro che non avranno da assolvere uno specifico compito sulla Luna. È vero che gli habitat difficilmente potranno utilizzare i supporti vitali aggiuntivi necessari, ma il biglietto pagato dal turista incentiverà di sicuro la ricerca di soluzioni.

Quanto sopra descritto non dev’essere considerato come un piano vero e proprio, quanto come un’esplorazione della miriade di modi che esistono per creare valore nello spazio cislunare. Quello che accadrà effettivamente dipenderà più dalla necessità che dal desiderio. Le attività economiche si svilupperanno in risposta alle esigenze. Va sottolineato però che lo sviluppo economico non sarà facile: dipenderà da complesse reti di interrelazioni che si alimentano reciprocamente per far crescere l’intero complesso. Lo spazio, tradizionalmente considerato come il dominio esclusivo di scienziati e ingegneri, verrà percepito sempre più come un luogo dove svolgere attività economiche sempre più complesse perseguendo una futura prosperità.

FONTI:

The Cislunar econosphere (part  1) di Ken Murphy pubblicato su The Space Review il  20 febbraio 2012

The Cislunar econosphere (part  2) di Ken Murphy pubblicato su The Space Review il  27 febbraio 2012

Transportation Architecture for Cislunar Space di George Sowers pubblicato da ULA il 15 dicembre 2015

FAUSTO MESCOLINI e ROBERTO FLAIBANI

 

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