Lo sviluppo esplosivo dell’industria spaziale – 1

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Nasce l’industria spaziale

I progressi nella robotica e nella produzione incrementale (additive manufacturing / 3D printing) sono diventati elementi chiave per le prospettive dell’industria spaziale. È diventato fattibile avviare sulla Luna un impianto autosufficiente e auto-espansivo a costi ragionevolmente bassi. Sono stati sviluppati semplici modelli matematici per identificare i principali parametri del successo di una installazione riuscita. Essi indicano che una installazione basata esclusivamente su risorse proprie può essere ottenuta con appena 12 tonnellate (MT) di materiale industriale vario trasportato sulla Luna durante un periodo di circa 20 anni. Meno di un LEM, il modulo di allunaggio dell’Apollo, che ne pesava circa 15. L’equipaggiamento sarà inizialmente gestito da una postazione remota, poi passato alla piena autonomia in modo che l’industria possa espandersi fino alla Fascia Principale degli Asteroidi e oltre. La strategia iniziale si basa su un sistema di sub-replicazione che evolve verso la piena auto-sostenibilità (l’isolamento dall’esterno è completo) attraverso una spirale tecnologica realizzata sul posto. L’industria cresce esponenzialmente grazie alla libera disponibilità di territorio, energia e risorse materiali dello spazio.
La massa dei beni industriali al termine del’installazione sarà di 156 MT con 60 robot umanoidi, oppure di 40.000 MT con ben 100.000 robot umanoidi, se una produzione più veloce fosse supportata lanciando un totale di 41 MT sulla Luna. In poche decine d’anni ancora, senza ulteriori investimenti, si potrebbe ottenere una capacità industriale pari a milioni di volte quella degli Stati Uniti. L’utilizzo di modelli matematici con una larga gamma di parametri indica che questo risultato sarebbe ragionevole, sebbene siano necessarie ulteriori analisi. Questa industria promette letteralmente di rivoluzionare la condizione umana.

Le risorse del Sistema Solare sono la chiave del futuro dell’umanità. La domanda di energia e risorse materiali da parte della nostra civiltà sta rapidamente avvicinandosi ai limiti intrinseci del pianeta. Ci sono molteplici prove che stiamo cominciando a percepire quei limiti nel campo delle energie e delle risorse minerarie non rinnovabili (Bentley 2002, de Almeida e Silva 2009, Lin e Liu 2010, Mudd e Ward 2008), che non possono sostenere per un altro secolo i nostri attuali tassi di crescita della popolazione e dell’industrializzazione. Fortunatamente i processi che hanno reso la nostra Terra abitabile hanno anche dotato il Sistema Solare di una quantità di risorse letteralmente miliardi di volte più grande di quelle che esistono su un solo pianeta (Hartmann 1985, Lewis e Lewis 1987, Lissauer 1993, Duke ed altri 2006, Mueller et al.). La sfida sta nel trovare un modo per accedere a tali risorse a beneficio dell’umanità.

Finora questo non è stato economicamente fattibile a causa dell’alto costo del volo spaziale, in conseguenza delle grandi distanze e dei diversi livelli di energia orbitale che separano i corpi del nostro Sistema Solare. Gerard K. O’Neill (1989) aveva stimato negli anni ’80 che una colonia spaziale orbitante avrebbe potuto diventare economicamente conveniente solo se in grado di ospitare oltre 10.000 persone addette alla produzione. La storia ha dimostrato che non c’era possibilità di costruire una colonia spaziale se doveva essere così grande per riuscire a ottenere un profitto. Robert Zubrin (1999) ha sostenuto negli anni ’90 che le colonie manifatturiere umane sulla Luna o nella Fascia Principale degli Asteroidi non erano realizzabili a causa dell’enorme quantità d’energia necessaria per coltivare cibo per gli uomini e per la scarsità (nel caso della Luna) di alcuni elementi quali idrogeno, azoto e carbonio. Nelle loro analisi, O’Neill e Zubrin non includevano, per abbassare i costi, il contributo dei robot in sostituzione di quello degli esseri umani, probabilmente perché la tecnologia robotica era ancora troppo immatura per fare previsioni minimamente affidabili (analogamente, il presente studio ignora i possibili effetti delle nanotecnologie).

Da allora abbiamo visto come i progressi della tecnologia di produzione dei robot e quelli della produzione incrementale stanno cambiando le regole per quanto riguarda la colonizzazione spaziale. Di conseguenza è diventato economicamente fattibile – come cerchiamo di dimostrare in questo documento – l’avviamento di un’industria lunare autosufficiente e auto-espansiva che si diffonderà attraverso il Sistema Solare senza ulteriori spese per l’economia della Terra. Un altro elemento chiave è la scoperta del ghiaccio presso i poli lunari in grado di fornire grandi quantità di idrogeno, azoto e carbonio. La Luna possiede quindi tutti gli elementi necessari per ospitare una industria efficiente. Alla luce di questi progressi e scoperte che cambiano le regole del gioco, è importante riesaminare le prospettive per l’avvio di una industria spaziale.

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Generazion1 di una industria basata sulla Luna

Una volta correttamente implementata, una rete robotica può raggiungere, elaborare, trasportare e utilizzare le risorse del Sistema Solare per il bene dell’umanità. A differenza degli uomini, robot appositamente progettati non avranno problemi a percorrere le grandi distanze del Sistema Solare e potranno creare l’infrastruttura che ci permetterà di seguirli. Nel corso dei primi decenni, una infrastruttura vitale potrebbe essere installata sulla Luna e nella Fascia degli Asteroidi usando tecnologie che per la maggior parte sono solo poco oltre l’attuale stato dell’arte. Dopo di che avamposti umani, laboratori e osservatori potranno nascere ovunque tra la Fascia di Kuiper e Mercurio. L’infrastruttura potrebbe crescere in modo esponenziale e fornire all’umanità la capacità di fare cose che oggi sembrano solo sogni. Per rendere possibile tutto ciò molto presto, la maggior parte dei progressi tecnologici di cui abbiamo bisogno devono avvenire nella robotica e nella produzione incrementale. Le tendenze in questi campi ci lasciano ben sperare, quindi riteniamo che gli scenari che presentiamo qui non siano troppo ottimisti. Pensiamo altresì che i ricercatori addetti alle risorse spaziali avrebbero ragione di sentirsi motivati ​​nel loro lavoro. Stiamo puntando sul possibile, non sul fantastico.

Questo documento valuta approssimativamente la quantità di beni industriali (massa) e di tempo necessari per far raggiungere il “punto di accensione” a una industria lunare autosufficiente e in espansione, e dimostra che i costi di lancio potrebbero essere abbastanza bassi. Non valuta il costo per sviluppare le tecnologie necessarie e per gestire il macchinario inviato sulla Luna da  una postazione remota fino al raggiungimento dell’autonomia. Mentre la massa e i tempi sono abbastanza contenuti, potrebbe essere necessario suddividere le operazioni di caricamento in passaggi ancora più piccoli e meno costosi, suddividendoli in modo creativo tra il settore pubblico e quello privato: lasciamo questo modello di business strategico aperto a futuri contributi. Inoltre, i criteri di valutazione di questo documento sono molto approssimativi perché si prefiggono principalmente di stimolare il pensiero dei lettori su questo argomento e di avviare discussioni e approfondimenti all’interno della comunità spaziale. Uno studio completo sarà molto complesso e richiederà il coinvolgimento di un numero di collaboratori molto maggiore. Speriamo che questo documento aumenterà l’interesse e porterà a uno sforzo più grande e completo nel prossimo futuro.

Traduzione di ROBERTO FLAIBANI

Editing  di DONATELLA LEVI

 

Questo documento è apparso come preprint nel Journal of Aerospace Engineering Volume 26 Issue 1 (January 2013). La nostra traduzione riguarda solo l’abstract e l’introduzione (pag 1 e 2) ma in prospettiva vorremmo tradurre il documento per intero. Il titolo originale e gli autori sono:

robot, stampa 3D, industria spaziale

 

 

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