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Come e perché ci cimentiamo nell’esplorazione dello spazio
Incredibile. È sulle copertine delle riviste, nel palinsesto dei telegiornali, sui social-media. Gli indizi sono troppo evidenti per non notarli. Troppe coincidenze, troppi collegamenti. Da impenitente ingegnere aerospaziale, devo constatare, non senza la giusta dose di soddisfazione, che da qualche mese lo spazio è tornato di moda. Il pretesto è facile da cogliere: a 50 anni dalla storica missione dell’Apollo 11, che portò il primo uomo sulla Luna, l’argomento ritrova il suo antico fascino grazie alla rievocazione di quegli anni eroici.
Il ruolo dell’Italia
L’Italia ha una lunga e solida tradizione in questo settore. Cronologicamente, con il lancio del San Marco 1 nel 1964 l’Italia è diventata il quinto Paese al mondo a potersi fregiare di avere un proprio satellite in orbita (dopo URSS, USA, Regno Unito e Canada). Tuttavia, al contrario di quanto avvenuto per la missione britannica Ariel e per la canadese Alouette, che furono progettate e lanciate da personale statunitense, la progettazione e il lancio del San Marco 1 vennero interamente gestiti da personale italiano. La nostra è stata dunque la terza nazione al mondo a costruire e lanciare autonomamente un satellite artificiale in orbita terrestre.
Ancora oggi il nostro Stato partecipa generosamente alle finanze dell’ESA, l’agenzia spaziale europea: la classifica dei più grandi contribuenti ci vede al terzo posto, dietro Francia e Germania.
Ecco che allora parlare di spazio non è solo omaggiare i pionieri di 50 anni orsono, ma anche e soprattutto spiegare agli italiani di oggi come e perché i governi investono una (piccola) parte del gettito fiscale nel settore spaziale e raccontare loro quale futuro riusciamo a intravedere oggi.
Che cos’è l’esplorazione spaziale?
I sistemi spaziali coprono uno spettro molto ampio di applicazioni: telecomunicazioni, osservazione della Terra, sorveglianza e protezione civile, meteorologia, navigazione e posizionamento. Per questi scopi, lo spazio è diventato un elemento fondamentale perché rende possibile l’erogazione di servizi considerati allo stesso tempo scontati e imprescindibili (e che generano un rilevante indotto economico). Possiamo ormai spingerci a dire che, per gli usi in precedenza menzionati, lo spazio rappresenta un anello fondamentale nella catena tecnologica e in quella del valore. Usiamo infatti lo spazio tutti i giorni e spesso senza saperlo. Sono i satelliti che ci forniscono la TV o la telefonia, nonché la connessione internet in zone remote o a bordo di aerei e navi. Tramite i satelliti osserviamo il nostro pianeta per mapparlo, per monitorare le grandi infrastrutture e lo sviluppo urbano, per assistere nelle situazioni di crisi geopolitica o di catastrofe naturale, per preparare le previsioni meteo e studiare il clima. Senza satelliti non avremmo il GPS a disposizione, né per farci comodamente assistere dal navigatore quando guidiamo l’auto, né per immortalare le nostre imprese sportive con gli smartwatch.
Per questi usi ognuno di noi sperimenta benefici tangibili nella propria vita di tutti i giorni. Il futuro di questo comparto non è a rischio, in quanto legato a un ritorno funzionale ed economico immediato.
Ma esiste un’altra faccia dello spazio che è molto più difficile da ricollegare alla nostra esperienza quotidiana e di conseguenza più difficile da spiegare e da salvaguardare. Si tratta dell’esplorazione spaziale. L’esplorazione spaziale consiste nell’osservare, studiare, raggiungere e utilizzare ciò che si trova al di fuori del nostro pianeta, oltre la linea di Kármán, una soglia convenzionale posta a 100 km sopra il livello del mare e che separa l’atmosfera terrestre dallo spazio esterno.
Fanno parte dell’esplorazione spaziale sia le missioni che utilizzano sonde, infrastrutture e veicoli robotici che quelle coadiuvate da un equipaggio umano. In questa categoria ricadono dunque gli iconici programmi pionieristici del volo umano Vostok, Voschod, Mercury, Gemini, Apollo, nonché le varie stazioni Skylab, Mir, International Space Station, Tiangong. Annoveriamo tra le opere di esplorazione anche i velivoli come lo Shuttle, Orion, Dragon, Cygnus, IXV... e le grandi iniziative scientifiche volte a osservare e analizzare il Sistema Solare e lo spazio profondo (provando a includere sia i vecchi che i nuovi attori, possiamo citare Voyager, Mariner, Ranger, Pioneer, Lunokhod e Luna, Venera - Vega, Zond, SOHO, Rosetta, Integral, Exomars, Chandrayaan, Chang'e e moltissime altre ancora).
Quanto vale lo spazio?
Che cosa ci aspetta ora? Proviamo a fare un po’ di luce sul futuro dell’esplorazione spaziale.
Per identificare i protagonisti di questa storia si può utilizzare un marcatore classico: l’ammontare degli investimenti.
Globalmente, il settore spaziale vale più di 60 miliardi di dollari e le previsioni indicano che crescerà fino a quasi 80 miliardi entro il 2026. Più della metà di questo valore è legato a usi civili, la cui importanza è prevista in crescita nel decennio 2016-2026, fino a toccare il 65% del totale investito.
Oggigiorno tre aree geografiche dominano il mercato: il Nord America, con più di 36 miliardi, distacca nettamente il secondo e il terzo classificato, Asia ed Europa, praticamente a pari merito con 10 miliardi l’una.
Scendendo più nel dettaglio, i primi tre stati al mondo per valore di investimento sono USA, Cina e Russia. Il Giappone si posiziona al quarto posto, seguito dai tre primatisti europei, nell’ordine: Francia, Germania e Italia. La mappa del valore ci indica anche che l’India e gli Emirati Arabi Uniti (EAU) sono impegnati in un serrato inseguimento.
Con questa semplice carrellata abbiamo menzionato qual è l’ordine di grandezza della spesa pubblica nel settore e quali sono gli attori principali di questa avventura.
Quali sono le prossime tappe?
Formalmente, esiste un forum noto come International Space Exploration Coordination Group (ISECG, Gruppo di Coordinamento Internazionale per l’Esplorazione Spaziale) al quale partecipano le 14 principali agenzie spaziali mondiali. L’ISECG compila e pubblica periodicamente un piano non vincolante per l’esplorazione spaziale chiamato Global Exploration Roadmap. Il documento, in lingua inglese, è disponibile a chiunque, viene aggiornato circa ogni tre anni e merita assolutamente una lettura.
Ma anche senza citare esplicitamente la Global Exploration Roadmap, semplicemente analizzando le più importanti missioni previste nel prossimo futuro, si può capire quali sono le priorità nel campo dell’esplorazione.
Possiamo innanzitutto differenziare l’esplorazione robotica da quella umana.
Per quanto riguarda la robotica, tra il 2019 e il 2024 sono previste almeno 13 missioni verso la Luna, programmate da 7 nazioni (USA, Russia, Giappone, India, Sud Korea, Cina e Germania). I prossimi appuntamenti con il nostro unico satellite naturale sono Chandrayaan-2 (India), Lunar Scout (USA), Chang’e 5 (Cina). Gli scopi coprono molte aree della ricerca scientifica e tecnologica: lo sviluppo di navette, lander e rover (ovvero veicoli utili, rispettivamente, per arrivare fino a un’orbita vicina al corpo celeste prescelto, per passare dall’orbita al suolo eventualmente attraversando l’atmosfera, se presente, e per muoversi sulla superficie); lo svolgimento di analisi per localizzare e identificare le risorse naturali disponibili; la cattura e riconsegna a terra di campioni di materiali raccolti al suolo e sulle calotte polari.
Su Marte invece sono dirette ben 5 missioni, di cui 4 renderanno il 2020 un anno affollatissimo di lanci verso il Pianeta Rosso: partiranno infatti tra pochi mesi la seconda missione Exomars (Europa), Mars 2020 (USA), HX-1 (Cina) e Mars Hope (EAU). Farà seguito, nel 2022, Mangalyaan 2 (India). Europei, americani e cinesi si cimenteranno nel tentativo di mandare a destinazione e far operare ognuno il proprio rover. Stando alle più recenti dichiarazioni delle rispettive agenzie spaziali, EAU e India si limiteranno invece a mettere in orbita un satellite dedicato all’osservazione scientifica del pianeta e in particolare della sua atmosfera.
Rimanendo sempre nell’ambito dei veicoli automatici senza equipaggio, scopriamo che una consistente parte delle risorse è costantemente profusa in campo astronomico.
Diversi settori rientrano in questa voce. Annoveriamo qui lo studio degli asteroidi e dei corpi minori: Lucy (USA) visiterà sei asteroidi troiani (piccoli corpi celesti che condividono l’orbita con un corpo maggiore) situati in due diversi campi dell’orbita gioviana; Psyche (USA) inseguirà un interessantissimo asteroide metallico; ASTER (Brasile) raggiungerà un sistema ternario di asteroidi catalogati tra i NEO (Near Earth Objects) ovvero quei corpi celesti che percorrendo la loro orbita arrivano molto vicino alla Terra; DESTINY+ (Giappone) studierà l’eiezione di polveri da una cometa rocciosa; DART (USA) proverà a modificare la traiettoria di un asteroide impattando su di esso. A parte l’evidente interesse scientifico, queste missioni hanno anche lo scopo di validare tecnologie innovative e di accrescere le competenze tecniche, matematiche e ingegneristiche delle nazioni sponsor.
Sempre a fini astronomici, ma stavolta privilegiando i corpi maggiori del sistema solare, ci attendono molti altri progetti. Guarderemo verso il Sole: Solar Orbiter (Europa), Aditya-L1 (India); verso i pianeti interni: Venera-D and Mercury-P (Russia); verso le lune di Marte: Martian Moons Exploration (Giappone); verso Giove: JUICE (Europa), Europa Clipper ed Europa Lander (USA).
Parlando di esplorazione dell’universo, costruiremo telescopi spaziali per guardare sempre più lontano. Li useremo per individuare pianeti extrasolari e studiarne la formazione: PLATO e CHEOPS (Europa); per scrutare nell’universo più a fondo di qualsiasi strumento precedentemente creato: James Webb Space Telescope (USA, Europa e Canada); per osservare energia e materia oscura: Euclid (Europa); per investigare gli oggetti astronomici più esotici, come buchi neri, stelle di neutroni, pulsar e nuclei galattici: IXPE (USA) e ATHENA (Europa).
Per quanto riguarda le navicelle di trasporto, molte nazioni sono impegnate nello sviluppo di veicoli in grado di portare un equipaggio di 2-6 persone in orbita bassa terrestre, rimanere lassù autonomamente fino a 14 giorni (oppure attraccare a una stazione e rimanere in volo per un tempo molto più lungo) e infine rientrare sulla Terra per essere recuperate e riutilizzate. Tra questi prodotti annoveriamo l’indiana Gaganyaan, la cinese Shenzhou e l’americana New Shepard. Rimanendo negli Stati Uniti, non possiamo dimenticare che sono arrivate a compimento le due iniziative parallele di sviluppo di navicelle per orbita bassa terrestre finanziate dal Commercial Crew Program del governo: sono praticamente pronti per entrare in servizio sia lo Starliner di Boeing che il Crew Dragon di SpaceX. SpaceX ha anche in cantiere una evoluzione più audace con il suo Starship, soluzione ibrida a cavallo tra uno stadio di lanciatore, una navetta e un habitat orbitale. Proprio lo Starship sarà protagonista di una delle 4 missioni (3 statunitensi e una russa) che porteranno astronauti in orbita attorno alla Luna tra il 2022 e il 2025. Gli altri voli saranno svolti con l’americano Orion e il russo Federatsiya.
Nella sua terza missione verso la Luna (la seconda con esseri umani a bordo), Orion verrà scortato da altri due moduli, ESPRIT e UM, che serviranno da nucleo del futuro avamposto in orbita lunare denominato LOP-G (Lunar Orbital Platfor – Gateway). Lo scopo di LOP-G è di creare un punto di snodo, di rifornimento e di sosta per uomini e macchine diretti sulla superficie lunare o verso altre destinazioni più remote. Una di queste destinazioni potrebbe essere il famoso Mars Base Camp (USA), grande infrastruttura in orbita attorno al pianeta rosso, attualmente ancora alla fase embrionale di studio concettuale presso l’americana Lockheed Martin. Verso Marte sono rivolte anche le mire di un'altra nazione, gli Emirati Arabi Uniti, che portano avanti la loro politica spaziale alla luce dell’ambiziosissimo piano di lungo termine secondo il quale intendono stabilire il primo avamposto abitato su Marte entro il 2117.
Rimanendo in tema di stazioni, l’orbita bassa terrestre vedrà nel prossimo decennio un fiorire di iniziative. Accanto all’ormai celebre Stazione Spaziale Internazionale, prevista operativa fino al 2028-2030, si costruiranno stazioni commerciali (cioè finanziate e operate privatamente) come Axiom, Bigelow, Independence 1. Vi saranno anche infrastrutture governative di paesi fuori dalla sfera di influenza USA, come la cinese CSS e – notizia ancora dubbia – un riadattamento russo della ISS noto come OPSEK.
Piccolo glossario
esplorazione spaziale: la scoperta e lo studio di corpi e altre strutture celesti tramite l’utilizzo di tecnologie spaziali, ovvero tramite attrezzature, strumenti e veicoli capaci di muoversi e operare nello spazio invece che rimanendo basati a Terra; l’esplorazione spaziale può essere condotta sia tramite sonde automatiche robotiche che tramite missioni con equipaggio umano.
lander: letteralmente, veicolo d'atterraggio; è un tipo di sistema spaziale adatto a effettuare discesa e sosta sulla superficie di un corpo celeste, sopravvivendo all’attraversamento dell’atmosfera qualora presente.
navigazione satellitare: sistema che usa segnali satellitari per fornire un posizionamento geo-spaziale autonomo, ovvero capace di stimare in maniera sufficientemente precisa (con errore di pochi metri) longitudine, latitudine e quota del ricevitore a partire da segnali di tempo distribuiti per via satellitare.
orbita bassa terrestre: qualsiasi orbita attorno alla Terra che si situi a una altitudine compresa tra l'atmosfera e le fasce di van Allen, ovvero tra 160 e 2000 km.
spazio cislunare: la regione di spazio compresa tra la Terra (appena oltre il limite convenzionale dell’atmosfera) e la Luna (o appena poco oltre la sua orbita).
rover: veicolo, generalmente su ruote, in grado di muoversi sulla superficie di un corpo celeste.
Come usiamo lo spazio? / Che cosa facciamo nello spazio?
Innanzitutto, non dimentichiamo che utilizziamo già intensivamente lo spazio a fini commerciali (navigazione, televisione, comunicazioni, persino turismo). Tutte queste comodità sono disponibili grazie a satelliti che operano ininterrottamente al di sopra delle nostre teste e che dobbiamo proteggere. Uno degli scopi dell’esplorazione robotica è proprio lo studio dell’ambiente spaziale e del suo “clima” (micrometeoriti, vento solare, radiazioni...). Lo spazio è un luogo aggressivo e pericoloso: conoscerlo ci aiuta a prevedere eventi catastrofici e prevenire i danni che questi potrebbero arrecare sia alle nostre infrastrutture spaziali sia, in alcuni casi estremi, alle reti terrestri di distribuzione dell’energia elettrica e dell’informazione.
Mappare gli altri corpi celesti ci aiuta a capire meglio il nostro pianeta, a proteggerlo (per esempio dall’impatto di asteroidi) e a localizzare risorse potenzialmente utili (per esempio acqua o minerali).
Nello spazio svolgiamo anche esperimenti per comprendere meglio la fisica, la chimica e la biologia, ottenendone informazioni e tecnologie che contribuiscono al benessere di tutti noi.
Perché esploriamo lo spazio?
Arriviamo così quasi naturalmente ad affrontare il più difficile e il più bello dei pilastri di questa disamina: spiegare il motivo che ci spinge - come individui, come nazioni, come genere - all’esplorazione spaziale.
Abbiamo visto che lo spazio è una risorsa, in molti modi:
- è un punto di osservazione privilegiato sul nostro pianeta e sul resto dell’universo;
- è un componente strategico di molte infrastrutture e servizi sui quali facciamo affidamento per la nostra sicurezza e il nostro benessere;
- è un laboratorio di ricerca ad altissime prestazioni, che offre condizioni difficili o impossibili da replicare a terra (alto vuoto, radiazioni, caduta libera o microgravità…);
- è una fonte di materiali ed energia;
- è un porto sulle rive dell’ultima grande frontiera inesplorata e come tutti i porti è un rifugio per gli equipaggi, un luogo di rifornimento e un cantiere per costruire nuovi vascelli.
©Boeing
Dalla ricerca spaziale otteniamo un sapere che ci permette di collocarci consapevolmente nel nostro universo, comprendendo il valore e le debolezze del nostro pianeta, e ci spinge quindi a mantenere rapporti di pacifica cooperazione tra le nazioni.
Ma soprattutto, l’esplorazione spaziale ci permette di soddisfare la sete atavica di conoscenza che caratterizza il nostro genere. La scoperta e la conquista dell’ignoto sono la vocazione dell’umanità. Esploriamo lo spazio spinti dalla stessa pulsione con la quale cento anni fa esploravamo le regioni polari. Non sempre questo sforzo trova appoggio e comprensione nei governi, nell’industria, nel dibattito intellettuale. A questo proposito mi piace concludere citando un passaggio che Apsley Cherry-Garrard scrisse nel suo libro del 1922 The Worst Journey in the World (“Il peggior viaggio del mondo”). Nel 1910, all’età di 24 anni, Cherry-Garrard era zoologo e assistente biologo nella spedizione Terra Nova del Capitano Robert Falcon Scott in Antartide. In quella spedizione, la stessa in cui Scott perse la vita dopo esser stato battuto da Amundsen nella corsa al Polo Sud, Cherry-Garrard aveva il compito di raccogliere e riportare in Inghilterra alcune uova di pinguino imperatore, la cui ontogenesi veniva all’epoca considerata fondamentale per comprendere l’evoluzione di rettili e uccelli. Per questo motivo egli si cimentò in quello che è noto come Winter Journey, il viaggio d’inverno. Durante l’inverno australe, nel buio perenne, con temperature costantemente al di sotto di -40°C e spesso esposti a bufere di neve, Cherry-Garrard e due compagni trascinarono le proprie slitte per un mese lungo 200 Km di territorio antartico per recuperare tre preziose uova. Al rientro in patria, Cherry-Garrard si recò personalmente a consegnare le uova al National History Museum di South Kensington, ma venne ricevuto malamente e trattato con scortesia e sufficienza. Cionondimeno, Cherry-Garrard chiude il suo libro con queste bellissime parole:
«L’esplorazione è espressione fisica della passione intellettuale.
E questo vi dico, se avete sete di conoscenza e capacità di darle espressione fisica, andate ed esplorate. Se siete uomini coraggiosi non farete nulla: se siete timorosi potrete fare molto, perché nessuno come il codardo ha bisogno di provare il proprio coraggio. Alcuni vi diranno che siete pazzi, e quasi tutti vi diranno “Qual è lo scopo?” Perché siamo una nazione di bottegai e nessun bottegaio prenderà in considerazione una ricerca che non gli prometta un ritorno finanziario entro un anno. E così trascinerete la vostra slitta quasi da soli, ma quei pochi che trascineranno la slitta con voi non saranno bottegai: questo ha grandissimo valore. Se marcerete lungo il vostro Winter Journey avrete la vostra ricompensa, ammesso che tutto ciò che desiderate sia un uovo di pinguino.»
Riferimenti bibliografici
Materiale ASI, in Italiano:
- https://www.asi.it/it/attivita/esplorare-lo-spazio
- https://www.asi.it/sites/default/files/LISS_-_Lesplorazione_umana_dello_Spazio.pdf
Storia dello spazio in Italia (più file), in italiano:
Global Exploration Roadmap, in inglese:
Portale NASA sull’esplorazione, in inglese:
