05 March 2020

L'esplorazione umana

  • Di Roberto Battiston

Scienza, tecnica ed economia per il futuro

La corsa spaziale

Sono passati 63 anni dallo Sputnik 1, 59 dal lancio di Jurij Gagarin e 51 dall’Apollo 11. La partenza dell’esplorazione umana dello spazio è stata esplosiva e ha fatto storia: l’hanno chiamata space race, la corsa senza esclusione di colpi, ma sostanzialmente pacifica, tra Unione Sovietica e Stati Uniti. Una corsa e non una guerra, una dimostrazione di potenza tecnologica per lasciare intendere che dietro c’era molto altro. Abbiamo assistito a una diplomazia spaziale aggressiva – che mostrava i muscoli, che amava fare azioni simboliche – fatta di eventi straordinari, gesti sorprendenti, dichiarazioni storiche. Grazie a questa gara si è aperta una nuova epoca, con gli astronauti nel ruolo di moderni eroi impegnati nell’esplorazione del cosmo, seguitissimi dall’opinione pubblica e conseguentemente, dai vertici politici.

Essere i primi nella conquista dello spazio divenne sinonimo di un segnale mandato al mondo intero per far capire chi fosse più avanti nella tecnologia, anticipando potenzialità di sviluppo utili anche nel settore militare, ma soprattutto inviando messaggi con un forte contenuto simbolico e di grande impatto mediatico.

Nella storica corsa allo spazio l’interesse militare non è stato l’elemento trainante; all’inizio, infatti, gli aspetti di space diplomacy hanno assunto un ruolo dominante. John F. Kennedy, che lanciò il programma spaziale Apollo per recuperare il distacco e superare l’Unione Sovietica, negli stessi anni in cui gestiva con fermezza la crisi della baia dei Porci e lo sviluppo del sistema missilistico ICBM, propose ai russi in ben due occasioni, una delle quali all’ONU nel 1963, di realizzare assieme il programma Apollo. Si può affermare che la collaborazione russo-americana sulla Stazione Spaziale Internazionale abbia portato a compimento, trent’anni dopo, la visione di Kennedy.

La space race è stata quindi un programma civile, anche se a terra la corsa agli armamenti era in pieno svolgimento e non c’è dubbio che la dimensione spaziale avesse attratto l’attenzione dei militari. Ciò nonostante è proprio in ambito spaziale che viene firmato nel 1967 il Trattato sulle norme per l’esplorazione e l’utilizzazione, da parte degli Stati, dello spazio extra-atmosferico, compresi la Luna e gli altri corpi celesti e viene creata la Commissione delle Nazioni Unite sull’uso pacifico dello spazio extra-atmosferico (COPUOS), che ancora oggi rappresenta l’unico ambito di discussione globale sui temi dell’utilizzo dello spazio.

L’uso militare dello spazio ha dunque seguito i progressi dell’esplorazione spaziale, concentrandosi sull’osservazione della Terra con satelliti controllati in remoto. Non si trattava di una autolimitazione imposta reciprocamente dalle due superpotenze. Vi erano e vi sono delle ottime ragioni tecniche per non affrontare la costruzione di una infrastruttura militare nello spazio dotata di armi convenzionali o nucleari, principalmente legate all’altissima velocità con cui i satelliti orbitano intorno al pianeta (circa 27 volte la velocità del suono). Un ipotetico razzo a testata nucleare inviato dallo spazio dovrebbe affrontare una brusca frenata al rientro nell’atmosfera, all’interno della quale si potrebbe muovere al massimo a 3-4 volte la velocità del suono. Per gli scopi militari risulta molto più efficace lanciare degli ICBM da terra.

Negli anni Settanta e Ottanta, il numero di satelliti spia ha quindi largamente superato quello dei satelliti dedicati ad attività civili o scientifiche. Rapporto numerico che si è poi invertito nei decenni successivi, con l’avvento di nuove tecnologie satellitari nonché di satelliti di telecomunicazione, di navigazione e di osservazione della Terra finalizzati a usi civili.

Essere primi nella conquista dello spazio divenne sinonimo di un segnale mandato al mondo intero per far capire chi fosse più avanti nella tecnologia

(In copertina) Decollo della missione lunare Apollo 11, John F. Kennedy Space Center, Cape Canaveral. (Sopra) Il lanciatore mobile della NASA viene trasferito nella High Bay 3 presso il Vehicle Assembly Building, John F. Kennedy Space Center, Cape Canaveral, foto di Cory Huston, 2018

(In copertina) Decollo della missione lunare Apollo 11, John F. Kennedy Space Center, Cape Canaveral. (Sopra) Il lanciatore mobile della NASA viene trasferito nella High Bay 3 presso il Vehicle Assembly Building, John F. Kennedy Space Center, Cape Canaveral, foto di Cory Huston, 2018

La Stazione Spaziale Internazionale

Il programma Apollo rimarrà nella storia, nonsolo per la straordinaria efficacia e velocità con cui fu attuato, ma anche per i risultati raggiunti. Resterà probabilmente unico, inoltre, per la rapidità con cui fu terminato. Dopo l’enorme risonanza dell’Apollo 11, le missioni lunari persero gran parte del loro fascino già con l’Apollo 12, vale a dire nel giro di pochi mesi. L’Apollo 13 tenne di nuovo l’umanità con il fiato sospeso a causa dell’incidente, ma le altre missioni lunari, fino all’Apollo 17, egualmente straordinarie dal punto di vista tecnico e scientifico, divennero rapidamente routine. Tutto ciò è dimostrato dal fatto che ancora oggi, a cinquant’anni di distanza, non è stata analizzata la gran parte dei circa 700 kg di rocce lunari riportate sulla Terra dalle missioni Apollo.

Dopo il programma Apollo le due superpotenze continuarono però a sviluppare il programma umano in orbita bassa, che portò, a partire dagli anni Novanta, alla progettazione e realizzazione della Stazione Spaziale Internazionale (ISS) in collaborazione con Giappone, Europa e Canada. Il successo della ISS può essere valutato sulla base degli obiettivi che ne avevano giustificato la sua creazione. In primo luogo corrispondeva alla necessità di mantenere operativa e potenziare la struttura industriale spaziale occidentale. In secondo luogo puntava al coinvolgimento e reindirizzamento della capacità spaziale russa: la Stazione MIR è stata infatti abbandonata, seppure dopo grandi resistenze da parte russa. In terzo luogo vi erano motivi scientifici legati allo studio del comportamento dell’uomo esposto per lunghi periodi alle condizioni spaziali. In quarto luogo i motivi scientifici legati allo sfruttamento della condizione di microgravità (assenza di peso) per ricerche scientifiche e tecnologiche aventi possibili ricadute industriali.

A vent’anni dall’inizio dell’operatività dell’ISS, è possibile fare un bilancio. Certamente il primo obiettivo è stato centrato, ed è stato ormai esaurito: l’aspetto di sviluppo e rafforzamento industriale si è però evoluto in modo molto efficace, pur se principalmente nel contesto americano, con la commercializzazione dei servizi di trasporto in orbita bassa e la conseguente crescita di nuove capacità e di nuovi attori industriali (ad esempio SpaceX).

Anche il secondo obiettivo è stato raggiunto: la partecipazione russa alla ISS è stata sostanziale e collaborativa. Non solo, ma la ISS è sopravvissuta alla crisi dello Shuttle proprio grazie alla disponibilità della Soyuz, che ha permesso a tutti i partner, a partire dagli americani, di continuare il programma ISS dopo il ritiro dello Shuttle nel 2012, in attesa del servizio commerciale umano in orbita bassa che, al momento in cui scriviamo non è ancora disponibile. La ISS ha continuato a operare senza interruzioni in anni in cui le due superpotenze hanno peggiorato sostanzialmente i loro rapporti (basti pensare all’embargo collegato alla crisi ucraina), a ulteriore dimostrazione della potenza della dimensione di space diplomacy.

II terzo obiettivo è stato solo parzialmente raggiunto: il numero di esperimenti effettuati sugli astronauti durante voli di lunga durata è limitato rispetto alla complessità della risposta del nostro organismo alle condizioni prolungate di microgravità. Ad esempio, solo in tempi recenti sono stati scoperti effetti importanti, come i problemi al sistema visivo oppure la modifica dei telomeri a livello cellulare. Moltissimo rimane ancora da fare per prepararci a missioni umane più impegnative, come quelle marziane.

L’ultimo obiettivo è stato sostanzialmente mancato: la complessità, la tempistica, i costi degli esperimenti in microgravità si sono rivelati tali da rendere poco competitiva la scienza effettuata nello spazio rispetto ai progressi nei laboratori di terra. Nel progresso scientifico conta la qualità (come le condizioni di assenza di gravità) ma anche la rapidità con cui i dati vengono raccolti (il numero di esperimenti effettuati nell’unità di tempo) e con cui si variano le condizioni sperimentali in risposta ai risultati ottenuti. La presenza umana sulla ISS ha rappresentato spesso un limite, dovuto alle stringenti condizioni di sicurezza imposte dalla presenza degli astronauti, più che una risorsa. Oggi i laboratori di microgravità vengono realizzati in maniera completamente differente, automatizzando le procedure sperimentali e diminuendo radicalmente i costi di ogni singolo esperimento, utilizzando piccoli satelliti controllati in modo remoto.

A parziale compensazione, si sono sviluppate delle linee scientifiche che sfruttano la ISS non come laboratorio di microgravità ma come piattaforma di supporto per osservare l’universo o la Terra con strumenti che sfruttano le importanti risorse messe a disposizione dalla Stazione. Un esempio interessante è certamente il rivelatore di particelle Alpha Magnetic Spectrometer (AMS), dedicato alla misura di precisione dei raggi cosmici per la ricerca dell’antimateria e lo studio della materia oscura: le sue grandi dimensioni e il peso, la necessità di potenza elettrica e di trasmissione di grandi quantità di dati, rendono la ISS la piattaforma ideale per il funzionamento di un esperimento di questo tipo.

La Stazione Spaziale Internazionale fotografata dallo Space Shuttle Discovery, 2007

La Stazione Spaziale Internazionale fotografata dallo Space Shuttle Discovery, 2007

Cosa accadrà dopo la ISS

A vent’anni dalla sua entrata in funzione, la questione del futuro della ISS è oggi sul tavolo delle agenzie spaziali. Fino al 2024 il suo funzionamento è garantito da decisioni prese dai partner internazionali nel 2016, alla ministeriale ESA tenutasi in Lussemburgo. A partire da questa data varie ipotesi sono possibili. Innanzitutto, la certificazione della ISS mostra un ottimo stato di salute della Stazione, che giustificherebbe l’estensione delle sue operazioni probabilmente fino al 2030. D’altra parte, con l’amministrazione Trump, la NASA sta focalizzando i suoi sforzi sul programma Artemis, che prevede la creazione di una base circumlunare, una stazione spaziale di dimensioni ridotte e non permanentemente abitata, quale elemento abilitante per future missioni umane sulla Luna, con lo scopo di stabilire una colonia permanente sul nostro satellite. Un primo sbarco è previsto addirittura nel 2024.

Questa tempistica sembrerebbe spingere in direzione di un sostanziale reindirizzamento dei fondi dalla ISS verso il programma lunare, e questo si può fare solo attraverso una fase di privatizzazione, almeno parziale, dello sfruttamento della ISS. Non è chiaro, tuttavia, come raggiungere tale obiettivo. La privatizzazione delle orbite basse ha fatto sì che i servizi di trasporto di materiale e astronauti vengano forniti chiavi in mano dai privati alla NASA e ai suoi partner internazionali. Si è trattato di un cambiamento di governance più che di uno spostamento di costi a carico dei privati.

La vendita di risorse o servizi legati alla ISS, si scontra invece con i costi elevati della sua gestione: trovare le condizioni per una partecipazione significativa dei privati al costo delle operazioni della Stazione appare una sfida molto più complessa che passare la responsabilità dei servizi in orbita bassa.

Siamo in un periodo di transizione e le prospettive sono fortemente influenzate dalle decisioni politiche del governo americano, a loro volta collegate all’andamento delle elezioni presidenziali del 2020. Da questo punto di vista, infatti, appare ancora irrisolta la questione del finanziamento del programma Artemis: le risorse economiche necessarie per tornare sulla Luna nel periodo 2021-24 richiedono un sostanziale aumento del bilancio della NASA da parte del Congresso, attualmente, però, non previsto.

Oggi una cosa appare invece chiara: con l’attuale governo USA è cambiata sostanzialmente la strategia di space diplomacy che aveva guidato la fase di preparazione della ISS alla fine del secolo scorso e che ne ha garantito il successo tramite la creazione di una collaborazione internazionale fra tutti i paesi dotati di importanti programmi spaziali, Russia in primo luogo. Siamo, quindi, in presenza di una strategia basata sulla dominanza del partner americano. Questo ruolo asimmetrico, non solo non si dimostra attrattivo nei confronti di paesi che nel frattempo sono diventati attori primari nel settore spaziale avendo sviluppato programmi di rilevanza mondiale, Cina e India innanzitutto, ma sembra addirittura mettere in discussione la storica collaborazione americana con i russi. La mutata strategia di space diplomacy è inoltre rafforzata da un elemento di space economy anch’esso caratteristico del sistema USA e legato alla presenza di importanti attori privati, non presenti altrove.

Rappresentazione grafica del veicolo spaziale Crew Dragon sviluppato da SpaceX, 2014

Rappresentazione grafica del veicolo spaziale Crew Dragon sviluppato da SpaceX, 2014

Luna o Marte?

Il mondo spaziale non è nuovo a queste oscillazioni sulla destinazione da privilegiare per l’esplorazione spaziale. Guardando a quello che è successo negli USA si potrebbe dire che, dopo la conclusione del programma Apollo, il ritorno sulla Luna sia più nelle corde repubblicane, mentre andare per la prima volta su Marte rappresenti meglio la posizione dei democratici. Probabilmente la ragione vera di queste esitazioni è l’assenza di una motivazione sufficientemente forte per far convergere l’intera nazione su un obiettivo di lunga durata, come accadde ai tempi di Kennedy.

Ma, come abbiamo detto poco sopra, si tratta di una situazione in evoluzione. È sempre più evidente che è iniziata una nuova corsa allo spazio, con la Cina e l’India che mettono in atto programmi spaziali sempre più ambiziosi, spingendo gli Stati Uniti verso una risposta motivata più da ragioni politiche interne a breve termine, che da una visione di lungo respiro.

Se guardiamo alla questione con attenzione, appaiono chiari due aspetti, uno sociologico e uno tecnico. Il primo riguarda la presenza di nuovi attori sulla scena spaziale internazionale: grandi imprenditori privati americani, figure come Elon Musk, Jeff Bezos e Richard Branson, per intenderci. Il desiderio di conquistare Marte e di continuare con la colonizzazione del sistema solare, anima le loro strategie di investimento, ben al di là del ritorno economico. Difficile valutare quale sia la probabilità di riuscita: è però vero che gli sviluppi più originali degli ultimi anni nel settore dei lanciatori sono dovuti al loro lavoro e ai loro investimenti. Indubbiamente partecipano alla nuova corsa allo spazio, operando in modo determinato ma con modi e tempi diversi dalle agenzie governative. È difficile dire fino a che punto le agenzie e i privati possano collaborare e fino a che punto siano in competizione. In un mondo ideale i grandi attori privati dovrebbero sedere allo stesso tavolo dei paesi impegnati nell’esplorazione spaziale, ma abbiamo già commentato quanto sia difficile oggi riunire attorno allo stesso progetto di esplorazione anche solo le diverse agenzie spaziali.

La seconda questione è di carattere tecnologico. Non se ne parla mai abbastanza, ma, nonostante il progetto Apollo e venti anni di operazioni umane in orbita bassa, le tecnologie per una missione umana verso Marte non sono ancora pronte. Non si tratta solo del problema, serio, della protezione dalle radiazioni ionizzanti. Le tecnologie correnti, usate per realizzare complessi sistemi spaziali, sono troppo rischiose: per quanto possa essere aumentata la ridondanza e il livello dei controlli di qualità, siamo sempre esposti a degli imprevisti, talvolta con conseguenze gravissime. Pensiamo a quello che è successo a Luca Parmitano nella sua prima EVA, nel corso della quale c’è stata una perdita d’acqua da una valvola interna della tuta posta all’altezza del casco.

Per affrontare sei mesi di missione, seguita da un “ammartaggio”, un periodo sul pianeta rosso, una ripartenza e un viaggio di altri sei mesi verso la Terra, occorrono tecnologie la cui affidabilità abbia ordini di grandezza migliori di quelle attuali. La chiamerei tecnologia “Passengers” dal titolo di un recente film, incentrato su una astronave basata su sistemi che si autoriparano continuamente e quindi in grado di assicurare agli astronauti la protezione di cui hanno bisogno in tutte le fasi della missione. La capacità di autoripararsi è una delle caratteristiche di tutti i sistemi biologici, ma è quasi completamente assente nelle tecnologie a nostra disposizione. È indubbio che questa caratteristica ci serva per andare su Marte, dove gli astronauti saranno lontanissimi dal pianeta Terra e spesso persino tra loro. Per raggiungere tale obiettivo è necessario uno sforzo tecnologico formidabile, in grado di sfruttare il potenziale di tecnologie come l’Intelligenza Artificiale, i materiali nanostrutturati e la biologia sintetica. Si tratta di un programma paragonabile per intensità a quello dell’Apollo, ma che avrebbe ricadute straordinarie di carattere industriale e sulla qualità dei prodotti realizzati sulla Terra, proprio come è successo negli anni Sessanta. Questo programma potrebbe, inoltre, essere messo a punto colonizzando la Luna con sistemi robotici, piuttosto che con una colonia di esseri umani. Ricordiamo infatti che la caratteristica che rende unico il nostro satellite, peraltro molto inospitale, è quella di essere soltanto a 1,2 secondi luce dalla Terra, fatto che ci permetterebbe di teleoperare a distanza, con molta facilità e in piena sicurezza. La risposta alla domanda Luna o Marte, vedrebbe, in questo scenario, prima la Luna come fase di test delle tecnologie necessarie a colonizzare, poi Marte.

Nonostante il progetto Apollo e venti anni di operazioni umane in orbita bassa, le tecnologie per una missione umana verso Marte non sono ancora pronte

Rappresentazione grafica del veicolo spaziale Dragon di SpaceX su suolo marziano, 2015

Rappresentazione grafica del veicolo spaziale Dragon di SpaceX su suolo marziano, 2015

Share on social networks

Ultimo numero Civilità della Macchine

La Rivista - Civiltà delle Macchine

Maggio 2020

Quali saranno le conseguenze economiche, politiche e sociali della pandemia? È questo il focus del nuovo numero della rivista che vede gli interventi, tra gli altri, di Chiara Saraceno, Michele Fusco,Emanuele Felice e Francesco Grilllo. In apertura, inoltre, l’intervista al premio Nobel della fisica 2019 Didier Queloz.

Museums System

The Leonardo museums bear exceptional witness to the technological and industrial memory and constitute an instrument of dialogue and constant sharing between the company and the territory. They were born out of the awareness that a large part of the industrial culture of our time is not only produced by the great cultural and educational institutions, but is also formed within companies. Living, dynamic structures, corporate museums represent a point of reference for communities and territories, centres of industrial culture open to visitors, researchers, students, economic and cultural operators.

Leggi Tutto
Copyright © 2019 Leonardo S.p.A. Privacy & Cookie Policy