05 marzo 2020

L'evoluzione delle attività spaziali

  • Di Giovanni Soccodato

Dai primi lanci al satellite quotidiano

Lo spazio è un concetto affascinante: basta alzare gli occhi al cielo di notte e lasciare andare il pensiero alle stelle, ai pianeti e ai satelliti che ci circondano e si perdono verso l’infinito. L’uomo, limitato per definizione nelle sue capacità, fatica a immaginare cosa esso sia realmente, fin dove si estenda e quali siano i fenomeni fisici che avvengono lassù. Nonostante ciò, lo spazio ha da sempre ricoperto un ruolo fondamentale nella storia dell’umanità e della sua evoluzione culturale, scientifica e tecnologica, con grande impatto sulla nostra vita quotidiana e un grande potenziale ancora da esplorare.

L’uomo delle caverne guardava il cielo e tremava alla vista di comete e meteoriti che si incendiavano a contatto con l’atmosfera terrestre. «Segno divino», pensava. A seconda delle latitudini e delle religioni, quel segno poteva essere benevolo o foriero di disgrazie, di certo fuori dall’operato dell’essere umano. Attraverso l’osservazione degli astri e della ripetitività di certi eventi, abbiamo poi imparato a distinguere i giorni e le stagioni – sviluppando così il senso del tempo – e abbiamo iniziato a organizzare la nostra vita secondo ritmi ciclici.

Con l’osservazione e lo studio, l’uomo è stato in grado di tracciare i movimenti degli astri ricavandone dei modelli generali, che gli hanno permesso di orientarsi su un pianeta che ancora non conosceva, che ancora non aveva codificato nelle mappe: tuttora le stelle sono il primo strumento di supporto alla navigazione a disposizione dei naviganti. Nasce il sestante e le stelle della volta celeste aiutano ad andare dove non si era mai andati.

Negli anni Cinquanta, lo spazio diventa a sua volta terreno di esplorazione. Non solo oggetto di studio fermo, fisso e lontano, ma protagonista della ricerca scientifica e dell’innovazione tecnologica, un “teatro” nel quale agire. Lì si sposta il terreno di confronto tra le due principali potenze economiche e militari dell’epoca e grazie a esso, la civiltà umana vive uno dei periodi più affascinanti e avventurosi della sua storia moderna: la corsa allo spazio.

Un’avventura incredibile: grandi risorse consentono alle menti più brillanti del pianeta di lavorare incessantemente alla ricerca spaziale, per permettere all’uomo di staccarsi dalla Terra e dalla sua confortevole e protettiva atmosfera per raggiungere il cosmo.

Anche se i russi in realtà sono stati i primi a portare l’uomo in orbita, i nomi più evocativi sono quelli delle missioni americane Mercury, Gemini e finalmente Apollo. Dopo le terre e i mari, l’uomo si spinge in un ambiente nuovo e inospitale nel quale le radiazioni solari, le temperature, l’assenza di ossigeno non permettono la sua permanenza neanche per pochi secondi. Dopo molti secoli, ancora una volta lo spazio incentiva l’uomo e il suo ingegno a trovare soluzioni che gli permettano di affrontare questo ambiente ostile. Nascono il goretex, i cibi liofilizzati, il velcro, la tac, il pacemaker; inizia la miniaturizzazione dell’elettronica avviando un effetto a catena che porterà decenni dopo ai personal computer (i cui antesignani già erano imbarcati a bordo dell’Apollo) e agli smartphone.

Nello scorso secolo abbiamo inviato satelliti in orbita intorno al nostro pianeta, siamo andati sulla Luna, e da lì rientrati sulla Terra. Abbiamo conquistato e conosciuto lo spazio riuscendo persino a crearvi una piccola comunità: la Stazione Spaziale Internazionale dove scienziati e ingegneri di tutto il mondo si incontrano e sperimentano tecnologie spaziali e non, testano i cambiamenti fisiologici dell’uomo esposto in maniera prolungata a radiazioni e microgravità, coltivano piante, provano farmaci e nuovi materiali per preparare le prossime sfide nella conquista del cosmo.

Tuttavia, per molto tempo, lo spazio è rimasto un ambiente per pochi. Poche nazioni avevano capacità tecniche e tecnologiche per accedervi e solo organizzazioni o enti controllati dallo Stato erano autorizzati a operarvi. Il suo utilizzo, anche a causa dei costi elevati delle missioni, è stato per molto tempo limitato a finalità esplorative, scientifiche, istituzionali e militari, mirato a sfruttare il vantaggio competitivo offerto dalla possibilità di poter godere di un punto di vista elevato e privilegiato per l’osservazione della Terra e per “rimbalzare” i segnali radio necessari alle telecomunicazioni.

A partire dall’inizio del nuovo millennio, complice l’evoluzione tecnologica e la conseguente riduzione dei costi associati alla messa in orbita di veicoli orbitali, lo spazio non è più il luogo inaccessibile che è stato una volta: tutti i principali paesi, anche nelle economie emergenti, hanno un programma spaziale, e si è aperto inoltre agli investimenti privati. Lo spazio si sta democratizzando: si parla di Space Economy, per indicare il grande potenziale visibile nello sviluppo di applicazioni basate su sistemi spaziali. La rivoluzione digitale ha semplificato le modalità con le quali interagiamo con lo spazio e con le infrastrutture che abbiamo spedito e messo in orbita. Parafrasando un’iconica citazione del 1962 del presidente americano John F. Kennedy, alla Rice University in Texas, potremmo dire che oggi andiamo nello spazio non perché “sia difficile” ma perché è… facile!

Le tecnologie che abbiamo sviluppato ci permettono di portare in orbita satelliti a costi decine di volte inferiori rispetto a quelli di trenta o quaranta anni fa: Elon Musk, l’inventore della Tesla (l’auto di serie interamente elettrica) ha creato un modo per riutilizzare almeno in parte i razzi che portano i satelliti in orbita, riducendo drasticamente il costo per ogni nuovo lancio. Oggi, diversi investitori privati stanno finanziando progetti per lo sviluppo di piccolissimi lanciatori che saranno in grado di mettere in orbita mini e microsatelliti (pesanti anche solo 1 kg), che, inviati nello spazio in sciami e mega-costellazioni di centinaia di unità, consentiranno di offrire servizi di connettività e osservazione con copertura globale.

A partire dall'inizio del nuovo millennio lo spazio non è più il luogo inaccessibile che è stato una volta: tutti i principali paesi, anche nelle economie emergenti, hanno un programma spaziale

(In copertina) Prima pagina de "Il Messaggero", realizzata da Piergiorgio Maoloni, 21 luglio 1969. (Sopra) Toroidal Colonies, Rick Guidice, 1975, rendering artistico commissionato dall'Ames Research Center della NASA

(In copertina) Prima pagina de "Il Messaggero", realizzata da Piergiorgio Maoloni, 21 luglio 1969. (Sopra) Toroidal Colonies, Rick Guidice, 1975, rendering artistico commissionato dall'Ames Research Center della NASA

Nel segmento delle telecomunicazioni satellitari in passato – grazie a pochi grandi satelliti posti a 36.000 km di altezza – abbiamo reso disponibili reti di comunicazione anche in aree remote, o realizzato trasmissioni televisive in diretta con grande copertura geografica. Oggi stiamo assistendo alla nascita di sistemi caratterizzati da un gran numero di satelliti di piccole dimensioni in grado di comunicare tra loro, che con apparati semplici e relativamente poco costosi daranno accesso a tutte le nuove tecnologie digitali. Starlink e OneWeb, ad esempio, sono due società che hanno recentemente iniziato a collocare in orbita migliaia di satelliti che nel prossimo decennio porteranno la connessione internet a banda larga lì dove le normali tecnologie non possono arrivare o non vi sarebbe convenienza economica nel farlo, eliminando il cosiddetto digital divide.

Anche nell’osservazione della Terra sono stati fatti passi da gigante: abbiamo superato la fase in cui eravamo in grado di ottenere dall’alto solamente poche immagini sgranate del nostro pianeta. Oggi grazie alle costellazioni di satelliti equipaggiati con sensori sempre più sofisticati, che utilizzano diverse tecnologie, abbiamo inventato “occhi” che possono riprendere la Terra con grande frequenza e in tutte le situazioni. I payload ottici di nuova generazione riescono a vedere dallo spazio con una risoluzione e nitidezza comparabili a quella delle moderne televisioni, permettendoci non solo di ottenere immagini, ma anche di girare video “spaziali”; con i radar riusciamo a vedere di notte o quando il cielo è nuvoloso; gli apparati iperspettrali possono invece analizzare lo spettro delle radiazioni emesse dai materiali sulla superficie terrestre e dirci se e quanto una condotta per il trasporto del petrolio perda nell’ambiente o in mare liquidi inquinanti, valutare le emissioni di gas o il livello di maturazione delle colture.

La “rivoluzione digitale” di inizio millennio ci consente oggi di immagazzinare l’enorme quantità di dati trasmessi da questi sensori e analizzarli con tecniche e algoritmi di big data analysis, per prendere decisioni informate su fenomeni che hanno una portata globale, come lo scioglimento del ghiaccio ai Poli, la riduzione dei ghiacciai himalaiani o la deforestazione dei polmoni verdi del pianeta, “predirne” l’evoluzione nei prossimi anni e attuare (se lo vorremo) le azioni necessarie per mitigarne i rischi. Le applicazioni dell’osservazione della Terra da satellite sono sempre più pervasive nella vita di tutti i giorni: guidano l’agricoltura di precisione, fornendo preziose informazioni su quando raccogliere i frutti o annaffiare i campi; sono utili per verificare eventuali abusi edilizi in zone a rischio; permettono di analizzare possibili danni alle infrastrutture costruite dall’uomo (ad esempio edifici o ponti) e sono uno strumento insostituibile per la protezione civile in caso di emergenze, terremoti, alluvioni o incendi, fornendo informazioni in tempo reale sul perimetro e l’estensione della calamità o sulle dinamiche con cui si propaga. Consentono infine di passare dall’intelligence militare a quella economica o industriale: confrontando le immagini satellitari riprese a intervalli regolari possiamo infatti verificare la frequenza dei camion che riforniscono un supermercato e stimarne il volume di affari, contare quante auto ci sono nel parcheggio di un concessionario o i container nei depositi di un porto e analizzarne le movimentazioni.

Pensiamo infine ai servizi per la navigazione e ai passi da gigante fatti dai tempi dell’osservazione delle stelle eseguita con il sestante: oggi sono attivi quattro sistemi di localizzazione che coprono l’intera superficie terrestre (l’americano GPS, l’europeo Galileo, il cinese BeiDou e il russo GLONASS) e individuano la posizione dei ricevitori con una precisione di centimetri, permettendo di completare mastodontici lavori di edilizia come autostrade, ponti e dighe con un errore di pochi millimetri rispetto a quanto pianificato su carta. I ricevitori, presenti anche in tutti i nostri smartphone, ci aiutano a non perderci quando giriamo in macchina o a piedi in una città che non conosciamo, ci ricordano il tracciato che abbiamo seguito in bicicletta così da poterlo condividere con i nostri amici, o identificano la località dove abbiamo scattato una foto. Già oggi, ma ancor più in futuro, i droni e tutti i robot o mezzi autonomi che iniziano a essere sperimentati utilizzeranno collegamenti o sistemi di posizionamento satellitari per la gestione delle operazioni BVLOS (Beyond Visual Line of Sight) o per gestire in autonomia la mobilità terrestre, aerea e marittima.

Se tutto ciò non bastasse, anche l’esplorazione dello spazio ha continuato a procedere: abbiamo sviluppato infrastrutture in grado di ospitare personale – che va e viene con navette o capsule – per diversi mesi. Abbiamo inviato sonde con equipaggiamenti sofisticatissimi in grado di trasmettere immagini e dati di pianeti e comete, anche in zone remote dell’universo, sviluppato strumenti automatici per la raccolta e analisi di campioni, alla ricerca della vita su altri corpi celesti, come il trapano che andrà su Marte con la missione ExoMars. Il prossimo futuro promette di arricchire ulteriormente l’offerta di “servizi spaziali”: già oggi abbiamo i primi voli turistici (a quote relativamente basse) anche se ancora molto costosi. Virgin Galactic ha però avviato un’iniziativa che prevede la creazione di una serie di “spazioporti” dove potranno decollare e atterrare voli regolari che porteranno persone “normali”, non astronauti che hanno fatto mesi e mesi di addestramento specializzato, a sperimentare il volo in assenza di gravità e osservare la Terra dal “buio” dello spazio. Si stanno facendo progetti per tornare sulla Luna in tempi brevi, e restarci, con delle basi permanenti che consentano di sfruttare le risorse naturali extra-terrestri, testare macchine e sistemi che possano preparare l’uomo per quella che sarà la nuova sfida “impossibile” del genere umano nell’esplorazione spaziale: raggiungere Marte.

Lo spazio è diventato accessibile, e ciò ha incrementato il numero di aziende e organizzazioni che ambiscono a inviare oggetti e sfruttarne le molteplici applicazioni, spesso con finalità commerciali. Dal lancio del primo satellite, il russo Sputnik 1 nel 1957, sono stati messi in orbita quasi 20.000 satelliti. Non ci meravigliamo quindi se questo sta iniziando a generare problemi di “sovraffollamento”: come sulla Terra anche nello spazio cominciano a circolare “detriti”, migliaia di pezzi grandi e minuscoli che girano in orbita a velocità altissima, generando grandi rischi per gli altri assetti spaziali che possono essere distrutti da un urto accidentale. Negli ultimi tempi sono state sviluppate tecniche che ci permettono di identificare, tracciare e addirittura prevedere dove tali detriti si sposteranno, e nei centri di controllo spaziale come il nostro Fucino – uno dei più importanti a livello mondiale – si moltiplicano le manovre di correzione dell’orbita dei satelliti per evitare collisioni altrimenti disastrose. Per il futuro si stanno sviluppando robot spaziali per aiutare i satelliti a fine vita a uscire dalle proprie orbite e dirigersi verso lo spazio profondo o per recuperarli e riportarli sulla Terra: si inizia così a parlare di sustainable space pensando di gestire non solo i detriti, ma anche le interferenze elettromagnetiche o le radiazioni solari.

Il sovraffollamento e soprattutto il crescente sfruttamento dello spazio genera inoltre, tanto quanto sulla Terra, problemi di confini e di diritto. All’aumento dell’attività spaziale umana infatti dovrà corrispondere anche un’elaborazione, necessariamente sovranazionale, del diritto spaziale che a oggi risulta inadatto a gestire questa nuova fase. Non risulta strano in questo senso che i principali paesi del mondo stiano, in forme diverse, creando vere e proprie forze armate spaziali da affiancare a quelle già presenti per terra, mare, cielo – e recentemente, cyber – per poter operare, ottenendo e difendendo la supremazia anche nello spazio.

Sarà quindi necessaria, nel prossimo futuro, una sempre maggiore e più stretta collaborazione tra istituzioni mondiali, cittadini e industria per poter governare in modo appropriato l’evoluzione delle attività spaziali e per capitalizzare al massimo i significativi investimenti a beneficio dell’intera comunità. Quel che è certo è che lo spazio continuerà ancora ad affascinare le giovani generazioni, ad attrarre grandi interessi, non solo economici, e a stimolare la capacità di innovazione e di cooperazione dei singoli e delle nazioni.

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