Spazio
Verso la Luna e Marte – Mappare la nuova corsa allo spazio
Corsa allo spazio 2.0
La prima esplorazione dello spazio da parte dell’umanità è avvenuta durante la Guerra Fredda e la grande lotta per il potere tra gli Stati Uniti e l’Unione Sovietica. Purtroppo, sembra che una delle più grandi conquiste della nostra specie abbia avuto bisogno di conflitti e della minaccia di guerra per avanzare.
Dopo l’allunaggio dell’Apollo 11 e il crollo dell’Unione Sovietica, l’impulso per andare nello spazio si è un po’ attenuato. Decennio dopo decennio, sono trascorsi sempre più anni senza che un solo essere umano avesse camminato sulla Luna.
Ma una nuova corsa allo spazio si sta riscaldando, e come la prima, è alimentata dalla crescente rivalità tra gli Stati Uniti e la nuova potenza emergente, la Cina. Con la Russia, erede dell’Unione Sovietica, pronta a unirsi alla Cina.
Quando si discute dei recenti progressi nell’esplorazione dello spazio, tendiamo a concentrarci sul breve termine, come l’impressionante atterraggio di SpaceX di alcuni giorni fa.
O sul lungo termine, come il fatto che potremmo costruire un’economia globale basata sullo spazio o le infrastrutture necessarie per arrivarci, comprese soluzioni energetiche pulite e illimitate per la Terra.
Menos frequentemente discusso nel prossimo futuro, 1-2 decenni, nonché i piani di agenzie pubbliche e aziende private non occidentali.
Stazioni spaziali
ISS
Dopo la fine della stazione spaziale russa Mir nel 2001, solo la ISS (Stazione Spaziale Internazionale) era ancora in orbita con astronauti.
Source: NASA
Questo vecchio pezzo di attrezzatura, iniziato nel 1998, è sempre più difficile da mantenere e soggetto a guasti. Di conseguenza, si prevede che sarà dismessa entro il 2030.
Nell’estate del 2024, la NASA ha annunciato che SpaceX era stata selezionata per sviluppare e consegnare il veicolo di disorbita degli Stati Uniti.
Tiandong cinese
La ISS è stata recentemente raggiunta dalla stazione spaziale cinese Tiandong (che significa Palazzo Celeste), la cui costruzione è iniziata nel 2021.
Source: Wikipedia
La Cina ha deciso di costruire la sua stazione dopo l’emendamento Wolf, una legge statunitense del 2011 che vietava alla Cina di collaborare con gli Stati Uniti, l’Europa o il Giappone nell’esplorazione dello spazio, in particolare nella ISS.
Adesso è ampiamente considerata un’idea sbagliata, e ha scatenato la Cina a sviluppare la sua capacità di lancio e costruzione di stazioni spaziali. Tiandong si apre ora per astronauti non cinesi, probabilmente per primi i suoi partner russi, che sono stati fondamentali per accelerare i progressi della Cina nello spazio.
La Cina pianifica di raddoppiare la stazione da 3 a 6 moduli nei prossimi anni. Ciò porterebbe la sua massa a 180 tonnellate metriche, o solo il 40% delle 450 tonnellate della ISS.
Source: Wikipedia
Le discussioni online si sono anche concentrate su come il design interno di Tiandong sia più fluido rispetto alla ISS, ma questo è probabilmente un po’ ingiusto, poiché Tiandong ha tratto vantaggio da tecnologie informatiche molto più recenti e dall’esperienza della costruzione di Mir e della ISS.
Source: Reddit
Tiandong darà esperienza ai taikonauti cinesi, il termine cinese per astronauta, come i russi usano cosmonauta, e sarà utilizzato per eseguire missioni scientifiche.
Servirà anche un telescopio spaziale simile a Hubble chiamato Xuntian (“indagine dei cieli”), che condividerà l’orbita della stazione spaziale e sarà fornito da Tiandong per riparazioni, manutenzione e future aggiornamenti.
“Il telescopio Xuntian è stato il progetto scientifico più importante dal lancio del nostro programma di stazione spaziale. È una struttura scientifica che la comunità astronomica cinese ha atteso con ansia, e una struttura che rappresenta la tecnologia di alto livello nel campo dell’astronomia.
Hubble può vedere una pecora, ma il CSST vede migliaia, tutte alla stessa risoluzione,”
Zhou Jianping – Capo progettista del programma spaziale cinese
Stazione russa
Dalla fine di Mir, la Russia è stata un partner chiave nel programma ISS, riflesso di una nuova era di budget limitati post-Unione Sovietica e migliori relazioni internazionali.
La guerra in Ucraina ha pesato molto su questo, e nel 2024 ha annunciato piani per uscire dal programma ISS e costruire la sua stazione spaziale a quattro moduli. Il primo modulo sarà lanciato entro il 2025, con i 4 moduli principali attaccati entro il 2030 e 2 altri entro il 2033.
Source: Payload
Questo piano ambizioso illustra l’intento di Mosca di rimanere un partner indipendente alla Cina e non dipendere interamente da essa per quanto riguarda l’esplorazione dello spazio. Tuttavia, potrebbe soffrire di vincoli di budget se la guerra in Ucraina persiste o se l’economia russa si rallenta. Dipenderà anche molto dal successo del recente test del lanciatore pesante Angara A5.
Portaci sulla Luna
Oltre alle stazioni spaziali, la Luna è la principale preoccupazione della nuova corsa allo spazio, con la NASA e i suoi partner internazionali, nonché la Russia e la Cina, che pianificano di costruire basi abitate in modo permanente.
Ciò è dovuto a alcuni punti chiave che rendono la Luna molto attraente per un primo passo nella colonizzazione interplanetaria.
Prossimità
Il primo argomento per sviluppare la nostra prima base spaziale sulla Luna è che è relativamente vicina alla Terra. Contrariamente a ciò che potrebbe essere atteso, ciò non riduce significativamente il numero totale di lanci di razzi o l’energia richiesta per raggiungerla. Una volta in orbita, tutto nel sistema solare è “vicino” in termini di energia richiesta.
Tuttavia, è un viaggio molto più breve. Ciò ha diversi vantaggi:
- Menor tempo di viaggio significa meno esposizione alle radiazioni e meno necessità di scudi di protezione per la nave spaziale in transito.
- Portare forniture aggiuntive in caso di emergenza o evacuare un astronauta malato o ferito è più veloce.
- C’è quasi nessun ritardo nella comunicazione (1,25 secondi), che consente una comunicazione quasi istantanea, conversazione in tempo reale e assistenza con sistemi teleoperati.
Gravità
La gravità della Luna è 1/6 di quella della Terra. Ciò non è molto, ma potrebbe aiutare a ridurre gli effetti negativi sulla salute della microgravità, come quelli sulle stazioni spaziali. Potrebbe essere una miniera di informazioni per comprendere cosa fa la gravità bassa, ma non nulla, al corpo umano nel lungo termine, qualcosa che ancora non è compreso. E ovviamente, ciò è un dato molto importante da comprendere se un giorno potremmo stabilirci su Marte.
Ciò rende anche tutto, dalla produzione alla manutenzione e alla vita quotidiana, più facile. Gli oggetti cadono, i liquidi e il cibo non galleggiano intorno, ecc.
Regolite metallica
Molti immaginano la superficie della Luna come fatta di una roccia bianca polverosa. Invece, la superficie della Luna, specialmente i primi 15 metri (16 iarde), è fatta di una fine polvere abrasiva da bombardamento meteoritico, chiamata regolite.
Questa regolite è composta principalmente da ossigeno (43%) e silicio (20,1%), ma anche da molti metalli: 12,5% ferro, 7,4% alluminio, 6,1 magnesio e 1,8% titanio. Ciò significa che potrebbe fornire, direttamente in superficie, tutti i metalli di cui avremmo bisogno per costruire grandi habitat e pannelli solari per una base lunare.
Potrebbe anche fornire più metalli di quanti ne servano per costruire pannelli solari per alimentare la Terra o grandi navi spaziali per transiti di massa su Marte.
È anche possibile fondere e raffinare usando risorse locali relativamente facilmente. Per ulteriori informazioni, è possibile consultare il video eccellente (e lungo) del canale Astrum sull’argomento:
https://www.youtube.com/watch?v=OjQpcOWwUMk
Assenza di aria
Poiché la Luna è senza aria, probabilmente non avrà mai miliardi di abitanti. Tuttavia, ciò ha alcuni vantaggi significativi.
Il primo è che la fusione della regolite metallica in un vuoto spinto può essere fatta trasformandoli in gas. Ciò può essere fatto a temperature al di sotto di 1.000°C, facile da raggiungere con concentratori solari.
Un altro vantaggio dell’assenza di aria combinata con la bassa gravità è che lasciare la superficie lunare è molto più facile che lasciare la superficie terrestre. Mentre sulla Terra, i driver di massa, una sorta di catapulte spaziali ad alta velocità, sono ancora fantascienza, potremmo probabilmente costruirne uno sulla Luna domani con il budget giusto.
Combinato con l’abbondanza di materiali locali, ciò suggerisce che potrebbe avere più senso estrarre e produrre la maggior parte dei materiali necessari per l’esplorazione dello spazio sulla Luna.
Piani lunari della NASA
I piani della NASA per la Luna sono coperti dalle missioni Artemis, a partire da Artemis I fino ad Artemis IV, con la costruzione di una base lunare permanente, nonché di una stazione spaziale in orbita lunare, la Porta lunare.
Source: NASA
Il piano è di avere una missione all’anno, con 4 astronauti ogni volta, 2 in orbita e 2 sulla Luna stessa.
Source: The Planetary Society
Ritardi si accumulano
Un problema ricorrente nel programma Artemis è il ritardo nella pianificazione. Nel 2020, Artemis II e III erano già previsti per il 2024.
Un problema chiave è il SLS (Sistema di Lancio Spaziale), un nuovo razzo costruito dai grandi appaltatori di difesa e aerospaziale Boeing, Aerojet Rocketdyne (parte di L3Harris), Lockheed Martin e Northrop Grumman. I costi di sviluppo del SLS sono esplosi a 100 miliardi di dollari, o 12 milioni di dollari al giorno, e hanno subito diversi fallimenti durante i test. In quanto razzo non riutilizzabile, aumenta anche notevolmente il budget delle missioni lunari.
Il lander lunare, o Sistema di Atterraggio Umano (HLS), sta anche subendo ritardi, che è stato valutato con una probabilità del 70% di essere pronto entro il 2028. Nel frattempo, il team del rover Artemis di Lockheed Martin sta essere sostituito da dipendenti Leidos.
La scadenza più vicina per il ritorno degli esseri umani sulla Luna è adesso il 2026, con abitazioni lunari (Abitazione di base e Abitazione mobile) lanciate entro il 2032.
Nel complesso, i ritardi ripetuti e i costi eccessivi hanno impattato sulla reputazione della NASA e hanno fatto disperare molti appassionati di spazio di quando l’Artemis sarebbe effettivamente avvenuto.
Piani lunari della Russia e della Cina
Nel 2021, la Cina ha annunciato un piano per costruire una base lunare congiuntamente con la Russia, nonché collaborare con una serie di altri paesi, principalmente in Asia e Africa.
Source: Wikipedia
Ciò segue il recente grande successo della sonda cinese Chang’e 6, che ha portato il primo campione di roccia lunare dal lato opposto della Luna.
La missione Chang’e-7, prevista per il 2026, esaminerà il polo sud, che è stato selezionato come sito per la futura base lunare.
Chang’e-8 sarà lanciata nel 2028 per sperimentare l’uso di risorse lunari per la produzione in situ.
Il piano pubblico è molto meno dettagliato del programma Artemis. Tuttavia, sappiamo alcune cose:
- Sarà diviso in 3 fasi e richiederà 5 missioni da lanciatori super-pesanti ancora in sviluppo.
- La prima fase sarà dedicata a misurazioni scientifiche e risorse locali.
- La seconda fase costruirà gli elementi di base e il primo atterraggio remoto con equipaggio.
- La terza fase, probabilmente intorno al 2045, costruirà la base effettiva pronta a ricevere più astronauti e ampliare la struttura.
- L’idea è di utilizzare ogni missione Chang’e per sviluppare uno per uno i moduli della tecnologia richiesta, come l’atterraggio sul Polo Sud e l’esplorazione, come utilizzare le risorse locali, ecc.
- È chiaro che la Cina conta sui progressi nella tecnologia dei lanciatori, compresa la riutilizzabilità, per aiutare a costruire la stazione nel frattempo.
Source: Techeblog
È possibile anche vedere i primi rendering della base lunare pianificata in questo video dei media statali cinesi (in cinese):
https://www.youtube.com/watch?v=5ooLjsFIXAQ&t=37s
Energia nucleare
Un contributo importante della Russia al programma sarà la sua esperienza nell’energia nucleare, in particolare i reattori miniaturizzati. Si prevede che raggiungerà fino a 1 MW (1.000 kW).
Ciò potrebbe anche essere fatto in collaborazione con l’India, una nuova nazione lunare ambiziosa che ha raggiunto questo obiettivo con la sua missione robotica sulla Luna con Chandrayaan-3, diventando la quinta nazione a farlo.
Le notti sulla Luna durano 14 giorni, il che potrebbe essere cruciale per qualsiasi occupazione su larga scala che lotta per affidarsi solo all’energia solare.
È possibile notare che la NASA sta anche pianificando di utilizzare l’energia nucleare, ma su scala molto più piccola, con micro-reattori da 50-100 kW di Rolls Royce.
Zona economica lunare
La Cina ha un piano molto ambizioso per l’esplorazione dello spazio e la colonizzazione della Luna, con una visione molto cinese e focalizzata sullo sviluppo economico piuttosto che sulla “pura” esplorazione scientifica dello spazio.
Driver di massa lunare
Se questo piano sembra estremamente ambizioso, è perché lo è.
L’economia spaziale da trilioni di dollari immaginata dai pianificatori e ricercatori cinesi potrebbe potenzialmente includere l’elio-3. Questo elemento ultra-raro potrebbe rendere la fusione nucleare più facile da raggiungere (senza emissioni di neutroni).
“Solo 20 tonnellate di elio-3 potrebbero soddisfare la domanda annua di elettricità della Cina. Mentre la Terra ha solo circa 0,5 tonnellate di elio-3, il suolo lunare è stimato contenere 1 milione di tonnellate – abbastanza per alimentare i bisogni energetici del mondo per oltre mille anni.
Il suolo lunare ha abbastanza elio-3 per alimentare il mondo per oltre mille anni”
SCMP
Per riportare indietro queste risorse, la Cina pianifica di utilizzare un driver di massa che funziona essenzialmente come un grande martello rotante. Ciò è molto simile al lancio basato sulla Terra previsto dalla società SpinLaunch.
Ma mentre la necessità di creare un vuoto e poi romperlo in sicurezza è un problema significativo per SpinLaunch, ciò non è un problema sulla Luna senza aria. È più facile, poiché la gravità è solo 1/6 di quella della Terra.
Source: SpinLaunch
Si prevede che il driver di massa possa ridurre il materiale di lancio dalla Luna di 10 volte.
La stessa tecnologia potrebbe essere utilizzata per satelliti solari o materiali in bulk per costruire e riempire grandi navi cargo per Marte.
In generale, sembra che la Cina abbia una visione per vedere l’esplorazione e le basi lunari che si autofinanziano alla fine.
Marte
Tutte le parti considerano la maggior parte delle basi lunari come pietre miliari per l’esplorazione di Marte. Tuttavia, sia per la NASA che per la Cina/Russia, questo è un obiettivo piuttosto lontano.
Nel frattempo, Elon Musk’s SpaceX sta cercando di eseguire il rifornimento in orbita l’anno prossimo, dopo il successo del test del nuovo Starship. Ciò sarà un passo necessario per qualsiasi viaggio oltre l’orbita terrestre diretta, specialmente verso la Luna o Marte.
Source: Elon Musk
Si aspetta che gli esseri umani su Marte possano essere raggiunti già nel 2028, ponendolo fortemente in contrasto con i piani lunari di tutte le agenzie spaziali pubbliche.
Ciò è probabilmente un esempio del famoso “Elon time”, con scadenze un po’ troppo brevi per accadere nella vita reale.
Allo stesso tempo, se Starship si esegue come previsto, non c’è ragione, tranne i limiti di budget, per vedere Marte come fuori portata. Il problema potrebbe essere molto più quello di costruire un habitat sopravvivibile per Marte per gli astronauti che devono sopravvivere al loro soggiorno.
La SpaceX prenderà su di sé il compito di portare l’esplorazione spaziale a nuovi punti di riferimento senza la NASA?
Razzi
SpaceX
Il raggiungimento di SpaceX nella tecnologia di lanciatori riutilizzabili, ora coronato dal recente successo di Starship, ha messo gli Stati Uniti saldamente in testa ai concorrenti.
In particolare, ha causato un crollo completo dei costi di lancio, con quasi tutti gli altri razzi non redditizi e non commercialmente vitali improvvisamente. Di qui la crescente critica sulla persistente dipendenza della NASA dal SLS.
Se Spaceship può mantenere il suo vantaggio, potrebbe ottenere la stragrande maggioranza del mercato dei lanci spaziali e diventare anche l’opzione principale per raggiungere la Luna e Marte in un programma Artemis rivisto, abbandonando il SLS.
Lanciatori cinesi
Lanciatori Long March
Il programma spaziale statale cinese si basa sulla famiglia di razzi Long March. Il futuro lanciatore super-pesante Long March 9, attualmente in sviluppo, è previsto per sollevare payload di 140 tonnellate in LEO (nella sua versione finale) e 44 tonnellate su Marte.
Il suo primo lancio di test è previsto per il 2030. Si prevede che abbia un primo stadio riutilizzabile, con riutilizzabilità completa raggiunta nel 2040.
Source: Orbital Today
Aziende private cinesi
Ispirati da SpaceX, gli imprenditori in Cina stanno cercando di emulare il successo di Musk costruendo aziende di razzi private che tagliano attraverso la burocrazia e gli appalti pubblici, che sembrano gonfiare i costi in modo eccessivo. Ciò è in realtà un grande ecosistema a questo punto:
Source: Andrew Jones/SpaceNews
