Come colonizzeremo lo spazio? E in quanto tempo?

Disquisendo con alcuni amici virtuali sulla reale possibilità di tornare sulla Luna e arrivare su Marte, mi sono cimentato in una dettagliata esposizione di quella che è la mia personale opinione, da appassionato dell’argomento, riguardante la colonizzazione dello spazio e il tempo necessario a raggiungere i principali obiettivi, ovvero Luna, Marte, NEO (Near Earth Object) e Fascia degli Asteroidi. Di seguito riporto un riassunto di quanto esposto sull’argomento.

La Luna dista solo, si fa per dire, 384000 km dal nostro pianeta.
Stando alle tecnologie degli anni ‘60, il solo viaggio orbita-orbita durerebbe circa 3 giorni. Oggi le tecnologie sono nettamente migliorate, ma le tempistiche restano essenzialmente le medesime per precise motivazioni di fisica del moto spaziale. Il “collo di bottiglia” è il tipo di propulsore utilizzato/utilizzabile e, data la distanza ridotta, non ci sono alternative valide, almeno per il momento, per abbreviarne il tempo di percorrenza in modo significativo ed economicamente vantaggioso. Rispetto alle missioni del programma Apollo, però, questa volta bisognerà restare per un tempo nettamente maggiore. Ed è qui che le tecnologie attuali ci vengono in aiuto. Negli anni ‘60 non si conosceva praticamente nulla, o quasi, di ciò che rischiavano gli astronauti nello stare per periodi medio-lunghi in assenza di gravità e, soprattutto, all’esterno del Campo Magnetico Terrestre, ovvero nello SPAZIO, dove si è sottoposti a dosi molto elevate di radiazioni cosmiche e solari. All’epoca le tecnologie spaziali erano ai primordi e si stabilì che il tempo di permanenza complessivo, di circa 1 settimana, fosse tutto sommato sufficientemente breve per non incorrere in problemi di salute gravi. Oggi, anche se al momento solo a livello teorico, le moderne tecnologie ci dovrebbero garantire una protezione sufficiente a restare per mesi e anni nello Spazio. Ma per poter passare dalla teoria ai fatti, è necessario approntare missioni ad-hoc per poter testare tali tecnologie. Tute, rivestimento delle astronavi e delle strutture orbitali, materiali innovativi e soprattutto sistemi di diagnosi real-time, sono allo studio nei principali centri di ricerca di tutto il mondo, sia pubblici che privati. Vi è una vera e propria nuova corsa all’oro, dove l’oro, in questo caso, sono le risorse minerarie presenti tanto sulla Luna, quanto su Marte. Ma ovviamente anche negli asteroidi.

Ma prima di raggiungere la Luna, bisogna necessariamente staccarsi dalla superficie del nostro pianeta e raggiungere l’orbita terrestre. A tal proposito vi sono essenzialmente 2 “scuole di pensiero”.

-La prima è quella classica, che usa razzi “usa e getta” più o meno pesanti ed efficienti.

-La seconda è quella che sta sviluppando razzi riutilizzabili, in parte o totalmente. In questa seconda classificazione la capostipite di tutte le aziende che nel mondo stanno portando avanti questo genere di progetti, è ovviamente la SpaceX di Elon Musk.

La Space Exploration Technologies Corporation (SpaceX) non è solo innovativa per aver sviluppato il primo lanciatore a razzo il cui primo stadio è riutilizzabile, il Falcon9, ma è anche efficiente per i metodi e le procedure adottate per lo sviluppo e la realizzazione dei propri progetti. In più ha una visione molto ben delineata di ciò che bisognerà fare in futuro e di quali siano le reali priorità. Nel settore dell’astronautica sta dettando le regole e le velocità di sviluppo, ed è assolutamente inevitabile che gli altri competitor internazionali, se vorranno continuare ad operare nello stesso settore, dovranno adeguarsi ai suoi standard. Perché la SpaceX sta dettando degli Standard molto precisi: velocità, economicità, sicurezza, riutilizzabilità.
Altre realtà industriali, in varie parti del mondo, stanno letteralmente copiando il progetto Falcon9, in varie “salse” e dimensioni e nel prossimo futuro assisteremo ad un continuo lancio/rientro di decine di razzi che faranno la spola tra la superficie del nostro pianeta e l’orbita bassa terrestre (LEO, Low Earth Orbit, ovvero tra i 300 e i 1000 km). È da qui che si partirà per lo spazio extraterrestre, per la Luna, Marte, i vari NEO e la Fascia degli Asteroidi.

Ma in quanto tempo?
SpaceX è stata fondata nel 2002.
Nel 2008 ha raggiunto l’orbita con un razzo Falcon1.
Nel 2012 ha inviato con successo, con il Falcon9, una navetta Cargo Dragon verso la ISS (International Space Station).

Nel 2015 ha recuperato il primo stadio del Falcon9.
I successi successivi sono tanti e tali che diventerebbe un lungo e monotono elenco.
Ma c’è una data fondamentale in tutto questo elenco: 30 Maggio 2020.
In quel memorabile giorno, e ancor di più nel giorno successivo, la SpaceX ha lanciato in orbita la propria navetta Crew Dragon, con 2 uomini a bordo e l’ha fatta correttamente attraccare alla ISS (missione di test e validazione: Dragon 2).

Il mondo dell’astronautica è stato quindi stravolto da un visionario che in meno di 20 anni, partendo da zero, ha raggiungo tutti gli obiettivi cardini dell’esplorazione spaziale: realizzazione di un razzo efficiente e funzionante; lancio e corretta immissione in orbita di satelliti, sia in LEO che in GEO (orbita geosincrona); lancio e recupero di una navetta con equipaggio umano; attracco della navetta ad una stazione spaziale.Ma per colonizzare lo spazio è indispensabile avere una capacità di carico utile, da immettere nell’orbita LEO, molto superiore alle 22 tonnellate garantite dal Falcon9 di ultima generazione. Anche perché il carico utile verso l’orbita geosincrona per il Falcon9 scende a circa 8 tonnellate e si riduce a sole 4 tonnellate nel caso in cui si intenda raggiungere Marte. Troppo poco per poter colonizzare un altro pianeta o anche solo la Luna.

Nel 2019, quindi, dopo anni di progettazione, sono iniziati i primi test sulla Starship, un progetto rivoluzionario, il cui scopo è di portare in orbita ben 100 tonnellate con un sistema navetta+booster entrambi riutilizzabili al 100%. Seguendo un rigido calendario basato su continui test sul campo, il 5 maggio 2021, il prototipo della Starship SN15 è stato lanciato da Starbase, a Boca Chica, in Texas, ha raggiunto la quota di 10 km ed è poi atterrata con successo a poca distanza dal pad dal quale si era sollevata. Un successo enorme ed un’altra pietra fondamentale per la colonizzazione dello spazio.

Se tutto andrà per il verso giusto, nei prossimi mesi assisteremo al primo lancio orbitale del sistema Starship+SuperHeavy. Utilizzando propulsori a razzo di propria progettazione e realizzazione, denominati Raptor, alimentati a Metano liquido e Ossigeno liquido, la Starship è stata pensata per permettere la colonizzazione di Marte in tempi relativamente brevi. Alta circa 50 metri e portata in orbita da un booster di 70 metri di altezza, il sistema Starship dovrebbe poter trasportare in orbita tra le 100 e le 150 tonnellate. Una volta raggiunta l’orbita LEO, verrebbe rifornita da una seconda Starship in versione “cirsterna” che le garantirebbe carburante a sufficienza per raggiungere la Luna o Marte.

Nell’ambito del progetto Artemis, la SpaceX si è aggiudicata, non senza polemiche e strascichi giudiziari, la realizzazione di un “lander”, basato sul progetto Starship, per portare uomini e attrezzatura dal Lunar Gateway (una sorta di mini stazione spaziale in orbita lunare) fino alla superficie della Luna e riportarli successivamente in orbita. A tale scopo il finanziamento NASA è stato di circa 2.9 miliardi di dollari, che andrebbero a sommarsi al budget che la SpaceX sta assegnando annualmente al progetto Starship. Entro alcuni anni assisteremo quindi a nuovi allunaggi, prima senza equipaggio, poi con equipaggio umano.

Personalmente penso che gli obiettivi che NASA e SpaceX si stanno prefissando verranno tutti raggiunti. Sulle date non ne sono certo.
Prima di avventurarsi ad un allunaggio con la MoonShip (la Starship lunare di SpaceX), sarà indispensabile tentare diversi allunaggi, prima con prototipi “vuoti”, al solo scopo di mettere a punto le procedure e affinare magari la progettazione della navetta. Anche perché alla base del design della Starship c’è una particolare procedura di rientro e frenatura aerodinamica, detta “belly flops” che nel caso della MoonShip non sarà utilizzabile per mancanza di atmosfera. Pertanto la frenatura e il controllo dell’assetto della navetta andranno effettuati solo tramite propulsori a razzo. E questo potrebbe complicare da un lato le cose, richiedendo una quantità maggiore di carburante, e semplificarle, forse, dall’altro… visto che sono procedure ampiamente studiate nell’astronautica.
Ci riusciranno?
Secondo me sì. E dal momento in cui verrà effettuato il primo allunaggio con le MoonShip, la storia dell’astronautica prenderà una strada tutta nuova e con essa, l’intera Civiltà Umana.

Come abbiamo accennato in apertura, il viaggio Terra-Luna richiederà circa 3 giorni.
Al momento è previsto l’uso di un lanciatore pesante non riutilizzabile, l’SLS e di una capsula Orion per effettuare le prime missioni Artemis. Personalmente sono convinto che tale scelta verrà presto rivista proprio a favore delle MoonShip. Certo, è ancora presto per dirlo, ma tutto sta avvenendo in modo tale che le attività di colonizzazione dello spazio vengano svolte esclusivamente da privati, con mezzi privati e fondi privati. Con le agenzie spaziali governative che si limiteranno al ruolo di coordinatori, co-finanziatori e gestori di progetti e attrezzature specifiche per la ricerca scientifica.

La Luna ricopre un ruolo di importanza strategica per la Civiltà Umana del futuro:
-Da un punto di vista tecnologico, è un ottimo banco di prova per testare mezzi e attrezzature per le attività spaziali.
-Nel campo scientifico è un ottimo punto di osservazione, sia del pianeta Terra che dello Spazio.
-In termini energetici è una “miniera” di Elio3 ed altri minerali importantissimi per il futuro tecnologico ed energetico della nostra razza.
-In merito al piano culturale è il primo corpo celeste sul quale promuovere una colonia umana esternamente al pianeta Terra.

Il tutto ad appena 384000 km dal nostro pianeta.

Entro l’attuale decennio dovremmo assistere alla realizzazione di almeno la metà delle missioni Artemis. Per poi andare oltre.

Oltre, certo, ma dove?

La SpaceX ha fatto intendere, in varie occasioni, che il suo obiettivo core-business è raggiungere Marte entro il 2030. Colonizzarlo non sarà altrettanto semplice.
Marte verrebbe raggiunto da una Starship in poco meno di 180 giorni. Un tempo lunghissimo per gli astronauti a bordo. Per garantire loro la necessaria sicurezza e protezione contro le radiazioni cosmiche e solari, la SpaceX dovrà dimostrare che le tecnologie che sta preparando per la protezione attiva e passiva degli astronauti a bordo, saranno sufficienti. Un decennio di voli umani intorno alla Luna saranno più che sufficienti per raggiungere tale scopo.
È poi indispensabile, secondo il mio punto di vista, la realizzazione di un Gateway marziano. Un piccolo spazioporto orbitante intorno al pianeta rosso, presso il quale dirigere le astronavi con equipaggio umano e presso il quale si possa predisporre almeno una Starship pronta all’uso in caso di emergenza.
Ci vorranno decine di Starship cargo per portare il necessario quantitativo di materiali per allestire l’avamposto sul pianeta rosso. E il tutto dovrà effettuarsi con la sicurezza assoluta che l’atterraggio delle Starship sul pianeta rosso avvenga senza problemi. Una volta allestito l’avamposto, inizialmente robotizzato, verrebbe attivato l’impianto per la produzione del Metano e dell’Ossigeno direttamente dal ghiaccio d’acqua e dall’Anidride Carbonica atmosferica.
Le tempistiche sono piuttosto stringenti in questo caso. Musk prevede l’arrivo dei primi coloni già nel 2033, anche se, realisticamente, penso che ci sarà un ritardo di alcuni anni.

L’inevitabile passo successivo è predisporre l’umanità spaziale alla totale indipendenza mineralogica dal pianeta Terra. In altre parole, è indispensabile sfruttare le risorse minerarie presenti nello spazio, direttamente nello spazio, senza doverle riportare sul nostro pianeta.
Le “miniere” sono ovunque e lo spazio attorno al nostro pianeta ne è ricco. Si tratterà di sfruttare i NEO, i piccoli e pericolosi oggetti orbitanti che ruotano vicino al pianeta Terra.
A tal proposito gli esperti stanno valutando 2 approcci distinti:
-il primo prevede di realizzare degli impianti minerari in posizioni fisse rispetto al nostro pianeta, magari in una delle posizioni stabili di Lagrange e trasportarvi gli asteroidi per poterli macinare e dai quali estrarre le materie prime
-il secondo è di realizzare degli impianti minerari “mobili” e trasportarli fino agli asteroidi.

Tra i 2 non so quale potrebbe essere il meno fattibile. Ma penso che, stante la colonizzazione della Luna e di Marte, il decennio 2040-2050 verrà impiegato proprio per iniziare a raggiungere l’obiettivo sopra citato. Poter creare metalli grezzi e rifiniti direttamente nello spazio, permetterà di realizzare astronavi di dimensioni maggiori, magari con materiali migliori (la ricerca scientifica sta dimostrando che un metallo realizzato in assenza di gravità ha proprietà chimico-fisiche migliori rispetto al suo corrispettivo realizzato in presenza di gravità) e prestazioni più elevate. https://www.mining.com/wp-content/uploads/2016/06/luxembourg-invests-heavily-in-space-mining.jpg

Nel mentre, dalla Terra, partiranno i primi veicoli a propulsione elettro-nucleare. Ovvero veicoli dotati di un generatore elettrico basato su un reattore a fissione nucleare, ed un sistema propulsivo agli ioni o magnetoplasmadinamico alimentato a gas Xenon.
Qual’è il vantaggio?
Quando la tecnologia sarà sufficientemente matura, il viaggio Terra-Marte passerà da una percorrenza di 180 giorni circa ad una di 20… o anche inferiore… a seconda dell’accelerazione imposta. E questo, ovviamente, permetterà alla Civiltà Umana, una notevole capacità di espansione nello spazio. Sarà quindi possibile raggiungere la Fascia degli Asteroidi e magari andare oltre, fino ai confini del Sistema Solare.