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La scommessa della NASA su Starship potrebbe cambiare per sempre il volo spaziale

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Quando gli astronauti della NASA torneranno sulla Luna tra pochi anni, lo faranno all’interno di un lander che sminuisce quello dell’era Apollo. Il veicolo Starship di SpaceX misura 50 metri dalla sua ogiva alle gambe di atterraggio. Al contrario, l’angusto modulo lunare che trasportava Neil Armstrong e Buzz Aldrin sulla Luna nel 1969 era alto solo 7 metri.

Questo è solo uno dei tanti aspetti veramente scioccanti della decisione della NASA di assegnare a SpaceX – e solo a SpaceX – un contratto per sviluppare, testare e far volare due missioni sulla superficie lunare. Il secondo volo, che porterà gli astronauti sulla Luna, potrebbe decollare nel 2024.

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La NASA ha assegnato a SpaceX 2,89 miliardi di dollari per queste due missioni. Ma questo contratto aumenterebbe di importo se la NASA selezionasse SpaceX per effettuare missioni lunari ricorrenti più avanti negli anni ’20. E ha valore per SpaceX e la NASA in una miriade di altri modi. 

Forse la cosa più significativa è che con questo contratto la NASA ha scommesso su un audace futuro di esplorazione. Fino ad ora, i piani che la NASA aveva contemplato per l’esplorazione umana nello spazio profondo avevano tutti echi del programma Apollo. La NASA ha parlato di missioni e piani “sostenibili” in termini di costi, ma erano sostenibili solo di nome.

Scommettendo su Starship, cosa che comporta una serie di rischi per lo sviluppo, la NASA sta cercando di ottenere un futuro molto più luminoso. Uno in cui non una manciata di astronauti va sulla Luna o su Marte, ma dozzine e poi centinaia. In questo senso, Starship rappresenta una svolta radicale per la NASA e l’esplorazione umana.

Se Starship soddisferà gli obiettivi che Elon Musk si è prefissato, per Starship l’assegnazione di questo contratto sarà come il sostegno che governo degli Stati Uniti diede alla costruzione delle ferrovie nel vecchio west qui sulla Terra“, ha commentato Rick Tumlinson, un sostenitore dell’insediamento umano del Sistema Solare. “È rivoluzionario a livelli che nessuno oggi può capire“.

Cercheremo comunque di capire alcuni dei modi in cui Starship potrebbe rivelarsi rivoluzionaria.

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1. Starship prima del previsto

Prima dell’annuncio della NASA non mi aspettavo che SpaceX ricevesse l’unico, o anche il più grande, premio dalla NASA così presto nel processo di sviluppo del lander.

Circa un anno fa, la NASA ha selezionato tre diverse offerte per un sistema di atterraggio umano. Nel corso di 10 mesi, ciascuno dei tre appaltatori ha messo a punto il suo design e ha lavorato con gli ingegneri della NASA per spiegare come il suo lander potesse soddisfare le esigenze dell’agenzia spaziale. 

Un team guidato da Blue Origin ha presentato il design più convenzionale, adattato alla richiesta della NASA per un lander a tre stadi. Dynetics ha proposto un lander innovativo, con un cenno alla riutilizzabilità, ma è stato anche dimensionato per portare solo pochi astronauti sulla superficie lunare.

SpaceX, al contrario, ha presentato una versione del suo veicolo per Marte adattata come lander lunare. 

Negli ultimi cinque anni, SpaceX ha in gran parte autofinanziato lo sviluppo di Starship come stadio superiore riutilizzabile di un enorme razzo, il Super Heavy

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Il veicolo è destinato a portare decine di persone su Marte alla volta in un viaggio di sei mesi. Pertanto, Starship è enormemente sovradimensionato per portare due o quattro astronauti sulla superficie della Luna. Ma dei tre lander proposti alla NASA, è l’unico pensato per il pieno riutilizzo.

Starship è anche il più tecnicamente impegnativo dei tre veicoli a causa delle sue dimensioni e delle sue aspirazioni. 

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Tra gli ostacoli più grandi ci sono imparare a far atterrare l’astronave, sia sulla Luna che sulla Terra. E per condurre missioni sulla Luna e oltre, SpaceX deve sviluppare la tecnologia per rifornire l’astronave con metano e carburante a ossigeno liquido nell’orbita terrestre bassa.

Uno dei problemi ingegneristici più difficili che l’uomo conosca è la realizzazione di un razzo orbitale riutilizzabile“, ha detto circa un anno fa il fondatore di SpaceX, Elon Musk. “È stupidamente difficile avere un sistema orbitale completamente riutilizzabile“.

Poiché ci sono così tanti miracoli tecnologici necessari per convalidare il progetto dell’astronave, pensavo che la NASA non si sarebbe impegnata completamente nel veicolo SpaceX come potenziale lander fino a quando non avesse dimostrato di poter volare. 

Forse il lancio di Starship in orbita sarebbe sufficiente per una dimostrazione tecnologica per la NASA. O forse SpaceX dovrebbe farne atterrare uno sulla Luna. 

Questo bisogno percepito di dimostrare la fattibilità di Starship è uno dei motivi per cui Musk e SpaceX hanno costruito e lanciato Starships a un ritmo così frenetico nel sud del Texas durante l’ultimo anno. Solo così, si pensava, la NASA avrebbe creduto nell’astronave.

Invece, la NASA si è impegnata nell’ambizioso programma senza aspettare che Starship dimostrasse di poter atterrare in sicurezza dopo un test di volo ad alta quota. In questo senso, il supporto della NASA per Starship è arrivato prima del previsto.

2. SpaceX ha bisogno della NASA per Marte

Dopo aver visto SpaceX lanciare più di 100 razzi nell’ultimo decennio, ciò che è diventato abbondantemente chiaro è che i suoi ingegneri sono ora i migliori al mondo nella progettazione, costruzione e volo di razzi nuovi e innovativi. L’esecuzione del programma Falcon 9, che ha dimostrato il riutilizzo multiplo della prima fase, e lo sviluppo del razzo Falcon Heavy lo attestano.

Ma costruire grandi razzi è una cosa. Un’altra cosa è sviluppare tutte le altre capacità necessarie per garantire che gli esseri umani possano viaggiare verso Marte, atterrare sul pianeta rosso e sopravvivere lì.

Quando si tratta di attività nello spazio, SpaceX si è affidata all’esperienza della NASA per lo sviluppo della navetta Crew Dragon come parte del programma dell’equipaggio commerciale. 

Per quanto riguarda il tipo di tecnologie necessarie per viaggi di lunga durata su Marte, attraverso lo spazio profondo, SpaceX ha un’esperienza limitata: c’è pochissimo riciclaggio di aria, acqua e altri materiali di consumo su una navicella spaziale Crew Dragon. La NASA, d’altra parte, ha lavorato su questi problemi per più di un decennio con gli astronauti sulla Stazione Spaziale Internazionale.

L’agenzia spaziale ha anche condotto studi sulle missioni per la Luna e Marte per decenni, ha spiegato Abhi Tripathi, che ha lavorato come ingegnere di sistema alla NASA dal 2000 al 2010 eseguendo questo tipo di analisi. Tripathi ha lasciato la NASA per lavorare in SpaceX sulle versioni cargo e per equipaggio della navicella Dragon fino al 2020, quando si è trasferito all’Università della California, a Berkeley.

La NASA porterà indubbiamente una ricchezza di preziose informazioni, tecnologia e esperti in materia per aiutare SpaceX a raggiungere il loro obiettivo comune di portare gli esseri umani su Marte“, ha detto Tripathi.

La collaborazione tra NASA e SpaceX in questa fase iniziale di Starship aiuta anche con una serie di altri problemi non legati al trasporto. Ad esempio, sarà necessaria un’agenzia governativa per facilitare lo sviluppo di un reattore a energia nucleare per la superficie di Marte. 

E qualsiasi missione umana su Marte solleverà questioni di protezione planetaria e altre preoccupazioni internazionali. Avere la NASA al fianco di SpaceX significa che il governo degli Stati Uniti aiuterà ad affrontare tutti questi problemi.

Improvvisamente, gli sbarchi umani su Marte tra un decennio circa sembrano molto più realistici.

3. La NASA scommette su una tecnologia rivoluzionaria

Il mondo non ha mai visto prima un veicolo come Starship

In caso di successo, l’enorme astronave aprirebbe alla NASA nuove possibilità prima non disponibili. Questo perché Starship potrebbe realizzare l’obiettivo a lungo desiderato di un rapido riutilizzo a basso costo di un sistema di lancio.

Considera lo status quo. Il grande razzo Space Launch System in fase di sviluppo dalla NASA sarà in grado di lanciare 95 tonnellate nell’orbita terrestre bassa. La NASA ed i suoi appaltatori, guidati da Boeing, potranno costruirne uno all’anno. Il veicolo sacrificabile lancerà un carico utile, al costo di circa 2 miliardi di dollari per missione, e poi cadrà nell’oceano.

In termini di capacità di sollevamento, i veicoli sono simili. Starship e Super Heavy dovrebbero essere in grado di portare circa 100 tonnellate nell’orbita terrestre bassa. Tuttavia, SpaceX è già in grado di costruire un’astronave al mese e il piano è di riutilizzare ogni booster e veicolo spaziale dozzine di volte. 

Immaginate il tipo di programma spaziale che la NASA potrebbe avere con la capacità di lanciare 100 tonnellate in orbita ogni due settimane, invece di una singola missione annuale, per 2 miliardi di dollari all’anno. Seriamente, provate un momento e pensaci davvero.

Nella loro decisione di selezionare SpaceX, i funzionari della NASA sembravano riconoscere questo potenziale. “Stavamo cercando di vedere cosa potessero portare i partner del settore in termini di innovazione e soluzioni“, ha affermato Lisa Watson-Morgan, responsabile del programma Human Landing System

L’enfasi qui è sull’innovazione e nuove soluzioni a vecchi problemi.

Nella scelta dell’architettura della Starship, la NASA sta aiutando a consentire un percorso verso un veicolo di lancio super pesante, stoccaggio di propellenti nello spazio, rifornimento nello spazio e grandi masse da portare su e giù per le superfici planetarie“, ha detto Tripathi, che ha esaminato questi problemi sia dal punto di vista della NASA che di SpaceX.

In altre parole: se Starship avrà successo, la NASA non dovrà scegliere solo una o due cose importanti da fare nello spazio. L’agenzia potrà fare molte cose diverse contemporaneamente.

4. La NASA finanzia un concorrente di SLS

Allora perché la NASA sta finanziando un sistema di lancio che competerà direttamente con il suo potenziatore SLS? Quello, per essere chiari, non era l’intento dell’agenzia spaziale. Nello spiegare il premio durante una conferenza stampa, i funzionari dell’agenzia sono stati attenti a dire che SLS e la navicella Orion rimangono una parte essenziale dell’architettura Artemis. Ma in realtà, la NASA potrebbe mettere fuori gioco il suo razzo SLS.

Con il premio Human Landing System, la NASA ha messo il suo marchio di approvazione su Starship e Super Heavy. Il sistema di lancio finirà per entrare nel catalogo gestito dal programma Launch Services Provider della NASA, consentendo ad altri programmi dell’agenzia di procurarsi il veicolo per le missioni. 

Questo potrebbe essere un vero vantaggio per i grandi telescopi spaziali che troverebbero utile il grande volume della carenatura del carico utile di Starship.

Se fossi un funzionario in una delle altre direzioni della NASA, avrei personalmente sognato tutti i tipi di idee su ciò che un giorno potrò fare con tutte queste nuove capacità sostanziali“, ha detto Tripathi.

Nel quadro generale, $ 2,89 miliardi non sono molti rispetto a quanto la NASA ha già investito nel razzo SLS. L’agenzia spaziale spende altrettanto ogni anno nei costi di sviluppo del razzo e dei suoi sistemi di terra associati. Poiché il razzo SLS è finanziato tramite contratti cost-plus con importanti appaltatori spaziali come Boeing, c’è meno incentivo a controllare i costi o fornire un prodotto tempestivo. Com’era prevedibile, il veicolo SLS è notevolmente fuori budget e ora cinque anni in ritardo rispetto alla data di lancio originale di fine 2016.

Tutto ciò ha portato a critiche sul fatto che SLS sia un programma di lavoro. In effetti, fornisce lavoro in tutti i 50 stati e sostiene centinaia di piccole imprese. E forse questo spiega perché il Congresso ha sostenuto con fermezza SLS nonostante i suoi costi e ritardi.

Al contrario, Starship non è un programma di lavoro. Piuttosto, è un programma che uccide i posti di lavoro dal punto di vista del Congresso.

5. SpaceX è troppo dominante?

SpaceX ha ottenuto una serie notevole di vittorie di contratti con la NASA. Negli ultimi dieci anni, ha ottenuto i premi della NASA per consegnare merci ed equipaggio alla Stazione Spaziale Internazionale, lanciare il Lunar Gateway, rifornire questo Gateway di merci e ora consegnare gli esseri umani sulla superficie della Luna.

Il programma Artemis potrebbe anche trasformarsi plausibilmente nel programma lunare SpaceX

Come? Secondo il piano attuale, un razzo Super Heavy lancerà la Starship in orbita lunare. Giorni dopo, un razzo SLS lancerà verso la Luna l’equipaggio all’interno di una navicella spaziale Orion che effettuerà un rendez-vous con la Starship in attesa in orbita lunare. L’equipaggio si trasferirà sulla Starship e scenderà sulla Luna. Dopo essere tornati in orbita lunare su Starship, gli astronauti risaliranno a bordo di Orion e torneranno sulla Terra.

Ma se la Starship verrà considerata abbastanza sicura per gli umani per farli scendere sulla Luna, non sarebbe altrettanto sicuro (e più logico) per l’equipaggio partire direttamente dalla Terra a bordo della Starship? Ciò farebbe risparmiare alla NASA il costo di un lancio di SLS e Orion – circa 3 miliardi di dollari per missione, messi insieme – e un difficile rendezvous e attracco in orbita lunare. 

Probabilmente il futuro di un programma di esplorazione lunare veramente sostenibile vedrà la Starship come unica protagonista.

Questo va bene per la NASA e per SpaceX, ma per quanto riguarda le altre compagnie di voli spaziali? Nell’ambito del piano (molto) più costoso che utilizza SLS e Orion, la NASA sta anche finanziando un who’s who delle società aerospaziali: Boeing, Lockheed Martin, Northrop Grumman, Aerojet Rocketdyne, United Launch Alliance e molti, molti altri piccoli attori negli Stati Uniti. 

Starship supporta direttamente SpaceX, il suo numero limitato di fornitori e … qualunque azienda finisca per costruire tute spaziali per le incursioni lunari.

Sarà quindi difficile vedere un programma di esplorazione lunare con SpaceX principale protagonista sostenuto dal Congresso. La storia suggerisce che tutti gli appaltatori perdenti solleciteranno i politici che sostengono con contributi ad opporsi attivamente ad un programma Artemis diventato Programma SpaceX.

E che dire dei partner internazionali e delle implicazioni geopolitiche di questo? 

Durante un’udienza di conferma questa settimana davanti al comitato del commercio del Senato degli Stati Uniti, l’amministratore entrante della NASA, Bill Nelson, ha affermato che espandere la coalizione delle nazioni che partecipano al programma Artemis è uno dei suoi grandi obiettivi. Aumentare la dipendenza dell’agenzia spaziale da SpaceX probabilmente creerebbe problemi per realizzare questo proposito.

Con il razzo Falcon 9 riutilizzabile a basso costo, SpaceX ha già gravemente danneggiato le industrie di lancio commerciale in Europa, Russia e Giappone. Per il programma Artemis, l’Europa sta contribuendo al modulo di servizio per il veicolo spaziale Orion. Come reagirebbero questi funzionari se la NASA ora dicesse “grazie, non serve più” a quel contributo a causa dell’efficienza di SpaceX?

Le attività della nazione nello spazio profondo rimangono molto legate alla politica internazionale, alle alleanze, agli avversari e alla sicurezza, così come all’esplorazione spaziale e alla scienza“, ha detto una fonte industriale. “Ci sono una serie di interdipendenze e compensazioni di politica estera che vengono gestite attraverso lo spazio, generalmente sotto la superficie. Cosa segnala questa scelta a tutti questi attori?

In sintesi

Con Starship, SpaceX ha offerto quella che sembra essere la migliore soluzione tecnica all’obiettivo dichiarato della NASA di un programma di esplorazione lunare sostenibile. L’astronave sarebbe in grado di portare molte più persone e merci sulla Luna rispetto a qualsiasi altra soluzione prospettata alla NASA e potrebbe svolgere il lavoro per molto meno denaro e molto più spesso.

Inoltre, nell’assegnazione del contratto per il sistema di atterraggio umano a SpaceX, la NASA ha adottato una tecnologia rischiosa ma altamente gratificante.

Ma mentre la NASA è un’agenzia spaziale, i suoi piedi rimangono molto radicati nell’orbita politica di Washington, la circonvallazione di DC. Tecnicamente, Starship potrebbe essere la migliore soluzione alle esigenze della NASA. Ma politicamente, lo è? Probabilmente no. Se la NASA vuole andare sulla Luna e oltre, deve lavorare con una moltitudine di appaltatori e paesi, almeno per ora.

Alla fine, la fisica vincerà

Se SpaceX può far funzionare Starship, alla fine le altre opzioni della NASA per l’esplorazione umana del Sistema Solare potrebbero sembrare ridicole al confronto. Piazzando una scommessa anticipata su Starship la scorsa settimana, la NASA ha aumentato ulteriormente le probabilità di successo di Starship.

Per l’agenzia spaziale, questo è un gioco audace e sorprendente. Ma il potenziale guadagno è enorme. 

Un giorno potrebbe permetterci di andare coraggiosamente non solo sulla Luna, ma molto, molto oltre.

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