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Darwinismo spaziale

Darwinismo spaziale

Per molti anni, l’accesso allo spazio è stato garantito solo a satelliti grandi e pesanti. Oggi, l’evoluzione sta forse facendo spazio ad un cambio di paradigma.

 

 

Oggi la tecnologia ci circonda e sembra caratterizzata da una spirale infinita di innovazione. Ogni mese sentiamo parlare di un nuovo telefonino, di un nuovo portatile o di un nuovo sistema informatico. Tuttavia, tale frenesia inventiva, che sembra caratterizzare i nostri giorni, è frutto di una visione parziale e contingente. Le vere innovazioni tecnologiche sono caratterizzate dalla comparsa di una “killer app”, quella invenzione che permette il vero salto di specie nella tecnica, caratterizzato da un incremento di almeno un ordine di grandezza nel rapporto fra efficienza e costo e nel rapporto fra usabilità da parte degli utenti e prestazioni. Nella prima rivoluzione industriale, la killer app fu l’invenzione della macchina a vapore, mentre nella seconda rivoluzione industriale furono le competenze acquisite nella distribuzione e controllo su larga scala dell’energia elettrica a dare il vero impulso tecnologico alla modernizzazione di intere città. Negli anni ’80 e ‘90, l’avvento del computer e di internet ha indotto un cambiamento radicale nel modo di approcciarsi all’informazione ed al problem solving, proponendo tante soluzioni quante sfide. L’avvento della killer app rappresenta l’elemento ciclico della tecnologia e lo tsunami inventivo che rigenera interi mercati, fornendo un vantaggio competitivo alle aziende più moderne ed innovative.

Uno dei settori nel quale la killer app è attesa, ma forse non ancora pervenuta, è il settore della ricerca e delle missioni spaziali. A partire dagli anni ’50, il settore nasce come spin-off dei grandi avanzamenti tecnologici che caratterizzarono il secondo periodo bellico. Russia e Stati Uniti continuarono lo sviluppo dei sistemi missilistici nazisti fino all’utilizzo dei primi lanciatori, l’iniziale killer app del settore spaziale. Da allora, tuttavia, il settore non ha visto innovazioni tecnologiche tali da provocare un salto di specie nell’accesso allo spazio. Molti satelliti moderni sono come dei dinosauri ai quali viene regalato un iPhone: sono dotati di strumentazione sempre più precisa e avanzata (e sempre più costosa), ma il sistema satellitare, inteso come design, progettazione e operazione delle missioni, è puro retaggio degli anni ’60. Per molti anni, l’approccio è stato “bigger size, better performance”, il che ha mantenuto l’esclusiva dell’accesso allo spazio nelle mani di quelle poche agenzie spaziali o aziende multinazionali in grado di spendere milioni di dollari nel progetto.

Conscio di ciò, un simpatico signore di nome Bob Twiggs, professore emerito alla Stanford University, decise nei primi anni ‘90 di tentare una democratizzazione del settore spaziale. Il suo vero obiettivo era quello di dare ai propri studenti la possibilità di progettare, realizzare e operare un satellite in orbita. Per questo, creò con i suoi colleghi lo standard del cubesat, un satellite in un cubo di dieci centimetri di lato. L’aspetto chiave era la miniaturizzazione dei sistemi tipici di un satellite, resa possibile dagli avanzamenti nella tecnologia elettronica e informatica (ricordatevi la vera killer app degli anni ’90). Oltre al Cubesat, Mr. Twiggs pensò anche a come bypassare le spese di lancio, che sono una delle voci più ingenti nel bilancio finanziario di una missione. Semplicemente, l’idea fu di chiedere un passaggio ai fratelli maggiori in decollo per le loro missioni nominali: accettando delle piccole incertezze nell’immissione in orbita del cubesat, si risparmiavano al contempo centinaia di migliaia di dollari. Questo è un esempio del cosiddetto “principio di Pareto” o legge 80/20 che guida il design dei cubesat: raggiungere l’80% delle performance di un satellite nominale, spendendo solo il 20% del suo budget.

Da allora, i cubesat (e le loro evoluzioni a più unità cubiche) sono diventati simbolo di un approccio smart allo spazio. Molti sono gli utenti che si stanno cimentando nell’impresa: dalle università, che usano i microsatelliti come dimostratori tecnologici e per scopi educazionali, a numerose start up di successo, come Planet Labs e Spire che mirano all’utilizzo dei cubesat per fare remote sensing e fornire dati riguardo al nostro pianeta in modo efficiente e continuativo, alle agenzie spaziali che, con la fine della guerra fredda, hanno visto una drastica diminuzione dei budget. L’approccio è la strategia “cheaper, faster, better”. Occorre puntare sulla riduzione dei costi mediante una gestione efficiente e rapida del progetto, con team motivati e capaci in grado di selezionare sul mercato componenti mediamente performanti e che costino poco, detti in gergo Commercial Off The Shelf (COTS), direttamente presi dallo scaffale dei negozi. Dato il minor costo per ogni satellite, si apre la strada per un cambio di paradigma: l’abbandono dell’idea di satellite come elemento monolitico e l’avvento di formazioni di satelliti in grado di collaborare in orbita per costituire lo strumento scientifico in modo sintetico e flessibile. Gli scenari vanno dalle costellazioni stile GPS agli swarms, veri e propri stormi di satelliti che puntano sull’alto numero dei membri per garantire ridondanza e affidabilità all’intero sistema.

Dato questo, è possibile dire che i Cubesat rappresentino la vera killer app dello spazio moderno? Per mia opinione, la risposta è “no, almeno per adesso”. Per quanto stiano democratizzando l’accesso allo spazio, i microsatelliti hanno i loro limiti, dovuti sia alla tecnologia che li costituisce, sia alle loro dimensioni ridotte, sia all’approccio del mercato nei loro confronti. Il limite tecnologico riguarda le performance della componentistica: i cubesat sono caratterizzati da un’elevata mortalità infantile dovuta al fatto che i propri elementi costitutivi sono altamente innovativi e non pienamente testati per lo spazio (infatti sono spesso utilizzati come sperimentatori di tecnologie), e quindi il sistema è meno affidabile di un satellite canonico. Inoltre, le dimensioni ridotte pongono numerosi limiti all’utilizzo di tali piattaforme per payload grandi quanto stategici come antenne radar, e ci sono limiti propulsivi all’utilizzo dei cubesat per missioni interplanetarie (anche se in questo campo la propulsione elettrica sta facendo passi avanti). L’opinione diffusa, tuttavia, è che si possa accettare il calo di performance e di affidabilità dato il grande vantaggio in termini di costo. In realtà, se confrontiamo il costo specifico di un cubesat con quello di un satellite nominale (rapporto fra costo del progetto e la massa del satellite posto in orbita), otteniamo più o meno lo stesso valore: la differenza è minima, e dunque ben lontana dall’ordine di grandezza che caratterizza la killer app. Tutto ciò tiene a distanza per adesso gli investitori; i finanziatori si limitano a rari venture capitals e la mancanza di un mercato solido impedisce l’instaurarsi di rilevanti economie di scala.

Molti ripongono le proprie speranze in una sempre più spinta miniaturizzazione, verso satelliti sempre più piccoli quanto performanti. Forse in futuro, ma non adesso. Per ora, possiamo solo concludere che, per quanto i piccoli roditori mammiferi siano arrivati in orbita, l’era dei dinosauri spaziali non è ancora finita.

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