Sprite: sonda spaziale ultraminiaturizzata

Mason Peck (nella foto qui accanto), professore di ingegneria meccanica e aerospaziale della Cornell University era già noto per aver fondato lo Space Systems Design Studio e per il suo avveniristico lavoro sui dispositivi di aggancio magnetico per uso spaziale. Durante le sue ricerche sulla miniaturizzazione, creò la cosidetta “polvere intelligente”, sistemi di piccoli di sensori microelettromeccanici, in grado di misurare luce e temperatura, di registrare il movimento e la posizione, e perfino di rilevare sostanze chimiche e biologiche.

Il più recente dei suoi progetti si chiama Sprite, che Peck ama definire la sua personale astronave da tasca. Ma quando la produzione degli Sprite sarà a piena forza, il loro peso andrà dai 5 ai 50 milligrammi (mg) a seconda del modello e su un unico chip potranno trovare spazio, realizzati con materiali semiconduttori, tutti gli elementi necessari per una vera, anche se minimale, sonda spaziale da esplorazione: una radio, celle solari per l’alimentazione, condensatori per l’immagazzinamento dell’energia, sensori di carico per misurare l’impatto di particelle, sensori chimici, semplici spettrometri e telecamere CMOS, e tutta la capacità di memoria e la potenza di calcolo che si possono immaginare.

Pur non potendo ospitare un motore, né tanto meno stivare il propellente, lo Sprite può comunque navigare nello spazio. Infatti l’attuale tecnologia ci permette di costruire chip ultrasottili, nei quali il rapporto tra superficie e volume è tale che il momentum della radiazione solare può essere sfruttato vantaggiosamente. Sulla carta uno Sprite potrebbe raggiungere una velocità pari a 10 volte quella di Ikaros, la vela solare giapponese lanciata nel 2010.

 (Gruppo di Sprite in orbita terrestre)

Ma questa non è la sola forma di propulsione che potrebbe essere disponibile per gli Sprite. Se fossero dotati di carica elettrica, e Peck ha concreti progetti in questo senso, potrebbero manovrare in tutto il Sistema Solare come colonie di plancton spazzate dalle correnti oceaniche. avvalendosi della forza di Lorentz, che regola il movimento nei campi magnetici, nel nostro caso quelli che circondano i pianeti. E ancora: l’enorme campo magnetico di Giove, di intensità pari a 20000 volte quello terrestre, potrebbe essere usato per impartire ad una pattuglia di Sprite una velocità sufficiente a raggiungere Alpha Centauri in poche centinaia di anni. Infine, un’altra possibilità per lo Sprite di navigare all’interno del Sistema sarebbe quella di avvalersi dei campi gravitazionali dei pianeti, anziché dei loro campi magnetici, percorrendo la cosidetta Superautostrada Interplanetaria. 

Anche gli Sprite hanno i loro punti deboli. Il maggiore risiede probabilmente nella bassa potenza dei segnali radio che è in grado di emettere, e ciò si risolverà in una notevole lentezza delle comunicazioni con la Terra. Aumenterà probabilmente la possibilità di errori di trasmissione, anche per la difficoltà di rintracciare un debole segnale in mezzo al fragore delle interferenze naturali e artificiali. Inoltre sarà difficile creare tra gli Sprite una rete di comunicazione così efficiente da rendere loro possibile operare come sciami.

Lo Sprite (eccolo nella foto accanto) è un piccolo oggetto sottoposto nello spazio a sollecitazioni di ogni tipo e intensità: radiazioni, temperature estreme, stress gravitazionali, chimici e termici, e non si intravvedono difese di nessun tipo adattabili ad esso. L’unica difesa risiede forse in ciò che appare proprio come il suo più grande pregio: il basso prezzo di produzione e i costi di lancio molto contenuti. Quindi la possibilità di fare largo uso della ridondanza: ad una previsione di forti perdite si risponde con l’invio di un numero di unità largamente superiore al necessario.

Tutto è piccolo negli Sprite, salvo il loro numero, che rende possibile costruire grandi reti composte da migliaia, ma anche milioni di sensori, capaci di produrre istantanee 3D dello spazio-tempo, qualcosa che nessuna grande sonda o apparato presente nel Sistema Solare è oggi in grado di fare.

Un primo tentativo di portare in orbita un set di Sprite è fallito  un anno fa, ma si sta preparando un secondo tentativo. Guardate il video Kicksat.org per maggiori informazioni.

ROBERTO FLAIBANI

 

 

FONTI:

Titolo originale: “Exploring Space with Chip-sized Satellites” by Mason Peck – published  July 28, 2011 on IEEE Spectrum

Titolo originale: “Sprites: A Chip-Sized Spacecraft Solution” by Paul Gilster – published July 17, 2014 on Centauri Dreams

 

LightSail + Cubesat: il Sistema Solare sarà aperto a tutti?

Mentre i principi fondamentali della propulsione a vela solare erano noti già da lungo tempo, fin dall’epoca di Giulio Verne, solo recentemente la tecnologia dei materiali e di costruzione dei veicoli spaziali si è sviluppata abbastanza da rendere la vela solare un metodo di propulsione praticabile. La cosa è concettualmente molto semplice: costruisci una grande e leggerissima struttura (la vela), agganciala a un’astronave e lanciala nello spazio, dove la tenue pressione della luce del Sole può fare da propellente. Se la vela è grande abbastanza e l’altitudine sufficiente a far sì che non ci sia alcun effetto frenante dovuto all’atmosfera, la leggera ma costante accelerazione generata dalla pressione della luce del Sole può essere utilizzata per ottenere le altissime velocità di cui qualsiasi astronave ha bisogno per navigare nel Sistema Solare. Non c’è dubbio che i principi di fisica della vela solare funzionino. La sfida risiede nella loro applicazione pratica: costruire una vela sufficientemente grande, robusta eppure leggerissima, sistemarla ben piegata dentro l’astronave insieme a un affidabile meccanismo di dispiegamento, controllare l’orientamento del veicolo nello spazio (assetto) in modo che la vela possa essere usata per mandare l’astronave esattamente dove vogliamo. Fino a che queste capacità non saranno state messe alla prova e verificate, nessuna agenzia spaziale spenderà mai milioni di dollari per missioni che siano basate su questa tecnologia, a prescindere dai tanti potenziali benefici che promette. Ed è a questo punto che LightSail entra in gioco.

Il progetto LightSail è stato concepito circa cinque anni fa da Louis Friedman, Presidente uscente e co-fondatore  della Planetary Society, e da Tomas Svitek, della società Stellar Exploration, come metodo a basso costo di dimostrazione e convalida della tecnologia della vela solare. Gli obiettivi del progetto sono chiari: dispiegare e stabilizzare con successo una vela solare in orbita terrestre, dimostrare di saper controllare l’assetto del veicolo spaziale con sufficiente accuratezza, e usare la vela solare per modificarne intenzionalmente l’orbita. Per poter rappresentare un passo significativo verso future missioni, la vela deve essere abbastanza grande da fornire l’accelerazione richiesta, ma il sistema in generale deve essere piccolo e semplice per poter essere abbordabile economicamente.

Per fortuna, più o meno nello stesso tempo, il tipo di veicolo spaziale noto come Cubesat stava migliorando velocemente, fornendo una piattaforma ideale per la dimostrazione di LightSail. L’astronave è progettata come un Cubesat a tre unità (3U); consiste cioè in una colonna di tre cubi, ognuno dei quali misura 10 centimetri per lato. Tutte le funzioni, inclusa la vela e il meccanismo di  dispiegamento, sono sistemati in questo piccolo spazio. Mantenere il sistema piccolo e leggero abbastanza per entrare in un Cubesat 3U significa che una vela di dimensioni relativamente contenute, nel nostro caso 32 mq., può essere usata per fornire un’accelerazione utile. Se ne ottiene un veicolo spaziale a costo molto basso  eppure con elevate prestazioni, che darà un importante contributo alla tecnologia della vela solare. Sebbene ci siano state altre missioni equipaggiate con  vela solare, tra le quali la più nota è la giapponese  IKAROS, che nel 2010 dispiegò una vela solare nello spazio interplanetario eseguendo una serie di test, LightSail  sarà la prima del formato Cubesat. Con il loro profilo compatto e la componentistica standard, i Cubesat rientrano nella capacità di spesa di molte università e di altre organizzazioni; le grandi compagnie e le agenzie spaziali governative non saranno ancora per molto le sole a potersi permettere di costruire e lanciare satelliti. Ma a causa delle loro ridotte dimensioni, i Cubesat non hanno spazio per i motori a razzo e il relativo propellente che potrebbero permettere loro di viaggiare attraverso il Sistema Solare in maniera indipendente, e quindi non possono spingersi oltre le orbite terrestri . LightSail cambia tutto questo. Il matrimonio tra la vela solare e il paradigma Cubesat  è uno dei maggiori contributi di LightSail e della Planetary Society, sicuramente un passo avanti verso l’apertura del Sistema Solare a tutti.

Profilo di missione

LightSail sarà lanciato nell’aprile del 2016 come carico utile secondario del lanciatore Falcon Heavy, attualmente in sviluppo presso Space X. Una volta raggiunta l’orbita terrestre e distaccatosi dal vettore, LightSail, con la vela stivata al sicuro all’interno, verrà seguito e controllato lungo la sua traiettoria  per alcune settimane, allo scopo di determinarne accuratamente l’orbita e verificare che tutte le apparecchiature lavorino correttamente. Dopo circa quattro settimane dal lancio – l’esatto periodo di tempo non è stato ancora precisato – verrà dato il comando di dispiegare la vela solare. Ciò avverrà quando si avrà la certezza che il veicolo sarà in collegamento con una stazione terrestre di rilevamento, in modo da controllare il dispiegamento in tempo reale. Questo avverrà molto rapidamente: nel giro di un paio di minuti la vela sarà completamente estesa. A bordo, i sistemi noti come “torque rods” allineeranno automaticamente LightSail al campo magnetico terrestre e stabilizzeranno l’assetto del veicolo per la fase successiva, dedicata alla modificazione dell’orbita. Durante questa fase, il veicolo verrà riorientato due volte per ogni orbita, allo scopo di ottenere il massimo vantaggio dalla luce del Sole che colpisce la vela. Rettificando regolarmente il suo assetto durante un gran numero di orbite, mentre controlliamo accuratamente la dimensione, la forma e l’inclinazione dell’orbita sull’equatore terrestre, saremo in grado di confermare che la vela si sta comportando come previsto e sta eseguendo le attese modificazioni della traiettoria. Questo convaliderà pienamente il sistema e il processo di controllo dell’assetto. L’intera missione è pianificata per durare circa tre mesi, ma se il veicolo rimanesse efficiente non ci sarebbe motivo per non estenderla allo scopo di permettere ulteriori caratterizzazioni della prestazione dell’intero sistema.

Considerazioni sull’altitudine dell’orbita

Una delle limitazioni nell’uso della vela solare in orbita terrestre è che la pressione della radiazione solare deve superare l’attrito atmosferico preferibilmente da 5 a 10 volte per garantire un sufficiente margine operativo. Questo dipende in parte dal fatto che l’alta atmosfera è variabile: si espande o si contrae secondo il ciclo del sole, l’attività delle macchie solari, e altri fattori meno prevedibili. Un’altitudine orbitale di 800 chilometri è considerata di solito la migliore per la configurazione  LightSail. In effetti, una delle sfide che ha impedito in passato di completare la missione LightSail è stata l’impossibilità di trovare un passaggio a buon mercato per l’orbita degli 800 km. Come dire, non erano previste possibilità di lanci gratuiti.

Per evitare il collo di bottiglia e portare finalmente LightSail nello spazio, abbiamo dovuto fare un compromesso sull’altitudine dell’orbita, e l’attuale piano di missione  prevede di piazzare l’astronave a circa 720 km. d’altitudine. Calcoli preliminari dimostrano che durante la missione la pressione della radiazione solare supererà l’attrito dell’atmosfera di un fattore che va da 2,5 a 5, sufficiente per una dimostrazione di volo a vela solare. Modificheremo l’orbita in vari altri modi, non solo rispetto all’energia orbitale, che ci obbliga a lavorare direttamente contro l’attrito atmosferico, ma anche in relazione ad altri parametri che non ne sono così drammaticamente influenzati. La pianificazione e il rilevamento accurati dell’orbita ci permetteranno di dare una dimostrazione efficace della tecnologia, anche a questa quota leggermente più bassa.

I partner dell’astronave LightSail

La Planetary Society stava giusto cercando un modo di completare la missione a prezzi sostenibili, quando dal Georgia Institute for Technology ci fu offerta una formidabile opportunità che ha grandemente favorito la missione. Gli studenti del Georgia Tech hanno vinto una gara per costruire e lanciare una missione chiamata Prox-1, che darà dimostrazioni di nuove tecnologie per operazioni di prossimità tra due veicoli nello spazio. Per farla breve, loro avevano bisogno di un’astronave che facesse da partner per i loro esperimenti, LightSail aveva bisogno di un passaggio verso un’orbita alta, non servì quindi molto tempo per rendersi conto che le due missioni sembravano fatte l’una per l’altra.

Il nuovo piano della missione richiede che LightSail venga trasportato da Prox-1 e sganciato da esso una volta raggiunta l’orbita. Per varie settimane prima del dispiegamento della vela, Prox-1 prenderà immagini e telerilevamenti di LightSail da una distanza di sicurezza, mentre porterà avanti i suoi esperimenti di operazioni in prossimità. Quando tali esperimenti saranno completati, Prox-1 osserverà LightSail mentre dispiega la vela e conduce le sue prime manovre di assetto. Le immagini restituite da Prox-1 saranno estremamente utili per comprendere la dinamica del dispiegamento della vela, poiché saremo in grado di osservare la sequenza degli eventi in tempo reale oltre a ricevere i soliti dati via radio. Stiamo lavorando gomito a gomito con i ragazzi della Georgia Tech su questa missione combinata!

L’astronave LightSail

È una meraviglia di progettazione innovativa e di confezionamento intelligente. Due delle sue tre unità Cubesat sono dedicate all’avionica e a ospitare la vela. La terza contiene invece il meccanismo di dispiegamento, inclusi i bracci estendibili a cui la vela è agganciata, il motore di navigazione, l’antenna per le telecomunicazioni e altri componenti. Durante le procedure di lancio i pannelli solari sono ripiegati sopra la vela, aiutando a tenerla nella corretta posizione fino al dispiegamento. Prima dell’apertura della vela, l’intero sistema misura 10×30 cm., circa la metà di un tostapane. La vela è realizzata in Mylar (polietilene tereftalato, una resina termoplastica) e una volta pienamente dispiegata misurerà 32 metri quadrati. L’astronave è quasi completa e verrà sottoposta agli ultimi test entro la fine dell’anno.

Prove di volo

È risaputo che il modo migliore per ridurre i rischi in un progetto di volo spaziale è quello di avere a disposizione due astronavi uguali (il massimo della ridondanza ndt), e LightSail è tra questa eletta schiera di fortunati. Grazie a un po’ di intelligente pianificazione nelle prime fasi del programma, due copie quasi identiche del sistema di volo sono pronte per essere lanciate. Inoltre la NASA ci ha regalato  un’altra opzione di lancio, così che  speriamo di poter eseguire un test di volo completo nel maggio 2015, ben un anno prima della missione primaria. Questo lancio mira a un’orbita più bassa, inadatta per una dimostrazione di volo vera e propria, ma sufficiente per permettere la verifica dei sistemi di dispiegamento e di assetto, e delle altre funzioni chiave proprie del Cubesat, con molto anticipo sulla data primaria di lancio. Il sistema di test di volo è in corso di preparazione e sta per essere a sua volta messo alla prova, e se saremo soddisfatti dei risultati, tutto il materiale sarà stivato e spedito in attesa del lancio. Dopo che avrà lasciato le nostre mani, la prima tappa sarà la Naval Postgraduate School di Monterey in California, dove LightSail, insieme ad altri Cubesat, sarà montata su una struttura di schieramento, poi il tutto verrà mandato al sito di lancio presso il Kennedy Space Center in Florida. Una volta che la vela si sarà dispiegata nello spazio con successo, la missione di prova durerà solo qualche altro giorno ancora, ma noi avremo certamente acquisito nuove conoscenze sulle prestazioni dell’astronave che ci aiuteranno a cogliere il successo con la missione primaria, nell’aprile 2016.

Avete dato una mano perché tutto questo accadesse!

Dopo anni di pianificazione, sviluppo e prove, LightSail ha oggi una data di lancio fissata e un’astronave quasi pronta. Con un possibile test di volo nel maggio 2015 e  una data ufficiale di lancio nel 2016, in collaborazione  con la missione Prox-1 della Georgia Tech, LightSail è pronta a dare esaustive dimostrazioni su Cubesat e la vela solare, e a rendere disponibile la tecnologia per missioni a basso costo in tutto il Sistema Solare. Durante il volo, ambedue le astronavi dovrebbero essere visibili a occhio nudo, dando al pubblico una chiara visione di cosa la Planetary Society è stata capace di fare grazie al generoso apporto dei suoi associati e semplici sostenitori.

COSMOS-1: l’inizio

Il 21 giugno 2005, la Planetary Society lanciava Cosmos-1, la sua prima vela solare. Costruita in collaborazione con Cosmos Studios e assemblata dallo Space Research Institute russo, questa astronave assolutamente innovativa avrebbe dovuto essere la prima vela a volare intorno al mondo sospinta solo dalla luce del sole. Invece finì in fondo al Mare di Barents quando il suo veicolo di lancio, il missile russo Volna, non riuscì a separare il primo stadio dal secondo.
Per niente scoraggiati, e confortati dalla richiesta dei nostri associati di tentare ancora, abbiamo fatto tesoro dell’esperienza, prendendo nota di ciò che avevamo sbagliato – o fatto bene – e giurando di non arrenderci. Così, nove anni più tardi, eccoci pronti a mettere alla prova ancora una volta le nostre ali in Mylar. Rendiamo onore a Cosmos-1 e siamo grati a tutti coloro che hanno lavorato al progetto insieme a noi. È stato un altro primo passo per una organizzazione che ha già compiuto molti primi passi nel cercare di portare creativamente gli Uomini nello spazio.

 

Titolo originale : “Preparing to Sail” di Doug Stetson, pubblicato nel volume 34, numero 2, anno 2014, di “The Planetary Report”, a cura della Planetary Society, che ringraziamo anche per il materiale iconografico.

Traduzione di ROBERTO FLAIBANI
Editing di DONATELLA LEVI

Cavalcare il vento solare

Il 7 maggio scorso è stato lanciato dallo spazioporto di Kourou un vettore Vega che ha seminato su varie orbite una manciata di piccoli satelliti. Uno di essi, denominato ESTCube-1, è veramente piccolissimo, misura infatti 10x10x11,35 cm. e pesa poco più di un chilo. In altre parole, si tratta di un tipico cubesat, ed è stato presentato come il primo satellite estone. Una volta salutati i simpatici studenti e tifosi Estoni come nuovi membri della costituenda spacefarer civilization, abbiamo archiviato la notizia e siamo andati a dormire, come sembra abbiano fatto perfino al Corriere della Sera. Salvo essere risvegliati di soprassalto, qualche ora dopo, dal frastuono dei corni da guerra dei blog spaziali americani: loro sì che avevano la vera notizia! E cioè che lo scatolino chiamato ESTCube-1 era in realtà il primo di una serie di test che avrebbe portato alla realizzazione, da parte di un consorzio d’imprese in area ESA, di un prototipo di vela solare elettrica nel giro di qualche anno. (RF)

 Lo scatolino contiene un tether lungo 10 metri, cioè un cavo in alluminio dello spessore di soli 50 micron, che verrà srotolato molto lentamente nello spazio. Fatto questo, il tether riceverà una carica elettrica positiva grazie all’impulso di un cannonne elettronico e comincerà a interagire con gli ioni della magnetosfera terrestre. Lo studio di queste interazioni è alla base della teoria della vela solare elettrica e verrà approfondito nel corso di un secondo esperimento previsto per l’anno prossimo e denominato Aalto-1, in cui verrà usato un tether lungo 100 metri.

Pekka Janhunen, del Finnish Meteorolgical Institute, che guida fin dal 2006 il gruppo misto di scienziati estoni e finlandesi che si sono dedicati al progetto di vela solare elettrica, spiega che, una volta esaurita la fase di ricerca preliminare nella magnetosfera terrestre, sperano di arrivare entro il 2016 a varare un primo veicolo propulso da una vera vela solare elettrica in grado di produrre spinta utilizzando il vento solare e non la pressione della luce solare come fanno le tradizionali vele fotoniche tipo Ikaros.

 La configurazione base di una E-sail dovrebbe comprendere un centinaio di tether da 25 micron, lunghi ciascuno 20 km. e un cannone elettronico ad alimentazione solare, in grado di mantenere l’intero sistema elettricamente carico ad un potenziale positivo pari a 20 kv. Con questi valori la vela, se applicata a un carico utile di una tonnellata, in un anno può raggiungere la velocità di 30 km/s, più del doppio di quella della sonda New Horizons, attualmene in rotta verso Plutone. Con carichi utili minori, missioni del genere potrebbero essere portate a termine in cinque anni raggiungendo velocità dell’ordine di 100 km/s. L’intensità del vento solare è variabile ma mediamente è cinquemila volte più debole di quella della radiazione solare che viene utilizzata dalla vela fotonica. Ciononostante la vela elettrica è ancora competitiva: un tether di 20 km arrotolato nel suo rocchetto pesa poche centinaia di grammi, costa pochissimo, è facile da dispiegare nello spazio, ma sopratutto è capace di produrre intorno a se, per svariati chilometri quadrati, un campo elettrico in grado di intercettare il vento solare. Inoltre Janhunen descrive nel suo sito tecniche e metodi per smorzare e contenere la variabilità nella densità e velocità delle particelle del vento solare, che costituisce il più serio problema al suo utilizzo.

 Molte interessanti missioni sono difficili da eseguire per veicoli con propulsione a razzo, sopratutto a causa ell’eccentricità o inclinazione delle orbite o della lontananza dei bersagli, la cosa invece non costituisce un problema per le vele solari che producono una spinta continuata e non necessitano di propellente. Tali considerazioni valgono tanto per le vele fotoniche che per quelle elettriche e sull’argomento i lettori possono leggere anche l’articolo Dopo Ikaros, dove? Segue una lista di possibili missioni ideali per le vele solari:

• Pianeti, lune e asteroidi del Sistema Solare interno. E’ possibile ogni genere di missione: fly-by, rendez-vous, sample return, mining, deflection, ecc.

• Asteroidi del Sistema Solare esterno (Cintura di Kuiper, Troiani di Giove, Centauri, Famiglia Hilda e altri). In pratica sono possibili solo missioni di fly-by: data la grande distanza dal Sole, la vela non riceverebbe abbastanza energia per decelerare ed eseguire manovre in prossimità del bersaglio.

• Pianeti e lune del Sistema Solare esterno. Si potebbe costruire una grande astronave-madre a vela, capace di trasportare parecchie sonde specializzate (orbiter, lander, rover, jumper, ecc.) da sganciare in prossimità di bersagli predeterminati.  (Tabella della durata del volo verso i giganti gassosi, calcolata per tre diversi carichi utili)

•  Missione Data Clipper. Al giorno d’oggi non è difficile costruire strumenti scientifici che raccolgano una gran quantità di dati in poco tempo, e le nuove tecnologie di immagazzinamento rendono possibile il loro stoccaggio in dispositivi minuscoli, leggeri ed economici. Ciò che manca, invece, è la larghezza di banda per il download dei dati su distanze interplanetarie. Si potrebbero quindi costruire dei piccoli veicoli spaziali a vela solare dedicati a riportare fisicamente i dati in prossimità della Terra, da dove possano essere trasmessi con poca spesa, consentendo così di ridurre notevolmente i costi per le telecomunicazioni nel bilancio della missione.

•  Viaggi interstellari. Janhunen ha ammesso in passato di non vedere nessuna applicazione della e-sail in questo campo, se non una sola, importantissima: decelerare quando l’astronave entra in contatto con il vento solare della stella di destinazione.

ROBERTO FLAIBANI

Fonti:

•  IEEE Spectrum, ELECTRIC SPACE SAIL TO GET ITS FIRST TEST, by Rachel Courtland
• POSSIBILITIES OPENED BY ELECTRIC SOLAR WIND SAIL TECHNOLOGY  by Pekka Janhunen et al. – Finnish Meteorological Institute, Helsinki
•  Centauri Dreams, ENTER THE ELECTRIC SAIL, by Paul Gilster on May 8, 2013
•  Centauri Dreams, TO RIDE THE SOLAR WIND, by Paul Gilster on May 9, 2013

 Credits: Alexandre Szames, IAF/IAC, Finnish Meteorological Institute, Pekka Janhunen

 

Viaggio al fuoco della Lente Gravitazionale del Sole

Comunicato Stampa n.9

Il dott. Gregory Matloff è Professore Emerito al Dipartimento di Fisica del New York City College of Technology, CUNY, a Brooklyn, New York, USA. E’ inoltre membro dell’Accademia Internazionale di Astronautica (IAA) e della British Interplanetary Society (BIS). Greg ha pubblicato più di 100 relazioni scientifiche e tecniche, mentre come autore o co-autore ha firmato 9 libri di astronomia e astronautica, incluso The Starflight Handbook (Wiley, 1989) e Solar Sails (Springer 2008). Tra il 1999 e il 2007 ha collaborato con il Marshall Space Flight Center della NASA come consulente per la propulsione spaziale e la Difesa Planetaria dall’impatto di asteroidi. Il dott. Matloff interverrà mercoledì 26 alle 12:00 con una relazione dal titolo “A Solar/Nuclear Mission to the Sun’s Inner Gravity Focus”, dove si prospetta la possibilità di raggiungere il fuoco della Lente Gravitazionale del Sole con una sonda automatica a propulsione mista nucleare/solare. Si tratta dell’ormai nota missione FOCAL, proposta dal nostro dott. Claudio Maccone.

La Lente Gravitazionale è un fenomeno naturale di grande potenza che ha effetto sull’intero spettro elettromagnetico. La Lente Gravitazionale del nostro sole  (GLS) potrebbe diventare in futuro lo strumento principe per l’osservazione astronomica e le telecomunicazioni interstellari. Da molti anni a questa parte, il dottor Claudio Maccone è il massimo studioso di questo fenomeno e propugnatore della missione FOCAL, che ha come primo obiettivo di raggiungere il cosidetto fuoco del “sole nudo”,  situato a 550 Unità Astronomiche (UA) dal Sole, ben oltre l’orbita di Plutone (40 UA). Da lì la sonda continuerà ad allontanarsi lungo l’asse focale fino alla distanza di 1000 UA, sfruttando per le sue osservazioni le prestazioni della GLS. Niente di costruito dall’Uomo è mai arrivato così lontano, nemmeno l’intramontabile Voyager 1, che ha da poco superato le 110 UA. Ma varrebbe davvero la pena di andarci, perchè le prestazioni promesse dalla GLS sono assolutamente eccezionali. La Natura ci offre, a poco più di tre giorni-luce dalla Terra (a tanto equivale, infatti, la distanza di 550 UA) uno strumento d’indagine di ineguagliabile potenza.  In questi ultimi anni la comunità scientifica ha finalmente dato segno di aver preso coscienza delle potenzialità della GLS e del valore dal lavoro di Maccone, tant’è che FOCAL viene ora considerata la più importante tra le cosiddette missioni antesignane del volo interstellare.

Joseph Breeden ha ottenuto il dottorato di ricerca dall’università dell’Illinois per il suo lavoro sulla Teoria del Caos in Astrofisica, con ricerche specifiche sulle dinamiche caotiche degli ammassi globulari di stelle. Nella sua carriera ha utilizzato le dinamiche non-lineari e l’analisi dei dati per molte applicazioni scientifiche e finanziarie inclusa la “dendrocronologia” (l’analisi dei cerchi di accrescimento annuale degli alberi), le proiezioni sul numero dei partecipanti per il SETI@home, le previsioni sulla crisi dei mutui negli Stati Uniti e le previsioni sull’andamento dei raccolti. Nel 2010 ha pubblicato il libro intitolato Reinventing Retail Lending Analytics e oggi guida la Prescient Models. L’intervento di Joe Breeden si terrà mercoledì 26 alle 12:20 e avrà per titolo: “Gravity Assist via Near-Sun Chaotic Trajectories of Binary Objects”

Ulteriori informazioni sono disponibili su http://www.sanmarinoscienza.org

Per assistenza e foto in alta definizione rivolgersi a : agenda@sanmarinoscienza.org

Con il patrocinio di: Segreteria di Stato per il Turiso e lo Sport; Segreteria di Stato per la Cultura; Università degli Studi – Repubblica di San Marino. INAF – Istituto Nazionale di Astrofisica.  COSPAR – Committee on Space Research.

Organizzatori: San Marino Scienza.  CVB – Convention & Visitors Bureau – San Marino.  IAA – International Academy of Astronautics.

Collaboratori scientifici: UAI – Unione Astrofili Italiani. Radiotelescopi di Medicina. SETI ITALIA – Team G. Cocconi. IARA – Italian Amateur Radio Astronomy. FOAM13 – Fondazione Osservatorio Astronomico Messier 13.  Carnevale della Fisica.  Scientificando. Associazione Culturale Chimicare. Carnevale della Chimica. Il Tredicesimo Cavaliere.

Sponsor: Banca Agricola Commerciale – San Marino.  Asset Banca – San Marino.

Piccoli velieri aprono la via verso le stelle

Il volo interstellare è un obiettivo del tutto irraggiungibile con l’attuale tecnologia, ma invece sono realizzabili, prima della fine del secolo, tre missioni precorritrici che, utilizzando la vela solare fotonica e sfruttando le ultime scoperte nelle nanotecnologie, nella scienza dei materiali e nella robotica, condurranno le nostre sonde ben oltre i confini del Sistema Solare.  In questo articolo Louis Friedman,  Tom Heinsheimer e Darren Garber tracciano il percorso che, si spera, ci condurrà nel prossimo secolo al primo volo interstellare (RF).

Cosmos-1

Sembra un po’ assurdo che il Pentagono, e precisamente  la DARPA, abbia iniziato un programma, chiamato 100 Year Startship (100YSS) e dedicato al volo interstellare, un’idea nata dalla mente di David Neyland, uno dei dirigenti della DARPA, e di Peter Worden, direttore del Ames Research Center della NASA. I due si erano ispirati al romanzo di Robert Heinlein “Time For the Stars”, dove alcuni imprenditori creavano la “Long Range Foundation”, che investiva nei viaggi spaziali per stimolare l’innovazione scientifica e tecnologica. La DARPA vuole stimolare queste innovazioni e ha registrato l’acronimo 100YSS  con l’intenzione di darlo in licenza al vincitore di una gara  per la creazione di una organizzazione non governativa, finanziata privatamente e dedicata al volo interstellare. La gara è stata vinta dal gruppo Jemison, guidato dall’ex-astronauta Mae Jemison.

L’idea che sta alla base del 100YSS è stata discussa per la prima volta  nel gennaio 2011, durante una riunione di pianificazione strategica a numero chiuso, e ancora, nove mesi dopo, in un congresso tenutosi a Orlando, Florida. I tre autori di questo articolo, che avevano seguito lo sviluppo del progetto dalla riunione iniziale fino al congresso, hanno raccomandato ai congressisti di considerare che i futuri protagonisti del volo interstellare avrebbero potuto più facilmente essere  dei surrogati umani, aggiornati ai massimi livelli della robotica, della biologia e dell’informatica, che non veri essere umani, difficilmente disponibili per viaggi così lunghi. J.Craig Venter, scienziato e imprenditore di ampie vedute nel campo della sintesi del DNA, aveva suggerito che la missione interstellare poteva includere il trasporto di  molecole del DNA programmate per interagire con il pianeta di destinazione, e in grado di spedire indietro informazioni in modi che noi possiamo solo cominciare a immaginare.

L’esplorazione umana di altri sistemi stellari avrà luogo solo se lasceremo a casa gli esseri umani. Minuscole navi spaziali compiranno i viaggi interstellari, e non veicoli di dimensioni mostruose, con motori nucleari, ad antimateria o a curvatura.
Si consideri quanto insignificante è stato lo sviluppo della tecnologia del volo umano nello spazio negli ultimi 50 anni , specialmente se paragonato alla tecnologia spaziale robotica, che si è evoluta in modo esplosivo in quanto a intelligenza, capacità di raccogliere i dati,  durata di funzionamento, con i relativi miglioramenti in termini di distanza percorsa e di valore scientifico. Gli esseri umani non hanno ancora viaggiato oltre la Luna  e le idee per estendere il volo spaziale umano piu lontano nel Sistema Solare sono le stesse degli anni 60, e richiedono enormi missili, un sacco di carburante, elaborati e pesanti sistemi di supporto vitale, lunghi periodi di volo.
Al contrario, il livello delle tecnologie robotizzate è cresciuto rapidamente, seguendo un percorso in qualche modo congruente con la Legge di Moore (che descrive l’avanzamento a velocità esponenziale nell’elettronica  e nella elaborazione dei dati, raddoppiando le prestazioni ogni 18 mesi), con il risultato che le nostre sonde automatiche hanno raggiunto i confini del Sistema Solare e la loro strumentazione è grandemente migliorata riducendo il volume, la massa e il consumo di energia. In questo articolo descriviamo un approccio progressivo al volo interstellare che utilizza questi avanzamenti nella tecnologia robotica e di conseguenza sarà veloce, economico e tecnicamente fattibile, senza che siano richiesti “miracoli” nel campo della propulsione.

Il piccolo veliero

Il volo interstellare puo essere messo in pratica in un solo secolo, e le missioni a esso antesignane che verranno lanciate nei prossimi decenni possono servire come pietre miliari sulla strada che porta alle stelle. La decisione critica è quella di servirsi dell’effetto fionda  generato dal pozzo gravitazionale del Sole per ottenere l’accelerazione necessaria  per far uscire ad alta velocità dal Sistema Solare una piccola astronave a vela fotonica. Tali minuscole astronavi, con la tecnologia odierna, avrebbero un limitato carico utile e scarse capacità di comunicazione, ma la situazione sta cambiando rapidamente grazie anche allo sviluppo della LightSail della Planetary Society. Già ora, secondo uno studio del JPL, si si sta pensando a possibili missioni interplanetarie basate sul concetto di LightSail per il programma “Innovative Advanced Concepts” della NASA. (nell’immagine a fianco, la copertina di “Solar Sails” di Vulpetti, Johnson e Matloff, ed. Copernicus, eccellente esempio di divulgazione scientifica).

Raggiungere le stelle con una LightSail a propulsione laser è un concetto elaborato da Robert Forward negli anni 80, l’unico metodo pratico per raggiungere le stelle conosciuto all’epoca. Seguendo questo approccio, raggi laser o fasci di microonde messi a fuoco su distanze interstellari fornirebbero la spinta continua necessaria una volta che la luce del Sole fosse diventata inutilizzabile come fonte di propulsione (l’emissione solare diventa troppo debole al di là dell’orbita di Giove). Questo metodo richiederebbe la costruzione di una grande piattaforma laser nel Sistema Solare.  In questo articolo vogliamo suggerire che una semplice vela solare a propulsione fotonica può essere usata sia per ottenere avanzamenti tecnologici nel campo del volo interstellare, sia per raggiungere i necessari obiettivi intermedi.

La prima applicazione proposta per la vela solare fotonica si rifà a un’idea di Jerome Wright degli anni 70 per una missione di rendezvous con la cometa di Halley. L’aspetto straordinario di questa idea nacque dalla necessità di compensare la direzione e la velocità di un oggetto che stava cadendo nel Sistema Solare interno lungo una traiettoria retrograda, cioè in direzione opposta al movimento orbitale dei pianeti. Mettere l’astronave su questa traiettoria richiedeva una manovra del tipo “fermate il mondo, voglio scendere”.  Raggiungere il momento angolare inverso sarebbe stato possibile utilizzando l’accelerazione continua fornita dalla luce solare, più un trucchetto di meccanica celeste. La fionda gravitazionale richiesta per ottenere un aumento di velocità (ovvero un cambiamento dell’energia orbitale della sonda, detta anche momento angolare) è più efficiente se si esegue nel punto della traiettoria più vicino al Sole (perielio): tanto minore è il perielio tanto maggiore è l’energia ottenuta dall’astronave. La strategia per il rendezvous con Halley richiedeva parecchie orbite intorno al Sole e l’aggiustamento del momento angolare della sonda fino a che il suo valore veniva invertito e combaciava con il movimento retrogrado della cometa.

Anche per il volo interstellare useremo una strategia di volo radente al Sole (fionda gravitazionale a basso perielio) per ottenere un grande guadagno di energia. Oltre a questo vantaggio dato dalla meccanica celeste, l’astronave guadagnerà altra energia dispiegando la vela nelle vicinanze del Sole. Questo incremento d’energia aumenterà le dimensioni dell’orbita dell’ astronave spostando l’afelio oltre i pianeti esterni. In questo modo l’afelio potrebbe essere esteso all’infinito e l’astronave assumere una traiettoria iperbolica (invece che ellittica) che la farebbe uscire dal Sistema Solare.

Per raggiungere alte velocità di fuga, abbiamo bisogno di un grande valore del rapporto  tra l’area della vela e la massa dell’astronave (A/m). Una grande vela raccoglie un sacco di fotoni e ciascuno di essi trasmette la sua energia alla nave spaziale. Quanto più la massa della astronave è piccola tanto più grande sarà l’accelerazione risultante. Un altro fattore chiave, come si notava precedentemente, è la vicinanza al Sole. La distanza del perielio dal Sole è limitata dalle proprietà termiche dell’astronave e della vela. Una vela posta a 1 UA, la distanza tra la Terra e il Sole, deve resistere a una temperatura  di circa 45 C°, ma a 0,3 UA la temperatura sale fino a 305 C°. Ma se vogliamo andare più vicino al Sole, il mylar di cui è composta la vela non pùo funzionare, invece lo possono fare certe plastiche speciali. Materiali avanzatissimi, fatti di nanotubi e fibre di carbonio, oppure dotati di substrati in alluminio in grado di evaporare, rilasciando una nube ultra sottile di molecole che trasmette la sua energia alla vela, possono anch’essi rendere possibili voli radenti al Sole, quindi la ricerca di un sistema di propulsione interstellare deve includere la ricerca dei migliori materiali per le vele.

Quanto lontano e quanto veloce?

La distanza del pianeta più lontano, Nettuno, è pari a circa 30 UA. La cosidetta Cintura di Kuiper, composta di oggetti ghiacciati, di cui molti sono pianeti nani o comete inattive, si estende dai 50 ai 500 UA circa. Il confine del Sistema Solare viene di solito considerato essere l’eliopausa, un’area larga e irregolare dove il vento solare lascia il passo a un analogo flusso di particelle provenienti da altre stelle. L’eliopausa si trova approssimativamente a 150 UA dal Sole. Nessuna astronave terrestre ha mai raggiunto una simile distanza, sebbene il Voyager 1, la sonda piu veloce lanciata fino ad oggi, stia per raggiungere la fine della Heliosheath, la regione dove il vento solare interagisce con la radiazione cosmica. Voyager 1 raggiungerà presto l’eliopausa, coprendo circa 3,7 UA all’anno, cioè un anno luce in 17.000 anni. Il sistema stellare più vicino è Alpha Centauri, che dista 4,3 anni luce dal Sole, pari a  271.000 UA.

Per determinare quanto lontano una nano-astronave dotata di una vela solare può arrivare in un determinato tempo, abbiamo eseguito un’analisi parametrica del rapporto area/massa e dei passaggi più vicini al Sole (distanza del perielio). Abbiamo considerato il rapporto A/m da circa 1m²/kg (pari approssimativamente al valore della sonda giapponese Ikaros) fino a circa 1000m²/kg.  (In confronto , il valore proposto per la sonda destinata al rendezvous con la cometa di Halley era pari a 700m²/kg). La vela solare della Planetary Society è circa 7m²/kg. Per i lettori interessati ai dettagli tecnici, noi definiamo “caratteristica” l’accelerazione dell’astronave che si verifica a 1 UA. Come primo passo, potenziando progressivamente l’astronave LightSail, possiamo considerare un rapporto area/massa di circa 100m²/kg, cioè una vela di 100 per 100 metri e una astronave di 100 kg di massa, equivalente a una grossa lavatrice. Comunque , il vero futuro per il volo interstellare richiederà un astronave di massa pari a un ordine di grandezza più piccolo rispetto a una vela di tale dimensione, producendo un valore A/m di circa 1000m²/kg. Alcuni analisti di missione cinesi hanno proposto recentemente un’astronave a vela solare di 550m²/kg da usare per la deflessione degli asteroidi.

Per il massimo avvicinamento al Sole , consideriamo un valore del perielio intorno a 0,1- 0,2 UA, veramente molto vicino! Negli anno 70, nello studio per la missione alla cometa di Halley si consideravano valori intorno a 0,25 UA. Studi più recenti della NASA suggeriscono che i progressi nella scienza dei materiali permetteranno di sopravvivere ad avvicinamenti anche maggiori. La vela solare viene dispiegata dopo il lancio e la nave spaziale comincia a girare intorno al Sole in una rotta a spirale. Al perielio, la rotta della Vela Solare viene modificata per raggiungere il massimo afelio e l’astronave continua a orbitare intorno al Sole finche non riesce a sfuggire alla sua attrazione. Una volta che l’astronave è giunta oltre l’orbita di Giove  la vela può essere sganciata. Il grafico delle prestazioni della vela mostra quanto lontano un astronave a Vela Solare puù arrivare in 50 anni in funzione del rapporto A/m e del perielio.

Fino alla Lente Gravitazionale

In 50 anni la nostra astronave da A/m =100, seguendo una traiettoria che passa entro 0,2 UA dal Sole, arriva fino a 450 UA, vicino al bordo esterno della Cintura di Kuiper. Se il perielio fosse 0,15 UA, percorrerebbe 500 UA e se fosse 0,1 UA l’astronave arriverebbe a 900 UA! Il vantaggio di un perielio più ravvicinato diventa ancora maggiore con l’aumento del rapporto A/m. Proponiamo tre missioni da considerare come pietre miliari antesignane del volo interstellare, che riflettono il costante miglioramento nella progettazione dell’astronave e l’aumento delle dimensioni della vela:

• 2018 – 2030 – 2037
  Cintura di Kuiper (50 UA)
  Eliopausa (150 UA)

• 2025 – 2066 – 2072
  Fuoco della Lente Gravitazionale (550 UA)
  Asse della Lente Gravitazionale (1.000 UA)

• 2035 – 2085
  Nube di Oort (5.000 – 50.000 UA)

In termini di valore scientifico, un volo attraverso la Cintura di Kuiper sarà basato sulla miriade di scoperte effettuate dalle missioni New Horizons, e ne saranno necessarie parecchie per determinare le caratteristiche fisiche dell’Eliopausa.
La terza missione prevede numerosi obiettivi intermedi, studiati dall’astronave stessa.

(Qui a  sinistra appare la copertina del libro di Claudio Maccone che offre l’analisi più approfondita della missione al fuoco della lente gravitazionale del Sole). Delle tre pietre miliari sulla strada che porta al volo interstellare, la missione al fuoco della lente gravitazionale è particolarmente interessante. E’ il luogo dove la luce delle stelle fisse è messa a fuoco dal pozzo gravitazionale del Sole (come previsto da Albert Einstein nella Teoria della Relatività Generale), quindi dovrebbe essere un buon posto dal quale osservare gli esopianeti. Teoricamente tale fuoco non sarebbe puntiforme, ma coinciderebbe con l’asse focale, a cominciare da 550 UA (fuoco del Sole nudo, ndt), sebbene gli effetti perturbatori della corona solare apparentemente lo spingano indietro fino 700 UA (e anche oltre, perchè il fuoco si estende all’infinito). Nella figura qui sotto noi usiamo 600 UA come valore nominale. Un’astronave da A/m =100 con un perielio di 0,15 UA raggiunge questa distanza in 55 anni, uscendo dal Sistema Solare a una velocità di circa 19,4 UA l’anno. Se il perielio fosse pari a 0,2 UA, il tempo di volo aumenterebbe di circa il 25%. Al contrario, se il perielio fosse inferiore a 0,1 UA, allora la durata del volo sarebbe dimezzata. In questo caso noi potremmo raggiungere il fuoco della lente gravitazionale a 600 UA in 25 -30 anni.

Le pietre miliari che abbiamo proposto, indicano delle possibili missioni per il progetto 100YSS, antesignane del volo interstellare vero e proprio. Nel frattempo le vele solari diventeranno più sottili e la loro superficie più grande, dall’attuale 5x5m fino a 30x30m. I bracci estendibili diventeranno più leggeri e robusti, probabilmente  usando, negli stadi più avanzati, materiali ai nanotubi di carbonio. Mano a mano che la tecnologia avanza, la massa in relazione alla superficie della vela decresce e si passa dal livello di nano-astronave a quello di pico-astronave, cioè meno di 1 kg. Satelliti di questa stazza sono già in corso di studio e progettazione presso la Aerospace Corporation. Queste missioni antesignane del volo interstellare che proponiamo qui, seppure teoriche, sono realistiche. Col raddopio delle nostre capacità ogni 10 anni, possiamo spingerci sempre più lontano, al di fuori del Sistema Solare. Questa prospettiva suggerisce una specie di Legge di Moore per il volo spaziale, basata non sul valore di mercato, ma sulla comprensione del nostro posto nell’universo.

Previsioni a lungo termine

Le tre missioni appena proposte si devono considerare precorritrici del volo interstellare sia come pietre miliari che indicano obiettivi specifici per arrivare più lontano e più velocemente, sia come più alti livelli nella tecnologia delle vele che un giorno o l’altro ci condurrà fino alle stelle. Oggigiorno, raggiungere la significativa distanza di 1 anno luce, per non parlare di Alpha Centauri che dista 4,3 anni luce, sembra aldilà della capacità della vela solare fotonica, senza intervento di laser o altri raggi portanti. Comunque la nanotecnologia, la scienza dei materiali, e la robotica stanno avanzando cosi velocemente che questo obiettivo non deve essere lasciato da parte  né il suo studio rimandato ad altra data. C’è molto lavoro da fare per sviluppare la nanoastronave. Dobbiamo poter comunicare con essa  ed è necessario che l’energia per alimentare la strumentazione venga prodotta a bordo. Non abbiamo ancora risposte esaustive per queste necessità, sebbene siano già  disponibili soluzioni parziali nel campo dei LED, delle comunicazioni ottiche, dei generatori miniaturizzati a radio isotopi, e nanobot che usano precessi chimici e biologici. Anche senza sapere che forma prenderanno, noi scommettiamo che questi miglioramenti tecnologici rappresenteranno il modo migliore per estendere la presenza umana aldilà del Sistema Solare.

Il richiamo del volo interstellare non deve essere sottovalutato sia che la vita extra terrestre venga trovata nel nostro Sistema Solare o meno, gli Uomini vogliono capire qual’è il loro posto nell’universo. La straordinaria varietà di esopianeti ha stimolato il desiderio di trovare ed esplorare mondi abitabili che potrebbero ospitare forme di vita evolutesi independentemente da quelle terrestri.
La vastità dello spazio intimidisce, e il volo interstellare può sembrare tanto lontano dalle possibilità della nostra generazione quanto lo era il volo aerodinamico da quella di Da Vinci. Pensare in piccolo comunque può portare la vastita dell’universo alla nostra portata e la nanoastronave può estendere virtualmente la conoscenza umana in altri Sistemi Solari.

traduzione di ROBERTO FLAIBANI

Titolo originale: “Stepping Lightly to the Stars“, pubblicato su The Planetary Report vol.32, #1

Autori: Louis Friedman,  Tom Heinsheimer e Darren Garber

Le astronavi-arca: un’intervista con Greg Matloff

La prima conferenza dedicata dalla British Interplanetary Society esclusivamente al tema delle astronavi-arca ci è sembrata una buona occasione per fare il punto della situazione con Gregory Matloff, che avevo descritto quando scrivevo Centauri Dreams (il libro) come ‘l’uomo rinascimentale degli studi interstellari.’ Forse più noto per il suo continuo lavoro sulle vele solari, è comunque un uomo dai molteplici interessi. Ha portato a un pubblico più vasto il problema della propulsione nello spazio profondo con il suo libro The Starflight Handbook (1989), che copre l’intera gamma delle opzioni interstellari, ma per oltre trent’anni ha continuato a produrre testi scientifici su temi che spaziano dai Collettori di Bussard alle missioni con propulsione a fasci di microonde. Di recente si è interessato all’espansione della biosfera umana nello spazio, un argomento trattato in libri quali Paradise Regained: The Regreening of Earth (Springer, 2009) e Biosphere Extension: Solar System Resources for the Earth, scritto con C. Bangs, di prossima pubblicazione. Questi ultimi titoli indicano che il suo interesse nei confronti delle astronavi-arca, che Matloff aveva per la prima volta coltivato in studi pubblicati sul  JBIS (Journal of British Interplanetary Society) nei primi anni ’80, continua a essere molto vivo, come l’intervista che segue confermerà (Paul Gilster, 17 agosto 2011).

PG: Greg, so che tu hai un intervento in lista per la conferenza sulle astronavi-arca che la British Interplanetary Society organizza a Londra, anche se non ti è possibile partecipare di persona. E so anche che sei stato scelto dai fratelli  Benford per fare un intervento nel quadro del “100 Year Starship Symposium”. Quando, nel 2004, ho cominciato a fare ricerche in questo campo per il mio libro Centauri Dreams, ho scoperto che sei stato uno dei primi a diffondere questa affascinante nozione, l’idea che una nave spaziale potrebbe diventare un immenso habitat in grado trasportare migliaia, o addirittura centinaia di migliaia di persone tra le stelle. (Nell’immagine: Gregory Matloff).

GM: Sono stato uno dei primi scrittori scientifici ad occuparsi dell’argomento. L’idea in sé risale agli anni ’30 o addirittura prima. Astronavi-arca sono citate in un saggio filosofico di J. D. Bernal, The World the Flesh and the Devil (1929). C’è poi uno straordinario romanzo di fantascienza di Olaf Stapledon intitolato Starmaker (1937). L’autore non solo parla di astronavi-arca, ma lascia intendere che le stelle stesse siano dotate di coscienza.

PG: Gli anni ’30 sono stati un periodo eccezionalmente produttivo sia per la scienza che per la fantascienza.

GM: Estremamente produttivo. C’era un gruppo letterario all’Università di Oxford che è diventato giustamente famoso. Ne facevano parte C.S. Lewis e J.R.R. Tolkien, e il lavoro di Stapledon era spesso oggetto di discussione. Mi sarebbe molto piaciuto esserci e ascoltare quei ragazzi mettere in giro le loro idee poco prima della II guerra mondiale, un periodo in cui tutti sapevano che cosa sarebbe successo da lì a poco. Doveva essere fantastico. L’idea dell’astronave-arca poi scompare, benché Tsiolkovsky la citi parlando di serre spaziali e cose del genere. Ma non la sviluppa veramente e, a quanto ne so, nessuno l’ha mai tirata fuori fino agli anni ’70.

(Nell’immagine John Desmond Bernal, fisico e cristallografo inglese, nel suo The World, The Flesh & The Devil (1929) ha studiato la presenza umana in astronavi-arca e ha esaminato la possibilità delle vele solari molto prima che diventasse pane quotidiano per gli articoli scientifici.)

Prima che Gerard O’Neill entrasse in scena, venne Dandridge Cole che parlava di “macrolife” e della possibilità di scavare asteroidi con lo scopo di creare habitat dove poter lavorare. Lo stesso Gerard O’Neill è importante perché riprende l’idea e la concretizza. O’Neill aveva persone importanti che lavoravano per lui, come per esempio l’astronauta Brian O’Leary, e Thomas Heppenheimer, che divenne un noto scrittore di tematiche spaziali, ed Eric Drexler, che diventò il co-fondatore del campo della nanotecnologia. Erano tutte persone molto brillanti e lavorarono con O’Neill sul tema delle colonie spaziali. Sull’argomento O’Neill ha citato Stapledon, che Arthur Clarke considera un vero e proprio visionario della fantascienza, riferendosi a Starmaker.

PG: Le astronavi-arca rappresentano ancora un tema nella fantascienza d’oggi?

GM: Negli ultimi trent’anni ho trovato riferimenti forse in un paio di brani. In  Heart of the Comet (1986), di Greg Benford e David Brin, c’è gente che  scava nella cometa di Halley per renderla abitabile. Il libro ipotizza inoltre la possibilità di  caricare l’essenza umana in un computer e cose del genere. La fantascienza sembra aver fatto molti passi indietro rispetto a quella degli anni ’20 e ’30. Sì è andati nella direzione di una fantascienza militare da una parte e del fantasy dall’altra. Entro in libreria a cercare fantascienza, ben disposto a comprare, ma difficilmente c’è qualcosa che mi attira, persino da Barnes & Noble. Trovo la cosa piuttosto deprimente.

Guardarsi dentro: prospettive e conseguenze

PG: Tutto questo sembra molto lontano dall’intensa visione degli anni ’30.

GM: Proprio così. Probabilmente ora faremo esplorazione verso l’interno invece che verso l’esterno. Un libro che abbiamo acquistato di recente è How the Hippies Saved Physics, di David Kaiser (2011). Parla di persone che hanno cominciato ad applicare la meccanica quantistica alla coscienza umana. E’ venuto fuori che C (la moglie di Matloff – n.d.e.) e io conoscevamo bene uno di loro, Evan Harris Walker,  scomparso qualche anno fa. Era molto preso da questo approccio. Credo che quello che è successo è che l’esplorazione interiore, probabilmente a causa degli anni ’70, ha sostituito l’esplorazione esterna nella mente di molte persone. Potrebbe avere un senso: infatti negli anni ’70 si pensava che si potesse fare esplorazione prendendo una pillola o qualcosa del genere. In seguito imparare a farlo attraverso la meditazione e lo yoga è sembrato più facile che finanziare un progetto da miliardi di dollari per lanciare un gruppetto di persone nello spazio profondo.

PG: Proprio come è più facile configurare un sistema di realtà virtuale. Forse stiamo andando sempre nella stessa direzione.

GM: Penso di sì. Effettivamente, circa due anni fa, nell’ottobre del 2009, C e io siamo andati a un incontro di singularity people (i seguaci  dello scrittore Vernor Vinge, che ritene l’Umanità muoversi in direzione di una “singolarità digitale”, dove i computer sono diventati così intelligenti che gli Umani non riescono più a capire cosa fanno e le macchine delle prossime generazioni saranno completamente al di là della loro comprensione – n.d.e.). Eravamo ospiti di Greg Benford. Era molto interessante sentire quei brillanti matematici che parlavano di realtà virtuale infilandoci dentro la coscienza umana. E’ un pensiero attraente. Ma è più attraente del SETI? E’ più attraente dell’idea di andare veramente a colonizzare nuovi mondi o di estendere la biosfera al di là della Terra — non saprei! E’ un argomento che affronto continuamente con gli studenti. Alcuni sono molto più interessati all’esplorazione interiore che a quella esterna e io non ho nessuna risposta al problema, tranne che spero che estenderemo la biosfera, perché, a  mio avviso, si tratta di un obiettivo di consapevolezza tecnologica. E’ una cosa che possiamo fare e dovremmo farla piuttosto che lasciare tutti quanti continuare a vivere dentro a una scatoletta. Ma magari verrà fuori che io e te siamo in minoranza su questo argomento.

(Nell’immagine Olaf Stapledon, un punto di riferimento fondamentale per C.S. Lewis e J.R.R. Tolkien. Influenzò le successive opere di Lewis, che infatti furono scritte in parte come risposta alle idee dello stesso Stapledon).

Le ragioni per costruire un’astronave-arca nel breve periodo

PG: Può darsi, ma penso che il concetto di astronave-arca sia in qualche modo l’espansione della biosfera portata alle estreme conseguenze. Perché si tratta di navi gigantesche. Ma quanto sono grandi concretamente?

GM: Ci sono varie stime per quanto riguarda le dimensioni di una astronave-arca. Se parliamo di un’arca interstellare, che è un po’ come vivere in un sottomarino, allora potrebbe avere le dimensioni di un sottomarino. Questo lo diceva Edward Gilfillan negli anni ’70 autore di Migration to the Stars, 1975). Era un professore emerito del MIT. Ma le colonie di O’Neill hanno molto più senso. Le più piccole peserebbero sulla Terra quasi mezzo milione di tonnellate. Potrebbero accogliere intorno a diecimila persone e avrebbe la dimensione massima di circa un chilometro. Volendo costruirne una più grande, in grado di ospitare una popolazione di centomila unità, si parlerebbe di qualcosa con una massa tra i 5 e i 50 milioni di tonnellate. Ho dimenticato il numero esatto, ma si tratta del modello 3 di O’Neill, una cosa di circa dieci chilometri di lunghezza, vale a dire approssimativamente le dimensioni di Manhattan.

PG: Si tratta effettivamente di costruzioni enormi. Ma quali sono le motivazioni che ci potrebbero indurre a realizzarle?

GM: Secondo O’Neill (nell’immagine: Gerard K. O’Neill) il motivo principale sarebbe stato la possibilità di approvvigionare la Terra di energia. Pensava che saremmo dovuti partire per scavare miniere sulla Luna, e anche sugli asteroidi più vicini, per procurarci il  materiale per costruire satelliti dedicati a raccogliere energia solare e spedirla sulla Terra. Ed è proprio quello che farebbe la popolazione di questi habitat spaziali molto prima di migrare altrove. Purtroppo, la tecnologia lo ha in un certo senso superato in questo campo. O’Neill ha progettato i suoi habitat negli anni ‘70, quando i moduli fotovoltaici avevano un’efficienza forse del dieci percento e uno spessore di circa un millimetro o qualcosa del genere. Per realizzarli sarebbe servito un sacco di materiale. Ora l’efficienza è salita al 30 percento e parliamo di circa 10 o 20 micron. Sulla vela solare giapponese IKAROS si stanno mettendo alla prova alcuni di questi moduli fotovoltaici ultrasottili. Qui si parla di qualcosa che è spesso circa 20 micron e ha un’efficienza di certo superiore al 10 percento.

PG: E i test hanno avuto successo.

GM: Sì, un grande successo, e naturalmente si spera che poi non venga fuori che  i materiali si degradano con il tempo. Il capo del gruppo giapponese IKAROS ha fatto un intervento ad Aosta, ma purtroppo non aveva ancora dati sulla degradazione di queste vele. E’ vero che è passato solo un anno, ma finora stanno funzionando alla perfezione. Quindi potrebbero funzionare benissimo in ambiente interplanetario. Dal punto di visto dell’energia questa è un’ottima cosa, perché significa che, in particolare con il Falcon 9 Heavy, se le cifre di Elon Musk sono esatte, potremmo riuscire a lanciare satelliti per raccogliere energia solare in orbita geosincrona persino se sono stati costruiti direttamente qui sulla Terra. E che questi, se hanno una durata considerevole e una buona efficienza, potrebbero addirittura rivelarsi remunerativi. Vedremo come si mettono le cose. Tutto ciò è ottimo dal punto di vista dell’energia terrestre, ma in un certo senso rappresenta una battuta d’arresto per le colonie di O’Neill. Nel frattempo sta nascendo qualcosa di totalmente inatteso: il turismo spaziale. A guardarlo bene è un fenomeno molto interessante. Già qualche migliaio di persone si sono prenotate per la Spaceship II di Richard Branson, spendendo  circa 150.000 dollari a testa per sperimentare dieci o quindici minuti di assenza di peso. Altri, non ho idea di quanti siano, si stanno prenotando, al costo di un milione di dollari, con Robert Bigelow, che vorrebbe costruire un hotel spaziale attraverso la sua Bigelow Aerospace. A questo punto qualcuno potrebbe osservare che se si prende un hotel spaziale e lo si vuole gestire in maniera efficiente ed economica al di sopra dell’orbita bassa, bisogna aggiungerci una serra per coltivare almeno una parte del cibo. E forse bisognerebbe studiare qualche maniera per proteggerlo dai raggi cosmici al di là della magnetosfera, usando campi magnetici oppure schermature massicce. Se così fosse, i moduli gonfiabili di Bigelow o gli hotel dello spazio potrebbero cominciare ad avvicinarsi alle dimensioni di una astronave-arca.

PG: Pensiamo sempre alle astronavi-arca come a una realtà che sarà possibile tra moltissime generazioni, ma quello di cui stiamo parlando in realtà non è poi così distante.

GM: No, tutte queste cose stanno succedendo a notevole velocità. E, secondo me, molti ne sono scontenti perché hanno in mente il vecchio modello di sviluppo spaziale, in cui tutto è in mano al governo, con pochissimi benefici per il volgo. Ma è sempre possibile che un singolo individuo, molto ricco e in cima alla scala economica, decida di finanziare questa impresa così come i ricchi  finanziarono il Rinascimento 500 anni fa.

Trasferirsi nel cosmo

(Nell’immagine: l’interno di Rama, un’astronave-arca aliena, descritta da Arthur Clarke nell’omonimo romanzo. Appare in tutto e per tutto simile al Cilindro di O’Neill modello 3).

PG: E’ un’idea affascinante. E quindi è di crescita organica che stiamo parlando. Quando ci avventuriamo nello spazio per qualsiasi ragione, cominciamo a costruire in piccolo quel tipo di habitat che potrebbe alla fine diventare piuttosto grande, delle dimensioni delle strutture di O’Neill. E poi si giunge a un punto in cui la gente è stata in uno di questi habitat abbastanza a lungo da considerarlo un modo di vita privilegiato. C’è la possibilità allora che qualcuno dica: “restiamocene nel nostro habitat e andiamo a esplorare le stelle”?

GM: Gli studi fatti sulle astronavi-arca nei primi anni ’80 da gente come Alan Bond, Tony Martin, o io stesso, indicano che possiamo parlare di viaggi millennari, che durano un paio di migliaia di anni usando motori a impulso di fusione o vele solari ad alto rendimento che vengono dispiegate vicino ai soli. E forse ci sono altri sistemi da prendere in considerazione, per esempio la vela elettrica. Naturalmente, una volta che c’è una popolazione che abita lassù o è abituata a vivere nello spazio profondo, un gruppo di individui senza legami con la Terra, qualcuno a un certo punto potrebbe anche decidere di traslocare ad Alpha Centauri, o a Tau Ceti o in qualsiasi altro posto. Gli abitanti delle astronavi-arca potrebbero diventare un inedito genere di migranti, che viaggiano tra le stelle e scelgono di non abitare in nessuno dei pianeti con cui entrano in contatto, limitandosi a fare rifornimento e proseguire. E’ uno scenario che ricorda la fantascienza degli anni ’70, per esempio gli Esterni di Larry Niven, una delle razze aliene del suo Ciclo dello Spazio Conosciuto. Gli Esterni fanno esattamente questo: si spostano in astronavi-arca, e trovano poco elegante viaggiare a una velocità superiore di uno o due percento a quella della luce.

PG: Questo mi piace moltissimo, perché è un capovolgimento totale del modo di pensare comune. Cerchiamo tutti di andare più veloci possibile e, al tempo stesso, abbiamo tutti la percezione degli orizzonti a breve termine. Qui invece si dice: perché tanta fretta? Se non ci arriviamo in questa generazione, forse potremo arrivarci nella prossima, o forse tra un centinaio di generazioni.

GM: Proprio così. Ed è quello che fanno. Se ricordo bene, la ragione per la quale i terrestri avevano sviluppato l’hyperdrive in quelle storie, è che si tratta di un oggetto di scambio. Gli Esterni non sono interessati a cose del genere,  ma le scambiano per ottenere quello che veramente desiderano. Indubbiamente l’hyperdrive è una tecnica interessante; permette a chi lo vuole di andare più veloce, ma per noi il viaggio in sé è quello che davvero conta.

PG: Mi piacciono molto le storie di Niven di quell’epoca. Adesso che mi ci fai pensare mi viene voglia di rileggerne alcune.

GM: Certo! Sono fantastiche. E più ci penso e più la fantascienza è signficativa per la scienza. La fantascienza visionaria è molto, molto importante. Gente come Clarke, Asimov, Stapledon. Asimov afferma che le prime migrazioni dalla Terra avvengono grazie alle astronavi-arca, che lui chiama interstellar arks.

PG: In quali libri?

GM: Nel Ciclo della Fondazione dice che le rovine di alcune di queste arche sono scoperte vicino a pianeti in orbita intorno a varie stelle, tra cui uno o due pianeti nel sistema di Alpha Centauri, e non sanno da dove queste provengano. Una delle ipotesi è che fossero originarie di Sol, 50.000 anni prima. Ma la documentazione è andata smarrita.

L’astronave-arca e la vela

(Nell’immagine:: una vela solare fotonica in formato “eliogiro” a sezioni indipendenti)

PG: Greg, anche se non vai a Londra per la conferenza sulle astronavi-arca, so che un vi verrà presentato un tuo articolo sul tema della propulsione a mezzo di vele. Puoi dirci qualcosa sull’argomento?

GM: Per quanto riguarda le vele le cose stanno così: ora sappiamo che le vele solari sono l’unico tra i sistemi di propulsione per i viaggi interstellari suggeriti fino ad ora che può essere usato per accelerazione, decelerazione e schermatura dai raggi cosmici strada facendo, perché le vele semplicemente si possono avvolgere intorno all’astronave. Quindi è uno strumento con triplice funzione, cosa che nessuno degli altri metodi possiede. E nel mio testo passo in rassegna molta della letteratura in cui si tratta di accelerazione e decelerazione e spiego che, al momento, il materiale più studiato per le vele è il berillio. A quelli della NASA proprio non va giù.

Les Johnson [NASA MSFC] era presente alla conferenza di Aosta, non ricordo se è quella in cui c’eri anche tu, e quando ho descritto come funziona una vela al berillio ha fatto una perfetta imitazione di Indiana Jones esclamando, “Oh no, perché proprio il berillio?” E non aveva tutti i torti. Se la NASA vuole costruire una sonda per la Nube di Oort, che sarà una piccola arca del ventunesimo secolo (e da qui a cinquanta o sessanta anni potrebbe realmente costruire un prototipo di veicolo spaziale capace di realizzare tanto un volo interstellare, quanto  l’esplorazione della Nube di Oort) ora come ora il berillio è l’unico candidato come materiale per la vela, ma purtroppo è anche altamente tossico. Secondo Les, se usiamo questo materiale dovremo affrontare enormi perdite e gravissimi problemi di sicurezza. Io ho capito il suo ragionamento, ma la tecnologia cambia molto in fretta. Ci sono oggi materiali come i nanotubi di carbonio e più recentemente il grafene. Sono interessanti perché il loro spessore può essere misurato in nanometri (cioè dell’ordine di un paio di molecole). Vele così costruite avrebbero riflettanza o assorbanza finite, cioè sarebbero molto robuste, anche se di massa minima. Si tratta naturalmente di vele fotoniche, quindi si può certamente immaginare di ridurre il tempo della traversata interstellare con la vela a qualcosa come un millennio, o forse ancora meno. Non so. Esiterei a dire che abbiamo scoperto già tutto.

PG: A dire il vero ricordo che Les diceva questo a proposito del berillio due anni fa ad Aosta. Ma tu sostieni che questi nuovi materiali saranno molto più sottili di tutto quello che si potrebbe fare con il berillio?

(Nell’immagine Les Johnson mostra un campione di materiale al carbonio per le vele solari del futuro)

GM: Penso che saranno al tempo stesso più sottili e più robusti di quello che stiamo facendo con il berillio e che potrebbero non essere tossici durante la lavorazionee . Ora come ora sono costosissimi. Procurarsi la quantità di grafene sufficiente a coprire un francobollo costerebbe qualcosa come 75 milioni di euro. E, di conseguenza, costruire un’intera astronave manderebbe in rovina il pianeta, anche se il pagamento fosse dilazionato per un secolo intero. Quindi il prezzo del grafene deve scendere, e di parecchio. Uno dei partecipanti al congresso di Aosta sosteneva che questo non è impossibile, anzi che è proprio quello che è successo all’alluminio. Quando venne per la prima volta riconosciuto come un metallo con grandi potenzialità commerciali, direi un secolo e mezzo fa, l’alluminio era notevolmente costoso. Ma poi furono sviluppati diversi processi commerciali e il prezzo cominciò a scendere vertiginosamente. E mentre scendeva vennero trovate sempre più applicazioni che contribuirono ad abbassarlo ulteriormente.

PG: Che tipo di missione prevederesti? Possiamo parlare di un passaggio vicino al Sole (per sfruttare l’effetto fionda gravitazionale n.d.e.), ma i nostri colonizzatori non sembrano avere una grande fretta, no?

GM: Effettivamente no. Utilizzando il grafene si potrebbe partire direttamente dall’orbita terrestre per arrivare a destinazione in un migliaio di anni. Perché è molto, molto sottile, dipende da come la sua riflettanza o assorbanza variano con la temperatura. In realtà non sappiamo ancora molto su questo materiale. Ma per il momento non possiamo fare ancora nulla di concreto: è un materiale nuovo di zecca, con cui è molto difficile lavorare. E’ costosissimo e ci sono solo una manciata di laboratori in tutto il pianeta in grado di produrlo. Quindi, ora come ora, è un materiale scientifico e non un materiale ingegneristico.

La vita all’interno del colosso

PG: Quando si parla di viaggi millenari entrano in gioco enormi questioni di ordine sociologico.

(Nell’immagine: Robert Heinlein)

GM: E’ vero: l’equipaggio dovrebbe affrontare interessanti questioni sociologiche. Come diventare una società capace di restare intatta così a lungo? Era interessante che Arthur C. Clarke non fosse ottimista per quanto riguarda la sociologia, mentre lo era per quanto riguarda la tecnologia. In un ciclo di romanzi iniziato con Incontro con Rama (1972), Rama è una astronave-arca aliena che arriva nel Sistema Solare e invita i terrestri a lanciare un’astronave e viverci con alcuni degli alieni. Alla fine alcune migliaia di terrestri accettano e devono decidere come vivranno sulla astronave-arca. Decidono che la loro sarà una società con molti eventi sportivi e quindi costruiscono varie strutture per ospitarli. Ma uno dei giocatori più bravi decide di prendere il potere. E organizza una squadra di individui che lavorano per lui e che riducono in schiavitù o massacrano tutti gli altri maschi mentre le donne diventano giocattoli sessuali, dando vita uno stato fascista di cui diventa il capo. Ma poi una delle donne si ribella e riesce a stabilire un contatto con l’intelligenza che controlla l’astronave-arca, che è l’intelligenza suprema dell’universo, ottiene aiuto e riesce a scatenare una rivoluzione coronata dal successo. Sì, d’accordo. In ogni circostanza quello che ci presenta nei suoi libri è pessimismo nei confronti della sociologia, come d’altra parte anche Heinlein in Universe e Common sense nei primi anni ’40. C’è una astronave-arca che viaggia tra la Terra e Proxima Centauri, ma tutte le strutture sociali si sfasciano, e col passar del tempo i viaggiatori si convincono che l’universo sia l’astronave-arca stessa. Queste due storie sono poi confluite nel romanzo Orphans of the Sky (in italiano Universo N.d.T.), pubblicato con questo titolo nel 1963. E’ una storia molto ben congegnata e quindi a un certo punto i protagonisti riescono a entrare nel sancta sanctorum, la stanza del controllo, vedono che cosa sono le stelle, scoprono la verità riguardo all’universo e proprio mentre stanno attraversando un sistema solare che probabilmente è il sistema di Proxima Centauri dove, guarda caso, c’è un pianeta abitabile. In qualche modo la navetta da sbarco può essere manovrata anche da non addetti ai lavori quindi riescono ad atterrare. Ok, Heinlein stava facendo l’impossibile per dare un lieto fine alla sua storia, ma in ogni caso la sociologia sarà un elemento di grande peso, perché non abbiamo mai avuto piccole comunità umane isolate per un periodo di tempo così lungo. Ci sono arrivate dal passato notizie a proposito di alcune esperienze di questo tipo, che hanno avuto esiti non proprio felici.

Una delle esperienze è stata quella dei Vichinghi che erano arrivati nel Vinland (l’odierna Groenlandia n.d.e.) e vi avevano insediato una piccola colonia (la vicenda è raccontata nella Saga of the Greenlanders). Una delle donne è Freydis, la figlia di Erik il Rosso, che decide che gli inverni sono troppo freddi. Vuole avere più caldo: perché deve avere solo un maschio da cui farsi fare le coccole? Quindi massacra tutte le sue sorelle in modo da avere tutti gli uomini per sé. Vivono in una piccola colonia e non hanno niente a che fare con gli altri abitanti della zona, cioè i nativi americani, che chiamano Skraelings. Questo potrebbe forse essere un esempio di colonia spaziale in cui le cose sono andate male e che si sta trasformando in tragedia.

PG: D’altra parte penso che una potenziale ragione di ottimismo sarebbe che una astronave-arca sufficientemente grande avrà una popolazione piuttosto numerosa, quindi una maggiore diversificazione può forse giocare in favore della sopravvivenza. Ma io credo che la cosa più giusta che hai detto è esattamente in sintonia con la conferenza dell’astronave dei cent’anni, e cioè che, mentre comunemente si pensa al volo interstellare come se fosse un problema di propulsione, un tale campo di ricerca richiede  in realtà un approccio multidisciplinare.

(Nell’immagine, l’interno di un cilindro di O’Neill modello 3, progettato come colonia spaziale per ospitare 100.000 persone).

GM: Verissimo. Hai detto bene, è importante avere una popolazione numerosa e credo che O’Neill ipotizzasse che un habitat spaziale, per essere autosufficiente, dovesse avere una popolazione di circa un centinaio di migliaia di unità, o almeno di svariate decine di migliaia. A questo punto bisogna chiedersi come la gente passerà il tempo. Se abbiamo una popolazione così numerosa, che cosa faranno tutti in mezzo alle stelle? Forse bisogna progettare una nave in modo tale che  la nave stessa non sia mai del tutto finita. Forse l’ecosistema ha sempre bisogno di aggiustamenti per poter funzionare. O forse si potrebbe lanciare una seconda nave piena di materiali da utilizzare al bisogno. Uscire fuori e andare a lavorare sulla seconda nave diventerebbe uno dei periodici episodi eroici di questa cultura chiusa. Penso al fatto che sembriamo sempre aver bisogno di eroi, se non in guerra, almeno nello sport. Guarda il numero di sport che il mondo industrializzato e sviluppato pratica oggi, e solo per mantenersi in salute. Questo potrebbe essere anche un modo per dare un ruolo nella società a coloro che altrimenti rischierebbero di trasformarsi in criminali.

Uno studio multidisciplinare

PG: Tutto ciò ci spinge a tener conto di sociologia, filosofia e storia, per osservare il comportamento umano in scenari ambientati in luoghi remoti.

GM: Sì. Mi piacerebbe moltissimo conoscere la storia degli inizi della civiltà minoica nei luoghi dove si trova la moderna Gaza. O quando  le popolazioni  minoico-micenee colonizzarono Mileto in Asia Minore. Mileto divenne una sorta di progenitore della Russia e di molti paesi dell’Europa dell’est, perché proprio da Mileto, circa dal 1000 a.C. in poi, cominciarono a partire coloni in gran numero, che costruirono insediamenti in tutta l’area del Mar Nero. Vorrei tanto sapere quanti di loro ebbero successo e quanti fallirono, che tipo di interazione c’era. Si facevano la guerra tra di loro? Combattevano contro le popolazioni indigene? Mi affascina molto anche la storia degli antichi Etruschi. Erano, ovviamente, fortemente influenzati dalla civiltà minoico-micenea, ma in che modo questo avveniva? Erano una colonia diretta? Probabilmente non lo sapremo mai. O erano popolazioni indigene che  si davano da fare per cercare di costruire le loro proprie città?

PG: Hai menzionato la possibilità di avere una seconda nave contenente risorse che la prima potrebbe sfruttare. Quella della seconda nave è comunque una buona idea perché proprio la natura umana ci dice che abbiamo bisogno di un vicino, un eventuale “altro da noi”.

(Nell’immagine: un libro da non perdere)

GM: C’è la possibilità di inviare una piccola flotta, invece di singole navi, soprattutto se si sta usando qualcosa come una vela solare fotonica o addirittura una vela elettrica, perchè la propulsione è sempre a costo zero, e la possibilità di partire potrebbe essere garantita a tutti quelli che lo richiedono. Potrebbero commerciare tra di loro, forse potrebbero organizzare competizioni politiche o atletiche, o addirittura alcune forme di guerra fortemente ritualizzate, come sappiamo che succedeva anticamente presso le popolazioni native americane. Potremo mettere alla prova qualsiasi tipo di modello sociale tramandatoci dalla storia.

PG: Questa discussione ci riporta a quella meravigliosa conferenza del 1983 intitolata “Interstellar Migration and the Human Experience” (le migrazioni interstellari e l’esperienza umana), in cui tu gestivi un gruppo multidisciplinare che si radunava per esaminare questo tipo di questioni, per esempio eventi quali la colonizzazione delle isole del Pacifico.

GM: Sì, è proprio quello che ha fatto Ben Finney. Purtroppo io in realtà non ero presente a quella conferenza, tenutasi a Los Alamos a 1983, e mi dispiace moltissimo. Non ho mai incontrato Ben Finney e vorrei molto farlo.

Titolo originale: “Worldships: A Interview with Greg Matloff”  scritta da Paul Gilster e pubblicata in Centauri Dreams il 17 agosto 2011. Traduzione italiana di Beatrice Parisi e Roberto Flaibani. Questo articolo prosegue una fase di collaborazione con Centauri Dreams, che ci auguriamo lunga e fruttuosa.

L’astronave dei cent’anni: nascita di un movimento

Il 2 ottobre scorso si è concluso a Orlando (Florida) il primo congresso pubblico dedicato al volo interstellare. La copertura mediatica in rete è stata buona e perfino testate prestigiose come il New York Times e il Los Angeles Times hanno dedicato ampio spazio all’evento. Noi abbiamo deciso allora di raccogliere quanto più materiale possibile (ma chissà quanto ce n’è sfuggito!) e di rielaborarlo pazientemente per ottenere il colorito collage che offriamo qui ai nostri lettori.

“Su, verso le stelle! Marte ai codardi.” – (Richard Obousy – Icarus Interstellar)

Il congresso sembrava piuttosto una convention di fantascienza, anche se con solidi contenuti scientifici e pervasa da un’atmosfera di grande entusiasmo. Era divertente vedere certe facce da scienziato catalogare i concetti della fantascienza: stargates, motori a curvatura, grandi navi generazionali, grovigli biologici e alieni. Volevano ingegnerizzare le idee a cui abbiamo dato corpo nelle nostre storie. Mi sono divertito un sacco! – ha scritto sul suo blog Gregory Benford, autore di fantascienza, mentre il fratello Jim, un noto fisico, coordinava il più importante dei sette “percorsi” in cui era organizzato il congresso, quello dedicato ai sistemi di propulsione. Paul Gilster, editore e principale firma di Centauri Dreams, il blog che da voce alla Tau Zero Foundation, l’ha definito “la Woodstock dei viaggi interstellari”.

I partecipanti rappresentavano un eterogeneo mix di un migliaio tra ingegneri, scienziati, scrittori di fantascienza, studenti e sognatori. Di solito i festival musicali vengono costruiti sui nomi degli ospiti famosi, e infatti la sessione di fisica “esotica” era diretta da una rockstar degli appassionati dello spazio: Marc Millis, presidente della Tau Zero Foundation, famoso per aver persuaso la NASA a organizzare un programma pluriennale dedicato alla fisica d’avanguardia della propulsione, e per essere l’autore di un massiccio volume sullo stesso argomento in cui un capitolo intero è dedicato a come tener lontana la gente fuori di testa. Molti brontolavano che quell’incontro avrebbe dovuto svolgersi al Lunar Hilton, e non lì, in Florida, dando voce al malumore contro la NASA, accusata di essersi trasformata, dopo trent’anni di Shuttle e ISS, da ente di ricerca ed esplorazione in una specie di ufficio postale. Qualsiasi programma spaziale ha bisogno di un sogno, senza sognatori non si va da nessuna parte – così il dottor J. Breeder, autore di uno scioccante studio sull’uso della fionda gravitazionale per raggiungere velocità relativistiche.

Gli organizzatori devono anch’essi pagare un tributo alla fantascienza. Lo ha ammesso David Neyland della DARPA, l’agenzia governativa che fa capo al Pentagono ed è l’organizzatrice, insieme alla NASA, non solo del congresso, ma anche dello studio che l’ha preceduto. E’ inoltre l’erogatrice del premio di 500.000 dollari che verrà assegnato tra pochi giorni al gruppo che fornirà le migliori garanzie di essere in grado, da qui a un secolo, di produrre un piano particolareggiato che preveda effetti collaterali e ricadute non solo tecnologiche del volo interstellare, oltre al progetto vero e proprio dell’astronave che materialmente lo porterà a termine. Neyland considera Jules Verne e Robert Heinlein suoi ispiratori, il primo per aver pubblicato “Dalla Terra alla Luna” poco più di 100 anni prima della missione Apollo 11, il secondo come autore del romanzo “Time for the Stars”, in cui si narra di un’organizzazione chiamata “Long Range Foundation” che si era assunta il compito di ispirare a una nuova generazione di ingegneri e scienziati il sogno del volo interstellare. Ma la DARPA ha anche obiettivi più pragmatici, e si aspetta che un tale sforzo collettivo produca strada facendo una forte ricaduta di nuovi “prodotti” immediatamente fruibili, anche se non di natura materiale. Per esempio un nuovo algoritmo informatico, nuovi principi fisici e matematici, nuove tecniche per le culture idroponiche, nuove architetture filosofiche e religiose e, naturalmente, nuove applicazioni militari. Al termine del congresso, Neyland ha dichiarato di ritenersi molto soddisfatto, e di considerare i suoi obiettivi pienamente raggiunti.

L’agenda del congresso era quanto mai eclettica, per riflettere il numero e la profondità dei problemi sollevati da un tema come quello dei viaggi interstellari. I lavori erano organizzati su sette percorsi: soluzioni per i problemi di tempo e distanza; habitat e scienze ambientali; biologia e medicina dello spazio; educazione e considerazioni sociali, economiche e legali; destinazioni; considerazioni filosofiche e religiose; comunicazione della visione. L’agenda completa è molto interessante e può essere scaricata dal sito ufficiale del congresso. A questo punto anche un reportage mirato solo ai temi più importanti discussi al congresso sarebbe comunque troppo lungo, così questa volta ci occuperemo esclusivamente dell’argomento più importante e gettonato: tempo, distanze e sistemi di propulsione. Agli altri “percorsi”, seppure interessantissimi, ci dedicheremo più in là, magari quando saranno disponibili gli atti del congresso.

Tempo, distanze e sistemi di propulsione : ai fini del volo interstellare, è stato bocciato senza riserve il razzo a propellente chimico, che però rimarrà chissà per quanto tempo ancora l’unico sistema per liberarsi del pozzo gravitazionale terreste e raggiungere l’orbita bassa a 400 km d’altezza, da dove è possibile utilizzare i sistemi di propulsione per lo spazio profondo. Sono stati proposti svariati tipi di propulsori per equipaggiare le navi che faranno servizio nel Sistema Solare e quelle che tenteranno i primi voli interstellari, e alla fine il dibattito si è polarizzato intorno a due categorie: i razzi a propulsione nucleare e le vele solari.

I razzi a propulsione nucleare. Geoff Landiss del Glenn Center della NASA ha dichiarato che il loro programma di sviluppo di un motore a fissione, iniziato negli anni ’60 con il reattore NERVA, e continuato con il Timberwind, è giunto ora al modello di terza generazione, e ha aggiunto: lo spazio è un posto bellissimo per usare il nucleare, perché è già naturalmente radioattivo. Peccato che ancor oggi nessuno sia riuscito a controllare il processo di fusione nucleare: la reazione è sempre di tipo esplosivo. Considerato questo, i fisici hanno proposto una nuova idea, la propulsione nucleare a impulsi, cioè un metodo per sfruttare l’energia prodotta da micro-esplosioni nucleari innescate bombardando con raggi laser delle minuscole palline di materiale da fusione. Questo tipo di innesco è già stato utilizzato con successo per altri studi. Ma parecchi funzionari della NASA sono convinti che qualsiasi proposta di utilizzo del nucleare nello spazio incontrerebbe oggi un’isterica opposizione popolare. Non convinto, Greg Benford ha chiesto ad alcuni di loro se erano stati fatti sondaggi per conoscere esattamente l’opinione del pubblico. Gli hanno risposto di no….

Vele Solari. Le tradizionali vele fotoniche diventano inutilizzabili oltre l’orbita di Giove. A quella distanza, infatti, la luce del Sole è così fioca da non poter trasmettere alla vela nemmeno l’energia necessaria a governare la nave. Ma se, al posto della luce del Sole, per gonfiare la vela si potesse disporre di un gigantesco laser da 10¹⁶ watt, e di una vela con una superficie dell’ordine di parecchi chilometri quadrati, allora sussisterebbero le condizioni per inviare un’astronave di 500 tonnellate fino ad Alfa Centauri con un volo di una trentina d’anni. Un’ipotesi del tutto irrealistica dal punto di vista economico, ma sostituendo il laser con fasci di microonde, e diminuendo drasticamente la stazza grazie alle nanotecnologie e sopratutto rinunciando a un equipaggio umano, i costi crollerebbero e si potrebbe puntare alla costruzione di un esploratore robotizzato.

La scienza “esotica”. Richard Obousy di Icarus Interstellar, un gruppo di studiosi che già da un paio d’anni sta autonomamente lavorando al progetto di una nave interstellare, ha affermato che Icarus non dovrebbe avere dimensioni e peso superiori a quelli della Nimitz, una delle più grandi portaerei americane. In effetti siamo capaci di costruire grandi oggetti, ma non di metterli in orbita – ha dichiarato. E questo infatti è il problema: abbiamo una conoscenza approfondita della fisica della fusione nucleare, del laser e delle vele solari, ma anche un forte deficit di competenze ingegneristiche. Questi ostacoli, però, potrebbero  forse essere superati entro la fine del secolo grazie a oculati finanziamenti, ma il problema del volo interstellare rimarrebbe almeno parzialmente irrisolto. Infatti razzi nucleari e vele solari possono garantirci il controllo del Sistema Solare, e aldilà di esso, una lenta esplorazione dei sistemi stellari entro una quindicina di anni luce intorno a noi: questo è quanto si può sperare di ottenere muovendosi a velocità sub-luce. Molti dei convenuti a Orlando cercavano risposte diverse e si sono affollati alle sessioni di ”fisica esotica”, dove uomini come Millis, Kramer, White e altri hanno spiegato in che modo stanno cercando i presupposti teorici per superare, o aggirare, il limite imposto dalla velocità della luce. Per farlo, stanno ripartendo dai concetti base della Fisica, reinterpretandone o addirittura riscrivendone intere parti. E’una sfida intellettuale impervia ma esaltante. Marc Millis ha detto: Non coltivate nessuna aspettativa, il nostro compito è veramente molto duro: ciò che dovete fare è affrontare proprio quelle sfide che mettono a disagio i vostri colleghi. Questi territori di ricerca sono pieni zeppi di gente fuori di testa, bisogna tenerla lontana. Ricordate, la differenza tra loro e voi è che loro sono convinti che l’idea che hanno in mente sia assolutamente corretta, mentre voi siete *quasi* certi che la vostra sia sbagliata.

Per le conclusioni lasciamo volentieri la parola a Paul Gilster:

Quello che io chiamo “il piacere della possibilità estrema” ha animato gli studi sui viaggi interstellari fin dai tempi di Robert Forward. Funziona così: noi sappiamo bene che le distanze tra le stelle sono così grandi da superare ogni immaginazione. Invece la maggior parte del pubblico lo ignora e vede una missione interstellare solo come una tappa successiva all’esplorazione del Sistema Solare esterno. Ma gli scienziati e gli ingegneri che lavorano in questo campo hanno realizzato quanto questi viaggi siano realmente fuori dalla portata dell’attuale tecnologia, perciò non hanno timore di fare congetture fino al limite del plausibile e spesso anche oltre. Leggete da cima a fondo documenti sui viaggi interstellari come quelli presentati al congresso e sarete presi in un brainstorming vivace e contagioso. E’ quel tipo di continua rielaborazione mentale di un’idea che un John Coltrane e un McCoy Tyner fanno con un tema musicale.

E’ bello veder riapparire ancora il congresso tra le notizie diffuse dai media. Forse un giorno questi concetti non sembreranno più così esoterici. Mi  balza agli occhi proprio ora che il mio word processor segnala la parola ”starship” come errore di ortografia. Abbiamo bisogno di mettere radici più profonde nella cultura. Possiamo incominciare facendo quello che Neyland ha detto al New York Times di voler fare, cioè iniziare a proporre alla gente qualcuno di questi difficili problemi, senza dimenticare che la natura ci ha posto di fronte il problema più arduo, in termini di tempi e distanze, che il genere umano abbia mai affrontato. Solo il piacere della possibilità estrema accende lo spirito, quando si è pronti a mettere in discussione qualsiasi cosa e la sfida è immensa.

ROBERTO FLAIBANI

Fonti principali

1. The Los Angeles Times
   The research-and-development arm of the U.S.military is launching
   a 100 -Year Starship Study to find the technologies necessary for
   interstellar travel. – By Anna Khan
2. The New York Times
   Not Such a Stretch To Reach for the Stars – By Kenneth Chang
3. The Space Review
   The journey of 100 years begins with a single Weekend – By Jeff Foust
4. Centauri Dreams
   The Joy of Extreme Possibility – by Paul Gilster
5. Slate
   DARPAS’s 100-year starship symposium: alien religion , solar propulsion – By Konstantin Kakaes
6. The Gregory Benford’s Blog
   The First Hard Science Fiction Convention – By Gregory Benford

Fonti secondarie

Space com – http://www.space.com/13135-100-year-starship-symposium-darpa-nasa.html

Space com – http://www.space.com/13152-aliens-religion-impacts-extraterrestrial-christianity.html

Space com – http://www.space.com/13165-interstellar-travel-starship-destinations.html

Popular Mechanics – http://www.popularmechanics.com/

TOPIX – http://www.topix.com/

Silobreaker -http://www.silobreaker.com/

 Stardrive – http://www.stardrive.org/

 Today in scope – http://todayinscope.com/

 Newsplurk – http://technology.newsplurk.com

 Portal to the Universe – http://www.portaltotheuniverse.org

 Zmescience – http://www.zmescience.com/

 KurzweiL accelerating intellingence – http://www.kurzweilai.net/

 Mail online – http://www.dailymail.co.uk/home/index.html

 International businees times – http://www.ibtimes.com/

 Grand Strategy: The View from Oregon – http://geopolicraticus.wordpress.com/

 Starship Reckless – http://www.starshipnivan.com/blog/?p=5295

 Innovation news daily  – http://www.innovationnewsdaily.com/

 Next big future – http://nextbigfuture.com/

 Smithsonian.com – https://www.smithsonianmag.com/

Alle frontiere della scienza della propulsione

Anticamente gli ominidi nostri progenitori popolarono l’intero pianeta alla velocità consentita dai loro piedi. Solo nel diciottesimo secolo, con la rivoluzione industriale e l’invenzione del motore a vapore, per la prima volta la capacità di movimento dell’Uomo fu svincolata dai suoi limiti fisici, o da quelli di animali opportunamente addestrati. Un secolo dopo, un motore a combustione interna a 4 cilindri rese possibile il primo volo atmosferico. Ma il progresso scientifico avanzava a ritmo serrato, e poco più di 60 anni dopo lo storico volo dei fratelli Wright, un motore a razzo mise in orbita Gagarin. Un altro mezzo secolo e siamo ai giorni nostri, e il problema della propulsione è sempre di importanza cruciale per tutti coloro che si occupano di Scienze dello Spazio.

Il motore a razzo a propellente chimico è tuttora indispensabile come lanciatore, e chissà per quanto tempo ancora manterrà tale primato. Ma non appena si esce dal sistema Terra-Luna, i grandi limiti di questo sistema di propulsione, cioè la necessità di portare con se il propellente e gli elevati consumi, appaiono in tutta la loro evidenza perché rendono difficilmente praticabile qualsiasi missione ad alto delta-V. A tutt’oggi sono disponibili altri due sistemi di propulsione spaziale: la vela solare e il motore elettrico a ioni. Il maggior limite della vela solare sta nel calo di potenza che si registra allontanandosi dal Sole: oltre l’orbita di Giove la capacità propulsiva della vela si riduce quasi a zero. Il motore elettrico a ioni (detto anche SEP, se alimentato a energia solare), presenta caratteristiche ibride: pur essendo esso stesso un motore a razzo, come la vela solare produce una spinta debole, ma erogabile per lunghi periodi di tempo grazie al bassissimo consumo di propellente. Ma proprio nel propellente sta il tallone d’Achille del motore a ioni: si tratta infatti del gas xeno estremamente raro sulla Terra e quindi assai costoso.

La scienza della propulsione

La terna razzo chimico-SEP-vela solare sembra in grado di garantire all’Uomo accesso completo al Sistema Solare, e di costituire così il balzo successivo nel percorso ideale che va dalla trazione animale, al vapore e poi al motore a combustione interna. Il prossimo balzo sarà evidentemente il volo interstellare. Tutto lascia prevedere che questa nuova conquista tecnologica sarà preceduta e supportata, come si era già parzialmente verificato in passato nella storia della propulsione, da una teoria scientifica radicalmente nuova, perchè in questa occasione è la Relatività Generale, uno dei caposaldi della Fisica moderna, a porre alle prestazioni di qualsiasi tecnologia un limite insuperabile: la velocità della luce.

Ed è dalla coscenza di questo claustrofobico tetto che Marc Millis ed Eric Davis hanno tratto ispirazione per realizzare Frontiers of Propulsion Science, un volume di oltre 700 pagine, edito nel 2009 da American Institute of Aeronautics and Astronautics. Si tratta di una sorta di compilation di circa 40 teorie scientifiche rivoluzionarie che potrebbero portare, se correttamente sviluppate, alla nascita delle tecnologie di propulsione particolarmente innovative di cui si sente bisogno in questo momento storico. A questo proposito Millis lamenta che i recenti progressi della Fisica nella comprensione di fenomeni come la materia e l’energia oscure rimangono spesso confinati nell’ambito delle curiosità scientifiche, perché gli scienziati stessi tendono a valutare i dati cosmologici solo in relazione alla nascita e al destino dell’Universo. Se invece gli stessi dati fossero esaminati in un contesto differente, come per esempio quello del volo spaziale, potrebbero portare a nuove idee che altrimenti andrebbero perdute. Nonostante alcune di queste teorie scientifiche sembrino appartenere al regno della fantasia piuttosto che a quello della scienza, Millis fornisce massime garanzie di serietà: tutti i lavori sono stati accuratamente verificati prima della pubblicazione da scienziati indipedenti e di provata affidabilità (il processo è chiamato peer reviewing); poi catalogati in base a quattro livelli di avanzamento, seguendo rigorosamente il metodo scientifico: (1) definizione del problema, (2) raccolta dati, (3) articolazione dell’ipotesi, (4) verifica dell’ipotesi; e infine raggruppati in tre categorie: propulsione senza propellente, conversione dell’energia, più veloce della luce.

Non è questa la sede adatta per un esame approfondito di nuove idee, ma voglio fare eccezione per due sistemi di propulsione famosi presso gli appassionati di fantascienza: il motore a curvatura (warp drive), studiato da Miguel Alcubierre della National Autonomous University of Mexico, e il cosidetto “traversable wormhole”, studiato da Matt Visser della Washington University di Saint Louis, che chiamerei piuttosto stargate, un termine molto più popolare che non necessita di traduzione. Basandosi sulla geometria di Riemann, usata da Einstein per la Relatività Generale, è stato dimostrato che il limite della velocità della luce può essere eluso manipolando lo spaziotempo stesso. In questa ipotesi, il motore a curvatura crea una bolla spaziotemporale attorno all’astronave, in modo che sia la bolla a muoversi, mentre la nave resta immobile al suo interno. Stabilire a quale velocità può muoversi una bolla spaziotemporale è di pertinenza della Teoria del Big Bang. Lo stargate invece stabilisce una specie di tunnel-scorciatoia con la località di arrivo. Sono materia di discussione le implicazioni dei paradossi temporali, la quantità di energia richiesta, il fatto che questa energia debba essere “negativa”, e il lasso di tempo in cui può essere usata. Sembra invece assodato il fatto che lo stargate sia di gran lunga più efficiente del warp drive nell’uso dell’energia. Infatti lo stargate produce un collegamento intrinsecamente più veloce della luce, mentre la misura dell’energia negativa impiegata determina la dimensione del tunnel. Al contrario, la velocità prodotta dal motore a curvatura dipende dalla quantità di energia erogata, solo che, con una spesa di 10⁴⁶ joules di energia negativa, lo stargate apre un tunnel di 100 metri di diametro, mentre il motore a curvatura raggiunge solo l’uno percento della velocità della luce!

Lasciamo ai lettori il piacere di approfondire queste tematiche e andiamo oltre citando direttamente Millis: “Considerate le anomalie nelle traiettorie delle sonde che viaggiano nello spazio profondo, la scoperta della materia e dell’energia oscure, e altri problemi scientifici non ancora risolti, è chiaro che ci attendono nuove scoperte nel campo della Fisica. Non è chiaro invece se queste scoperte ci riveleranno anche nuovi metodi per percorrere distanze interstellari più efficenti dei razzi e delle vele solari. Il progresso non si ottiene arrendendosi al fallimento. Con una combinazione di lungimiranza, rigore imparziale e amore del rischio, vedremo accumularsi risultati utili e affidabili. Ad astra incrementis.”

Verso le stelle, a passi sempre più lunghi

E’ questo il motto della Tau Zero Foundation, associazione senza fini di lucro creata da Marc Millis anni or sono, insieme a un gruppo di professionisti e scienziati tra cui il fisico-matematico Claudio Maccone, ben noto ai nostri lettori come alfiere della missione FOCAL, e Paul Gilster, fondatore di Centauri Dreams, ora canale ufficiale di informazione della Fondazione, un blog che è spesso per noi fonte di ispirazione. Nel vasto panorama delle “ONG dello Spazio” statunitensi, in effetti mancava qualcuno che si assumesse l’onere e l’onore di porsi un obiettivo di incerta, forse lunghissima scadenza, ma anche di altissimo profilo, quale la nascita di una nuova Fisica che supporti le tecnologie rivoluzionarie indispensabili per realizzare, un giorno, il volo interstellare. A questo scopo, nessuno sembra più adatto di Marc Millis che, dal 1997 al 2002 diresse il programma “Breakthrough Propulsion Phisics” della NASA con tale successo da conquistare la copertina di Popular Science.

Erano altri tempi, in cui sembrava davvero che nelle grandi agenzie spaziali ci fosse un interesse genuino per il volo interstellare, tanto che l’allora amministratore della NASA Dan Goldin chiedeva a gran voce una sonda automatica capace di raggiungere un’altra stella. Ma era un fuoco di paglia e nel 2002 il programma di Millis fu cancellato e lui stesso lasciò l’Agenzia per creare Tau Zero Foundation, che non si rivolge più al settore pubblico, bensì a quello privato delle donazioni e degli istituti filantopici, offrendo loro di dare supporto a un programma scientifico estremamente lungimirante, ma serio, credibile e minuziosamente organizzato in una sequenza di obiettivi parziali a breve termine.

Dal punto di vista organizzativo la Fondazione sembra essere in mezzo al guado: è operativa già da un anno una importante joint-venture con la British Interplanetary Society chiamata Project Icarus; la sopravvivenza eeconomica è garantita da piccole donazioni e si sta pianificando una campagna di tesseramento; la rete dei professionisti e degli scienziati esiste in nuce, ed è già al lavoro; la presenza sul web è garantita da un bel sito in via di aggiornamento. La strada è lunga, ma Millis, Maccone, Gilster e soci non mancano certo di determinazione. E poi, di giorno in giorno crescono le possibilità che Alcubierre o Visser o qualcuno degli altri ci faccia una sorpresa, e….

Fonti:

“Progress in revolutionary propulsion Physics” di M.G.Millis in arXiv.org

“Tau Zero  takes aim at interstellar propulsion” di P. Gilster in Discovery News

Per le immagini si ringraziano: NASA, JAXA, Wikipedia, Tau Zero Foundation

CubeSat e LightSail-1: largo ai piccoli satelliti!

10x10x10 cm. x 1kg. Sono le specifiche essenziali del modulo base di CubeSat, una classe di piccoli satelliti che verranno lanciati in orbita dalla NASA nel 2011 e 2012 come carico utile ausiliario (vedi immagine qui accanto). In pratica, nel caso piuttosto frequente in cui il carico utile primario, costituito da uno o più veicoli spaziali, non esaurisca la capacità di lancio del razzo vettore, la NASA si riserva la possibilità di completare il carico con un certo numero di moduli CubeSat. Da questa razionalizzazione della propria capacità di lancio, la NASA ha creato il programma pilota CubeSat, con cui si rivolge ai centri di ricerca e alle università pubbliche e private, proponendo la seguente formula: all’Agenzia competono i costi di lancio, salvo la possibilià di rivalersi sul cliente per un importo non superiore ai 30000 dollari per modulo, mentre il cliente si assume tutti gli altri costi (progettazione, costruzione, infrastrutture a terra, ecc.). Inoltre, la ricerca proposta dal cliente deve riguardare argomenti scientifici, tecnologici o didattici compresi nello “Strategic Plan”, o nello “Education Strategic Coordination Framework” della NASA.

L’Agenzia ha rilasciato nel 2010 due bandi per il lancio di complessiivi 32 CubeSat nel biennio 2011-12: tra i vincitori le università fanno la parte del leone, com’era prevedibile, ma ci sono anche centri di ricerca militari e civili, due Accademie militari e perfino un liceo. Ma quel che più conta per noi del Tredicesimo Cavaliere, è stato veder finalmente assegnato un posto anche alla Planetary Society con la sua vela solare LightSail-1 (nell’immagine qui accanto). La configurazione adottata in questo caso prrevede tre moduli CubeSat collegati tra loro a formare un parallelepipedo di 10x10x30 cm., che riesce a ospitare, grazie alle moderne nanotecnologie, due telecamere, due accelerometri, un apparato radio-telemetrico, il sistema di controllo dell’assetto, i pannelli fotovoltaici, la vela solare realizzata in Mylar e il suo meccanismo motorizzato di dispiegamento. “I nostri requisiti di lancio prevedono che Lightsail-1 sia posta in orbita a 825 km di altezza come minimo, per poter operare senza subire nessun effetto atmosferico – ha detto Louis Friedman, direttore del Progetto LightSail – ciò renderà più difficile per noi trovare un partner a cui aggregarsi per il lancio, ma il fatto stesso che la NASA ci abbia messi in lista, sarà per noi di grande aiuto.”

LightSail, la vela solare antesignana del volo interstellare

Nel video: Louis D. Friedman, direttore tecnico del Progetto LightSail, fa da guida nel laboratorio dove si costruisce il veicolo spaziale.

Archiviato il grande successo di Ikaros, e in attesa di informazioni su Ikaros-2, si riaccende l’interesse a proposito di LightSail, l’altro progetto di vela solare in fase di avanzata realizzazione. Il lancio della prima delle tre sonde previste è infatti programmato per la prossima primavera.

Ikaros e LightSail non potrebbero essere più diverse. La prima, coi suoi 315 chili di peso, è una vera e propria piattaforma per sperimentare una nuova generazione di tecnologie, materiali e procedure utili allo sviluppo di un inedito sistema di propulsione, un ibrido tra vela solare e motore elettrico a ioni, in grado di muoversi liberamente nell’intero Sistema Solare. LightSail, invece, viene presentata come un prototipo destinato allo studio del puro volo spaziale con vela solare, idealmente un passo avanti nella direzione del volo interstellare con piccoli carichi utili. E infatti la strumentazone installata su LightSail-1 è quella minima indispensabile, quasi esclusivamente dedicata al rilevamento di dati come l’assetto, l’accelerazione, la capacità di manovra, cosicché la sonda, in configurazione completa, dichiara alla bilancia solo 5 chili, meno del 2% di Ikaros. Oltre a questo, ci sono anche altri elementi che marcano la differenza tra Ikaros e LightSail: per esempio il metodo prescelto per eseguire il dispiegamento della vela. A differenza dei Giapponesi, che si affidano alla forza centrifuga generata da un movimento rotatorio impresso al veicolo spaziale, LightSail utilizza un sistema a motore sviluppato presso l’Air Force Research Lab.

Infine va segnalato che, una volta raggiunti gli obiettivi della sua missione principale, LightSail-1 eseguirà ricerche sull’uso della vela solare non in funzione propulsiva, ma come agevolatore nelle operazioni di rientro nell’atmosfera, cioè la tecnologia di Nanosail-D , un progetto NASA per l’eliminazione dell’ingente numero di rottami presente sopratutto nelle orbite basse, che sta creando gravi rischi alla navigazione spaziale.

Fonti:  The Planetary Report nn. 4, 5 – 2010.   Per il video si ringrazia The Planetary Society