Quanto costerebbe stabilire una base spaziale vicino alla Terra, diciamo sulla Luna o su un asteroide? Per scoprirlo, Universe Today ha parlato con Philip Metzger, un ex fisico ricercatore senior presso il Kennedy Space Center della NASA, che ha esplorato ampiamente questo argomento sul suo sito web e negli articoli pubblicati.
Ieri, Metzger ha delineato la logica per stabilire una base in primo luogo , mentre oggi si concentra sul costo.
FUORI: Il tuo articolo del 2012 parla in particolare di quanto sviluppo è necessario sulla Luna per rendere l'industria 'autosufficiente ed in espansione', ma ha tralasciato il costo per preparare la tecnologia e del loro funzionamento in corso. Perché hai rimandato questa valutazione a più tardi? Come possiamo avere un quadro completo dei costi?
PM: Come abbiamo affermato all'inizio dell'articolo, la nostra analisi era molto grezza e mirava solo a suscitare interesse sull'argomento in modo che altri potessero unirsi a noi per fare un'analisi più completa e più realistica. L'interesse è cresciuto più velocemente di quanto mi aspettassi, quindi forse inizieremo a vedere queste analisi in corso ora, comprese le stime dei costi. Le analisi precedenti parlavano della costruzione di intere fabbriche e del loro invio nello spazio. Il contributo principale del nostro articolo iniziale è stato quello di sottolineare che esiste questa strategia di bootstrap che non è stata discussa in precedenza e abbiamo affermato che ha più senso. Si tradurrà in una massa di hardware molto più piccola lanciata nello spazio e ci consentirà di iniziare subito in modo da poter capire come far funzionare l'attrezzatura mentre procediamo.
Concetto di rover base lunare: potrebbe essere utilizzato per missioni a lungo termine (NASA)
Cercare di progettare in anticipo tutto in una catena di approvvigionamento per lo spazio è impossibile. Anche se avessimo il budget per farlo e lo avessimo provato, scopriremmo che non funzionerebbe quando lo spedissimo negli ambienti extraterrestri. Ci sono troppe cose che potrebbero andare storte. Evolverlo in più fasi ci consentirà di risolvere i bug man mano che lo sviluppiamo in più fasi. Quindi il giornale chiedeva alla comunità di dare un'occhiata a questa nuova strategia per l'industria spaziale.
Ora, detto questo, posso ancora darti un preventivo molto approssimativo se ne vuoi uno. Il nostro modello mostra un totale di circa 41 tonnellate di hardware lanciato sulla Luna, ma ciò si traduce in 100.000 tonnellate di hardware quando includiamo ciò che è stato realizzato lì lungo il percorso. Se 41 tonnellate risultano corrette, allora prendiamo il 41% del costo della Stazione Spaziale Internazionale come una stima approssimativa, perché ha una massa di 100 tonnellate e possiamo stimare approssimativamente che una tonnellata di hardware spaziale costa all'incirca lo stesso in ogni programma. Allora moltiplichiamo per quattro perché ci vogliono quattro tonnellate di massa lanciate nell'orbita terrestre bassa per far atterrare una tonnellata sulla Luna.
Potrebbe essere una stima eccessiva, perché il costo maggiore della Stazione Spaziale Internazionale è stato il lavoro di progettazione, costruzione, assemblaggio e test prima del lancio, compreso il costo di gestione della flotta dello space shuttle. Ma l'hardware per l'industria spaziale include molte copie delle stesse parti, quindi i costi di progettazione dovrebbero essere inferiori e, poiché non saranno in gioco vite umane, non è necessario che siano altrettanto affidabili. Come discusso nel documento, anche i costi di lancio saranno molto ridotti con l'entrata in linea dei nuovi sistemi di lancio.
La Stazione Spaziale Internazionale nel marzo 2009 vista dall'equipaggio della navetta spaziale Discovery STS-119 in partenza. Credito: NASA/ESA
Inoltre, il costo può essere diviso per 3,5 secondo la modellazione grezza, perché sono necessarie 41 tonnellate solo se l'industria sta facendo copie di se stessa il più velocemente possibile. Se lo rallentiamo fino a fare solo una copia dell'industria mentre si sta evolvendo, allora solo 12 tonnellate di hardware devono essere inviate sulla Luna. Ora questo ci dà una stima del costo totale per l'intero periodo di bootstrap, quindi se impieghiamo 20, 30 o 40 anni per realizzarlo, dividi per tale importo per ottenere il costo annuale. Si finisce con un numero che è una frazione minoritaria del budget annuale della NASA e una frazione minuscola del budget federale totale degli Stati Uniti, e una frazione ancora più piccola del prodotto interno lordo degli Stati Uniti, e un costo per essere umano assolutamente insignificante nelle nazioni sviluppate della Terra.
Anche se siamo fuori di un fattore 10 o più, è qualcosa che possiamo permetterci di iniziare a fare oggi. E questo non tiene conto del ritorno economico che otterremo quando avvieremo l'industria spaziale. Ci saranno modi intermedi per ottenere un ritorno, come il rifornimento di satelliti per le comunicazioni e l'attivazione di nuove attività scientifiche. Neanche l'intero costo deve essere sostenuto dai contribuenti. Può essere finanziato in parte da interessi commerciali e in parte da studenti e altri partecipanti a concorsi di robotica. Forse possiamo organizzare quote di proprietà nell'industria spaziale per le persone che si dedicano volontariamente allo sviluppo di tecnologie e ad altri compiti come i robot teleoperanti sulla Luna. Chiamalo 'telepioniere'.
Forse ancora più importante, le tecnologie che svilupperemo - robotica avanzata e produzione - sono le stesse cose che vogliamo sviluppare qui sulla Terra per il bene della nostra economia. Quindi è un gioco da ragazzi fare questo! Ci sono anche vantaggi immateriali: dare agli studenti l'entusiasmo di eccellere nella loro istruzione, concentrare gli sforzi della comunità dei maker per contribuire in modo tangibile alla nostra crescita tecnologica ed economica e rinnovare lo spirito del tempo della nostra cultura. Le civiltà cadono quando invecchiano e si stancano, quando il loro entusiasmo si esaurisce e smettono di credere nel valore intrinseco di ciò che fanno. Vogliamo un mondo positivo ed entusiasta che lavori insieme per il bene più grande? Ecco qui.
Il braccio robotico giapponese Kibo sulla Stazione Spaziale Internazionale dispiega CubeSats nel febbraio 2014. Il braccio reggeva un Small Satellite Orbital Deployer per inviare i piccoli satelliti durante la spedizione 38. Credito: NASA
UT: Ora abbiamo computer più piccoli e la capacità di lanciare CubeSats o satelliti di accompagnamento più piccoli sui lanci di razzi, qualcosa che non era disponibile qualche decennio fa. Questo riduce i costi di invio di materiali sulla Luna ai fini di ciò che vogliamo fare lì?
La maggior parte dei documenti sull'avvio dell'industria spaziale risalgono agli anni '80 e '90 perché è stato allora che sono state eseguite la maggior parte delle indagini e non ci sono stati fondi per continuare il loro lavoro negli ultimi decenni. In effetti, i cambiamenti nella tecnologia da allora hanno cambiato le regole del gioco! All'epoca alcuni studi dicevano che una colonia avrebbe dovuto supportare 10.000 umani nello spazio per svolgere attività di produzione prima di poter realizzare un profitto e diventare economicamente autosufficiente. Ora, a causa della crescita della robotica, pensiamo di poterlo fare con zero esseri umani, il che riduce drasticamente i costi.
Lo studio più completo dell'industria spaziale è stato il 1980 Summer Study presso l'Ames Research Center . Sono stati i primi a discutere la visione di avere l'industria spaziale completamente robotica. Hanno stimato che i robot minerari dovrebbero essere realizzati con diverse tonnellate di massa. Più di recente, abbiamo effettivamente costruito robot minerari lunari presso gli Swamp Works al Kennedy Space Center e sono circa un decimo di tonnellata ciascuno. Quindi abbiamo dimostrato una riduzione di massa di oltre 10 volte.
Ma questa ulteriore raffinatezza sarà più difficile da produrre sulla Luna. Le prime generazioni non saranno in grado di realizzare le leghe metalliche leggere o i pacchetti elettronici. Ciò richiederà una catena di approvvigionamento più complessa. Le prime generazioni dell'industria spaziale non dovrebbero mirare a migliorare le cose; dovrebbero mirare a rendere le cose più facili da fare. 'Tecnologia appropriata' sarà l'obiettivo. Man mano che la catena di approvvigionamento si evolve, alla fine raggiungerà la raffinatezza della Terra. Tuttavia, finché la catena di approvvigionamento è incompleta e inviamo cose dalla Terra, invieremo le cose più leggere e sofisticate che possiamo da combinare con le cose grezze fatte nello spazio, e quindi i progressi che abbiamo fatto da allora gli anni '80 ridurranno effettivamente i costi di bootstrap.
Questo è il secondo di una serie in tre parti sulla costruzione di una base spaziale. Ieri: Perché il mio sulla luna o su un asteroide? Domani: Rendere intelligenti i robot remoti .