L'X Prize e l'Astronautica Mercantile

di Michael Martin-Smith

L'Astronautica Mercantileripresa da Adriano Autino? di Tecnologia Frontiera, auspica l'apertura dello Spazio e delle sue risorse - energia e materie prime - per la continuazione dello sviluppo delle moltitudini degli esseri umani e delle loro imprese, piuttosto che degli interessi ristretti e particolari, dei militari, delle grandi corporazioni ed, anche, degli scienziati che ancora oggi detengono il monopolio sui reami esterni solo per se stessi! 

Adriano, come molti futuristi prima di lui, capisce che il vero potenziale dello Spazio per l'Umanità non sarà compreso finché non sarà aperto all'insieme dei talenti creativi dell'intera specie, e che questo potrà avvenire soltanto attraverso un effettivo accesso commerciale. 

Il maggiore ostacolo a questa visione è, semplicemente, l'elevato costo dell'accesso allo Spazio, che rimane quindi insicuro, non sistematico e quasi monopolistico. In mancanza di cambiamenti sostanziali non si intravvede la possibilità di creare ecosistemi artificiali autosufficienti chiusi - o quasi chiusi -, nè l'uso di risorse locali su larga scala che l'occupazione dello Spazio, al momento un ambiente ostile, richiede. 

Tutto questo è vero, a dispetto del fatto che gran parte del pubblico sia affascinata dallo Spazio, e che molti giovani sarebbero entusiasti di viaggiare nello Spazio, per turismo, per scopi scientifici, esplorativi o anche di abitarvi. 

I principali decisori attuali del settore spaziale si sono ripetutamente, per varie ragioni, dimostrati incapaci di operare i cambiamenti necessari, per favorire l'accesso pubblico allo Spazio. Ma la Cina, dopo tutto, descrive Spazio come il "Quarto Territorio." La logica conseguenza di questo è la gente deve ormai avere libero accesso allo Spazio, esattamente come alla Terra, al Mare ed all'Aria.

Nel 1996 un gruppo di accademici spaziali e di imprenditori? - Pietro Diamandis e Gregg Maryniak - decisero di dare inizio ad un'impresa storica.

Guardando al passato, ai giorni di gloria della prima aviazione, osservarono che l'Orteig Prize in America ed il Trofeo Schneider in Europa, ebbero effetti grandemente stimolanti, proponendo una serie di obiettivi e premi ad ingegneri privati ed imprenditori. Competendo per i Premi, e per la fama ad essi associata, gli aeroplani furono spinti, ogni anno, a volare sempre più in alto, più veloci, e più affidabilmente. Così l'aviazione avanzò dai vecchi biplani Vickers Vimy allo Spitfire con motore Merlin in poco più di una decade, senza alcun contributo significativo da parte dei contribuenti. 

Da tale impegno, non solo nacque l'aviazione civile, ma ne conseguì anche la sconfitta dell'aviazione nazista da parte dei combattenti britannici. 

Questa, dobbiamo ricordarlo, era un'impresa proiettata oltre i giganti della NASA, dell'ESA, Energiya?, ecc... - ma che, se compiuta, farebbe piazza pulita, una volta per tutte, del luogo comune che vuole lo Spazio troppo costoso e difficile, per diventare veramente compatibile con le attività dell'uomo comune. Raggiungere i 100 km di altitudine significa, effettivamente, toccare il confine dello Spazio, come definito dalla NASA. Andare oltre tale limite, ed arrivare all'orbita bassa è ancora un altro problema?. Tuttavia il salto tecnologico è impressionante, e genererebbe un notevole giro d'affari di turismo spaziale suborbitale. Ne conseguirebbe un forte sviluppo industriale, e relativi investimenti di grande portata. 

Questo, in ogni caso, era il sogno. Ma nel 1996 non molti credettero che si potesse realizzare entro il 1° gennaio 2005, data ultima di riscuotibilità del premio. Tuttavia si doveva tentare, e contro ogni previsione, il successo appare ora vicino. 

Ecco che allora, in questo dicembre 2003, circa 7 anni dopo il lancio dell'X Prize, ci sono 26 concorrenti iscritti, che hanno sottoposto disegni e dichiarazioni di intenti, e che corrono per il Premio. 

Tali Squadre vengono da sette Paesi diversi: Stati Uniti, Regno Unito, Russia, Romania, Argentina, Canada ed Israele. Le tecnologie scelte variano dalla propulsione a razzo, veicoli con propulsione a razzo, portati in quota da aeroplani, aerei a razzo portati in quota da palloni. 

La traiettoria dell'X-Prize 

Visione della Terra da circa 100km

Tutti puntano a portare un veicolo riutilizzabile per il trasporto di passeggeri ad un'altezza sopra il 99% dell'atmosfera, dove una rapida accensione della propulsione a razzo accelererebbe il veicolo fino a 4500-5000 km/ora e fino a 100 chilometri. I passeggeri sperimenterebbero 3-4 minuti di assenza di peso, una vera prospettiva cosmica della Terra e della sua curvatura, e la visione astronautica delle stelle. 

Si calcola che, una volta rotto il ghiaccio, nascerebbe un mercato da un miliardo di US$ l'anno, di turismo spaziale servito direttamente da questo tipo di veicoli. Il vincitore dell'X Prize, da solo, non potrà certo fatturarli tutti! 

Oggi vediamo molti contendenti costruire e testare hardware e sistemi per prove di X Prize, sostenuti finanziariamente da patrimoni privati, sponsorizzazioni, o sottoscrizioni pubbliche attraverso club di Sostenitori. 

Nel caso del Regno Unito il concorrente Thunderstar, delle Industrie Starchaser, vediamo la sponsorizzazione di una media azienda collaborare con un club di sottoscrittori e di volontari. 

L'impresa è guidata dall'energico impegno di un uomo - Steven Bennett, fondatore e Chief Executive delle Industrie Starchaser - motivato da un desiderio di vecchia data di fare l'impossibile, accoppiato alla forte convinzione che c'è un business da costruire, intorno al viaggio spaziale conveniente ed accessibile. 

Starchaser ha già volato 14 razzi, di taglia e sofisticazione crescenti, ed ora ha sviluppato, in meno di un anno, il Churchill Mark 2, motore riutilizzabile a propellente liquido, capace di 3 tonnellate di spinta. Sta inoltre testando una capsula guidata di rientro per passeggeri.

Starchaser Industries, Ltd

Starchaser Industries, Ltd Steve Bennett Thunderbird - vista laterale

Recentemente è iniziato il lavoro sul motore Churchill finale - capace di 15 tonnellate di spinta - due dei quali sono destinati alla propulsione del veicolo concorrente all'X Prize. Un sistema di fuga è in corso di sviluppo. 

Bennett anticipa che, con circa altri 2,5 milioni di Sterline, sarà in grado di realizzare un lancio X Prize entro un anno. Pubblicità ed aumento del club dei sottoscrittori sono quindi necessari, ma significative sponsorizzazioni commerciali sono già in atto. 

L'importanza, per l'Astronautica Mercantile, di riuscire a sviluppare una nave spaziale passeggeri per meno di 5 milioni di Sterline (tutto compreso), anche se Bennett non dovesse vincere la gara, è enorme. 

I due altri principali competitori sono americani. 

SpaceShipOne - vista da retro sinistra

SpaceShipOne è sviluppata dall'aviatore ed imprenditore di fama mondiale Burt Rutan, che volò ininterrottamente intorno al mondo, su un aeroplano interamente disegnato e costruito da lui. La sua società, Scaled Composites, specializzata nel disegno di aerei esotici e nell'uso di materiali compositi e leggeri - che formeranno certamente la base per il volo spaziale commerciale a basso costo. 

La sua offerta per l'X Prize è iniziato con lo sviluppo di un aereo di alta quota economico per la ricerca, Proteus, che può giungere ad altitudini di 60,000 piedi (ca. 20.000 km) con impiego minimo di combustibile, grazie all'accurato disegno dell'ala allungata, ed materiali strutturali molto leggeri. Questo veicolo è stato sviluppato all'interno del White Knight, ed ha già accumulato molte dozzine di voli. 

Nel 2002 è iniziato lo sviluppo di SpaceShipOne, che è portata sotto la pancia del White Knight a circa 50.000 piedi, e poi rilasciato (come il vecchio X-15 da un B52), ad accendere il suo motore a razzo. 

SpaceShipOne ha subito sette test di volo, con pilota a bordo, dall'agosto 2003. Il suo sistema automatico di atterraggio, i sistemi di navigazione, di planata e manovra aeronautiche sono ormai ben sperimentati. 

In parallelo con la costruzione della SpaceshipOne, dotata di ali, un contratto per lo sviluppo di un motore utilizzante gas ossido nitroso e polybutadiene (combustibile solido, di sostanza gommosa?) è stato assegnato a due imprese aerospaziali. Il vincitore di questa competizione - la Space Dev Inc. di James Benson- è ben conosciuto a molti di noi di TdF. Jim Benson è altrettanto conosciuto dai partecipanti ai Congressi IAF, e non ci sorprende ritrovarlo in un ruolo così vitale per l'apertura del trasporto spaziale. 

I razzi ibridi, per i non addetti ai lavori, usano un combustibile solido ed ossidanti liquidi o gassosi, combinando così i vantaggi dei propellenti liquidi convenzionali e quelli dei motori a razzo solidi. Hanno un ISP? più basso, rispetto ai combustibili criogeni, ma risultano decisamente vincenti quanto a sicurezza, costi e facilità di stoccaggio e di produzione. Allo stesso tempo, sono più potenti dei motori a razzo a combustibile solido, e la loro potenza può essere dosata. 

Ancora più rilevante, benchè consumino combustibile per dare spinta adeguata ad un motore di razzo, non possono esplodere, e quindi, anche secondo gli esigenti standard di salute e sicurezza del Regno Unito, non sono classificati come esplosivi. Questo si traduce in importanti benefici legali, oltre che astronautici! 

SpaceShipOne vista da fronte sinistra

Anche se attualmente non possono competere, come spinta per chilogrammo, con l'idrogeno Lox/Liquido sviluppi tecnologici e combustibili esotici potrebbero portare rapidamente gli ibridi allo stesso livello dei combustibili liquidi. 

Il 17 di dicembre, centenario del volo dei fratelli Wright, SpaceShipOne è stata accelerata dal suo motore Benson a 1550 km/ora, all'altitudine di 22000 metri - il primo volo supersonico di un velivolo non militare, sviluppato da privati. 

Quindi un tabù - l'impossibilità di realizzare un aereo supersonico privato - giace ora in rovine! 

La prossima volta toccherà al monopolio statale del volo spaziale. 

Rutan e Scaled Composites sono finanziati dal patrimonio imprenditoriale di Rutan e da sponsor, ed il costo del suo programma è stimato in 20-30 milioni di UD$ per realizzare il volo suborbitale. 

Il percorso classico di prudenti prove incrementali vedrà presumibilmente SpaceShipOne volare più in alto alto e più a lungo con il nuovo motore fino a che, nel corso del prossimo anno, i suoi piloti giungeranno all'altitudine di 100 km. 

La questione se il suo scafo potrà essere in seguito allargato per portare 3 passeggeri, e così guadagnare i 10 milioni dell'X Prize, aspetta ovviamente ancora una risposta! 

Un terzo contendente è Armadillo Aerospace, che sta sviluppando un testbed controllato da elaboratore per quattro motori, montato su una struttura a croce. I motori sono alimentati da perossido di idrogeno, innescato da un ignitore catalitico/elettronico. Questo veicolo viene sviluppato contemporaneamente in due modelli: uno in scala ridotta ed uno in scala reale, così che le modifiche possono essere sviluppate e testate sul modello in scala ridotta, prima di essere applicate al modello in scala reale. 

L'assemblaggio ed il test di un veicolo in scala reale, orientato a voli con equipaggio è in preparazione, ed un'offerta per l'X Prize il prossimo anno è più che probabile. 

È quindi molto probabile che il 2004 sia un anno pietra miliare nella storia dell'Astronautica Mercantile e nella progettazione innovativa di navi spaziali private. 

Armadillo Aerospace testing

Che altro? 

La Fondazione X Prize non si fermnerà dopo aver assegnato il Premio al vincitore e sta già preparando i prossimi passi. 

Sono aperte le trattative con alcuni spazioporti per dar vita ad una competizione annuale come il Gran Premio automobilistico, in cui i contendenti possano misurarsi in altezza dei voli, velocità, tempo di allestimento, aggiudicandosi sponsorizzazioni e premi in denaro. Sono inoltre in fase di studio strutture che possano accogliere i sostenitori dei concorrenti presso gli spazioporti, per assistere ai voli - o anche scommette sui contendenti! E questo sarebbe un altro settore dell'industria emergente del Turismo Spaziale. 

Occorre ricordare che le contese sportive attirano sempre somme molto grandi in sponsorizzazione - più che sufficienti per alimentare la novellina industria spaziale privata fino all'orbita, ed oltre. 

Le prospettive per l'ignizione dell'Astronautica Mercantile attraverso l'X Prize nei prossimi uno o due anni, all'inizio del 2004 appaiono molto più favorevoli, rispetto a 2 anni fa?. In coinceidenza con un possibile lungo periodo di ristrutturazione della NASA, dopo il disastro di Columbia, questo Rinascimento Spaziale non potrebbe avvenire in un momento migliore. 

Un felice Anno Nuovo a tutti!

Tutte le immagini di questa pagina compaiono grazie alla cortesia di The X PRIZE Foundation

[001.MMS.TDF.2004 - 25.12.2003]

 

NOTE. Pensando che non tutti i lettori di questo articolo siano familiari con alcuni concetti tecnici ed altri dettagli, abbiamo chiesto a Michael di fornire una scheda di dettaglio tecnico, riportata qui di  seguito. Chiunque avesse altre domande non esiti a scriverci

1/ Lo stato dell'arte. 

NASA ed ESA non sono stati finora in grado di sviluppare alcun veicolo spaziale con equipaggio per una somma così piccola come $20-30 milioni di dollari. Se X-Prize raggiungerà tale obiettivo, certamente si potrà affermare che avrà portato parecchio avanti la causa dello sviluppo spaziale. p 

2/ La velocità orbitale

Servono 4500-5000 km/ora per giungere ad un'altitudine di 100 chilometri in un volo suborbitale parabolico (X Prize) e circa 8 chilometri al secondo (>28,000 km/ora) per andare in Orbita Bassa (come in una missione all'ISS). A causa dell'attrito dell'atmosferica residua, è l'altezza minima di LEO si definisce intorno ai 300 chilometri - anche se l'altezza minima effettivamente possibile è circa 200 chilometri. 
Lasciare la Terra (e.g. arrivare alla Luna) richiede 11 km al secondo (quasi 40.000 km/ora). La miglior metafora è pensare di scagliare una pietra a velocità progressivamente più alte. Alle velocità più basse si raggiungono modeste altezze, e si ha un rapido ritorno a Terra, ma gradualmente, benchè la pietra rallenti vicino al punto più alto, essa raggiunge una velocità che, quando comincia a cadere, cade "in tondo", attorno alla Terra, oltre l'orizzonte, e quindi non può più tornare a Terra - quella è l'Orbita Bassa (LEO = Low Earth Orbit).
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3/ Combustibili liquidi e solidi.

La maggior parte dei razzi brucia un combustibile (ad esempio kerosene, idrogeno liquido o alluminio polverizzato o magnesio ecc.) in un ossidante (per poter lavorare nel vuoto dello Spazio, che non contiene ossigeno, a differenza dell'atmosfera terrestre). Gli ossidanti possono essere ossigeno liquido, perclorato di ammonio con acido nitrico, perossido di idrogeno ecc. Nel caso del razzo ibrido di Jim Benson abbiamo un combustibile solido - polybutadiene che è logisticamente agevole, sicuro da maneggiare e conveniente, poiché esiste in forma di gomma, mentre l'ossidante è in stato gassoso - oppure compresso allo stato liquido. Questo motore è un ibrido tra combustibili liquidi e solidi, e combina quindi i benefici di ambo i tipi di motore. È anche più sicuro e più conveniente per le necessità dell'Astronautica Mercantile. almeno per i primi anni. p

4/ ISP.

ISP significa Impulso Specifico e di solito è espresso in secondi. Molto brutalmente, si tratta del tempo per cui un motore alimentato con 1 kg di propellente riesce a sviluppare 1 kg di spinta. Ad esempio, un motore che sviluppa 100 kg di spinta al secondo con 1 kg di combustibile, avrebbe un ISP di 100 secondi. 
La spinta, a sua volta, dipende dalla massa di gas espulsa dall'ugello del razzo, e dalla velocità con la quale viene emessa. 
Motori a ioni realizzano ISPs molto alti, perché la velocità di scappamento è enorme. Ma la spinta effettiva è bassa, perchè solamente masse molto piccole di propellente sono coinvolte. L'ISP è una mera misura dell'efficienza con la quale un motore può trasformare i suoi combustibili in effettiva forza propulsiva. 
Nei motori chimici, Ossigeno Liquido/Idrogeno Liquido sono i più potenti, ed i motori dello Shuttle sviluppano ISP di 460 secondi. Ma quella tecnologia è molto complessa e costosa. 
Se l'obiettivo è fare economia, qualche compromesso è inevitabile!
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5/ I fondatori dell'X-Prize

Diamandis e Maryniak sono americani e la Fondazione X-Prize è basata in America, ma è aperta a tutti, purché soddisfino i requisiti: due voli a 100 km di altezza, con 3 passeggeri a bordo a distanza di 2 settimane, e nessun finanziamento governativo né militare. p

6/ L'agenda di X-Prize. 

Non c'è nessuna data limite. Effettivamente si sono iscritti due nuovi concorrenti nelle ultime settimane. Si sa che i promotori finanziari originali che hanno messo a disposizione i 10 milioni di US$ del premio manterranno la loro offerta fino al 1 gennaio 2005. Se nessuno l'avrà vinto entro quella data, potrebbero ritirare il Premio, oppure potrebbero decidere una proroga. 
Oppure, se la gara sarà vicina al successo, ma mancasse il termine massimo del gennaio 2005, altri promotori potrebbero rilevare la "promessa di pagamento." Non possiamo ancora azzardare previsioni, ma sembra abbastanza probabile che il Premio sarà rivendicato nel 2004. 
È opinione di Michael Martin-Smith che, quanto meno, Burt Rutan abbia già oggi fatto abbastanza per dimostrare la realisticità della realizzazione dell'impresa, e questo dovrebbe tenere aperta l'offerta fino al compimento dell'impresa stessa.
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ALTRE  NOTE 

Astronautica Mercantile.

Il concetto di Astronautica Mercantile appare per la prima volta nella Fantascienza, ad opera di Paul Anderson (Le storie di Nicholas Van Rijn/I Mercanti Spaziali/La Lega Polesotecnica - Cronache della Lega Polesotecnica - Locus Award 1979) p