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Conto alla rovescia per gli aerei a razzo
La soleggiata città di Mojave, in California, con una popolazione di appena 3.700 abitanti, vanta un aeroporto che occupa quasi la stessa superficie del Los Angeles International. Il vasto sito isolato, ai margini delle montagne di un'ampia distesa di alta pianura desertica, è stato sede di diverse compagnie aerospaziali anticonformiste. Qui è nato il Voyager, l'aeroplano estremamente leggero che nel 1986 è stato il primo a fare il giro del mondo senza scalo senza rifornimento di carburante. Ora, in un edificio basso e senza pretese ai margini dell'aeroporto, sta forse nascendo il futuro del trasporto spaziale.
Intendiamoci, quel futuro non sembra ancora molto: un minuscolo aereo a due posti che assomiglia a un jet da combattimento con la coda tagliata e alette tozze installate vicino al naso. Lo scorso luglio questo velivolo leggero, soprannominato EZ-Rocket, ha raggiunto una nuova pietra miliare dell'aviazione quando il pilota Dick Rutan, che aveva anche pilotato la Voyager, ha messo i suoi motori a razzo gemelli attraverso una manovra fondamentale 'touch and go': decollo, spegnimento dei motori, atterraggio, riaccendere i motori e decollare senza fermarsi. Ciò ha rappresentato un nuovo record nel dare flessibilità e controllabilità simili a quelle di un aeroplano a un'imbarcazione a propulsione a razzo, un fatto che ha un significato maggiore poiché la catastrofe dello Space Shuttle Columbia ha sollevato nuove domande sulla fattibilità del programma spaziale con equipaggio del governo degli Stati Uniti.
Ciascuno di questi due voli è durato meno di 15 minuti e non ha mai raggiunto quote superiori ai 3.000 metri. Ma hanno dimostrato che Xcor Aerospace, la società dietro EZ-Rocket, potrebbe avere la possibilità migliore di offrire al mondo una routine di aerei a razzo riutilizzabile, operazioni simili a quelle di una compagnia aerea al mondo dei missili e ridurre i costi di lancio a un minimo di un decimo quelli del lancio della navetta spaziale e dei razzi consumabili di oggi. Un'imbarcazione del genere potrebbe, nel giro di diversi anni, consentire l'impiego di satelliti a basso costo per la ricerca e le comunicazioni e far ripartire il turismo spaziale. In un arco di tempo più lungo, l'imbarcazione successiva potrebbe fornire un volo passeggeri New York CityTokyo che impiega meno di tre ore. E poiché liberarsi dalla gravità terrestre è il costo maggiore di ogni missione spaziale, i lanci più economici sono prerequisiti essenziali per iniziative visionarie come i collettori solari spaziali che trasmettono energia sulla Terra 24 ore al giorno e l'estrazione di metalli preziosi dagli asteroidi.
Naturalmente, le persone hanno cercato per decenni di realizzare la visione di un aereo a razzo riutilizzabile, con scarso successo. La scienza missilistica è diventata sinonimo di tecnologia avanzata, ma il fatto è che c'è stato molto poco in termini di nuovo sviluppo di razzi dai primi anni '60, afferma il presidente di Xcor Aerospace Jeff Greason, un ex dirigente di Intel. Quello che è diverso ora, dicono lui e altri, è che anche prima che la Columbia si rompesse il 1 febbraio, le persone stavano effettivamente iniziando a costruire e testare nuovi progetti. In effetti, più di due dozzine di aziende in tutto il mondo, per non parlare della NASA e di altre agenzie spaziali nazionali, stanno sviluppando attivamente aerei a razzo. E con la perdita della Columbia, la morte di sette astronauti e la successiva messa a terra delle navette rimanenti, è probabile che crescano sia il numero di sviluppatori che l'urgenza del loro compito. La necessità di trovare un modo per ottenere nuove tecnologie e nuovi approcci al trasporto spaziale è probabilmente molto più chiara di quanto non fosse prima, afferma Greason.
Molti giocatori privati sono spinti dalla prospettiva di conquistare l'X-Prize da 10 milioni di dollari. Questa ricompensa, offerta da una fondazione con sede a St. Louis, MO, finanziata da promotori del turismo spaziale, sarà assegnata al primo razzo finanziato da privati che trasporta tre persone ai confini dello spazio (un'altitudine di almeno 100 chilometri), ritorna in modo sicuro sulla Terra, e fa tutto di nuovo entro due settimane. Già, 24 giocatori si sono iscritti per fare il tentativo.
Ma 10 milioni di dollari sono una goccia nel mare rispetto al vero premio: il turismo spaziale. L'anno scorso un sondaggio commissionato dalla NASA ha concluso che se fossero disponibili mezzi affidabili, 15.000 facoltosi amanti del brivido si iscriverebbero ogni anno a voli suborbitali che costano circa $ 50.000 ciascuno. Questo rappresenta un mercato da 750 milioni di dollari. E anche se non eguaglierebbe l'attuale attività spaziale principale di lancio di satelliti - nel 2001, 39 lanci in tutto il mondo hanno generato quasi 3,3 miliardi di dollari di entrate - potrebbe segnare l'inizio di qualcosa di molto più grande. Il turismo spaziale ha il potenziale per diventare una nuova industria importante quanto l'aviazione civile, afferma Patrick Collins, economista presso l'Università Azabu di Fuchinobe, in Giappone, e da lungo tempo sostenitore della commercializzazione dello spazio. A breve termine, aggiunge, non c'è nessun'altra applicazione dello spazio con un potenziale anche lontanamente simile. E indipendentemente dal fatto che un tale mercato si materializzi rapidamente o meno - è possibile che le immagini agghiaccianti della Columbia che si sfaldano renderanno nervosi gli aspiranti turisti spaziali per gli anni a venire - la tecnologia stessa sta chiaramente maturando. Lo scorso novembre il rapporto di una commissione presidenziale sull'industria aerospaziale degli Stati Uniti ha affermato che i veicoli di lancio riutilizzabili che potrebbero, almeno, ridurre sostanzialmente i costi di immissione dei satelliti nello spazio sono alla nostra portata in questo decennio.
Storia del fallimento
La creazione di aerei a razzo riutilizzabili avrebbe dovuto essere il lavoro della NASA. Ma lo sforzo della NASA - l'X-33, un concetto ambizioso per un aereo a razzo riutilizzabile che entro il 2005 avrebbe dovuto dimostrare tecnologie che potrebbero eventualmente sostituire il programma dello space shuttle - è diventato il più grande elefante bianco mai prodotto dal programma spaziale degli Stati Uniti. Tra il 1997 e il 2001 sono stati spesi quasi 1,3 miliardi di dollari per l'imbarcazione a idrogeno, e non c'è praticamente nulla da dimostrare. Per fortuna, la NASA ha scelto un piano che impiegava una serie di tecnologie tecnicamente impegnative (leggi: rischiose), inclusi motori a razzo unici, serbatoi di carburante e scudi termici, e un design complesso del veicolo. Ognuna di queste tecnologie avrebbe dovuto funzionare affinché il velivolo aprisse con successo la strada per spodestare la flotta dello space shuttle, che ora ha più di due decenni, per missioni che includono il trasporto di astronauti alla Stazione Spaziale Internazionale e il lancio di carichi scientifici come l'Hubble Telescopio Spaziale.
Ma una parte, un serbatoio composito di idrogeno liquido costruito da Lockheed Martin, ha fallito nei test. Nel 2001 la NASA, di fronte alla prospettiva di aspettare un altro anno per una nuova versione, si allontanò dallo sforzo e iniziò qualcosa di nuovo, afferma l'ex amministratore associato dell'agenzia per la politica e la pianificazione Lori Garver. Ogni volta che lo fai, perdi terreno. Ora, due anni dopo la cancellazione dell'X-33, il nuovo sforzo ancora in gran parte indefinito della NASA non dovrebbe produrre una sostituzione dello space shuttle prima di due decenni da oggi. Tuttavia, ci saranno senza dubbio pressioni dopo la Colombia per accelerare tale calendario.
Un risultato della debacle dell'X-33 è stato quello di mettere un serio freno agli investimenti privati nel campo. La saggezza popolare sosteneva che se la NASA non fosse stata in grado di costruire un razzo riutilizzabile, nessuno avrebbe potuto farlo, afferma Collins. Ma al mondo manca un aereo a razzo non perché sia difficile da costruire, dice. È solo che praticamente tutta la ricerca missilistica è stata condotta da un'agenzia governativa monopolistica. Buzz Aldrin, che nel 1969 divenne il secondo uomo a camminare sulla luna, afferma che gli Stati Uniti semplicemente mancano di un programma nazionale coerente per sviluppare una tecnologia di lancio economica e riutilizzabile. E mentre il terribile destino della Columbia potrebbe acuire l'attenzione, Aldrin dice che per il momento, comunque, siamo nei guai.
In questo pasticcio arrivano Xcor Aerospace e i suoi concorrenti. La loro visione: costruire una nuova generazione di razzi. A differenza di ogni razzo lanciato finora, questo velivolo volerebbe nello spazio e sarebbe tornato a casa intatto. (Alcuni progetti richiedono un processo in due fasi in cui il razzo inizialmente si alza trasportando sulle spalle un jet.) Anche le navette spaziali, la prima e unica navicella spaziale riutilizzabile al mondo, scartano parti dei razzi gemelli e tutti gli enormi serbatoio carburante ad ogni lancio.
Realizzare questa visione sembra relativamente semplice sulla carta. I motori a razzo sono fondamentalmente camere di combustione con pompe che portano carburante e ossigeno ossidante o una sostanza chimica ricca di ossigeno che consente al carburante di bruciare anche nel vuoto dello spazio. Non hanno bisogno dei turbofan e dei compressori ad alta velocità di un motore a reazione, che forniscono ossigeno dall'aria per bruciare carburante e rappresentano circa l'80% delle dimensioni, del peso e della complessità del motore. E di conseguenza, i razzi possono volare molto più in alto dei jet, che non possono superare i 16 chilometri di altitudine perché l'aria diventa troppo rarefatta per bruciare carburante per aerei e fornire portanza alle loro ali.
Nessuno sta dicendo che i nuovi arrivati come Xcor Aerospace possano raggiungere lo spazio in un solo passaggio. Raggiungere l'orbita significa raggiungere velocità di 27.800 chilometri orari, trasportare enormi quantità di carburante e resistere a sollecitazioni estreme. Affrontare queste sfide richiederà, a detta di tutti, almeno un decennio. Nel frattempo, però, si può imparare molto mentre si punta a un obiettivo molto più modesto: costruire un veicolo a propulsione a razzo in grado di raggiungere il confine dello spazio - un'altitudine di 100 chilometri - senza effettivamente entrare in orbita. Raggiungere quell'altitudine richiede una velocità di circa 4.500 chilometri all'ora, non molto superiore alle velocità massime dei caccia a reazione di oggi, quindi i progettisti del velivolo dovrebbero essere in grado di adattare i sistemi e le procedure ingegneristiche relativamente collaudati dei caccia al nuovo compito.
Il presidente di Xcor Aerospace Greason afferma che il raggiungimento dell'obiettivo di progettazione è possibile entro i prossimi anni. In effetti, circa sei anni fa ha lasciato l'industria in forte espansione dei microchip perché ha visto il business spaziale come il luogo in cui i computer erano tornati negli anni '70: poche aziende controllavano un mercato per hardware grande, costoso ed esclusivo, ed erano ignare del un cambiamento epocale che sta per essere determinato da alcuni ossessionati che hanno abbandonato il college che lavorano nei garage, utilizzando parti standard per produrre nuovi incredibili sistemi di personal computer. È molto simile ai primi giorni del PC, afferma Peter Diamandis, presidente e fondatore della X-Prize Foundation. I veicoli suborbitali che possono effettuare migliaia di voli all'anno creeranno un mercato cambiando la prospettiva sullo spazio: non solo per i governi, ma per il pubblico.
Concorrenza piccola e agile
L'EZ-Rocket di Xcor Aerospace è come quei primi PC: semplice, di base e, dal punto di vista del normale business aerospaziale, praticamente microscopico. I suoi motori a razzo gemelli, alimentati ad alcool e ossigeno liquido, producono separatamente solo un millesimo della spinta di ciascuno dei tre motori principali dello space shuttle. Ma a differenza delle loro controparti navetta, i motori EZ-Rocket possono essere completamente controllati e persino spenti e riavviati in volo. Tuttavia, l'EZ-Rocket è solo un veicolo dimostrativo. Il minuscolo velivolo è progettato per accumulare esperienza nella costruzione di un aereo spaziale suborbitale a due posti, chiamato Xerus, che è ora in fase di sviluppo.
Per la Xerus, Xcor Aerospace sta sviluppando un motore a razzo con una potenza cinque volte superiore a quella dell'EZ-Rocket, un motore che può essere accelerato su e giù per un'ampia gamma di velocità. Un gruppo di quattro o cinque di questi motori solleverebbe l'aereo a razzo a un'altitudine di 100 chilometri; quindi razzi più piccoli consentirebbero al velivolo di mantenere la stabilità durante una gita ai margini dello spazio.
Xcor Aerospace sta perseguendo lo Xerus per due persone anche se non soddisferà il criterio per tre persone dell'X-Prize. Premio o nessun premio, Greason, Rutan e la loro manciata di colleghi vedono molti incentivi di mercato. Greason afferma che lo Xerus potrebbe lanciare un piccolo carico utile del satellite, circa 10 chilogrammi, in un'orbita bassa utilizzando un razzo booster sul satellite. Satelliti così piccoli vengono utilizzati per progetti di ricerca universitari, che spesso devono aspettare anni prima di essere trasportati su un lancio di satelliti più grandi. E lo stesso Xerus potrebbe anche essere utilizzato per ricerche, come la raccolta di dati atmosferici o l'esecuzione di esperimenti di ingegneria che richiedono brevi periodi di tempo in ambienti a gravità zero.
Il vero obiettivo, però, è il turismo. Greason afferma che lo Xerus potrebbe fornire ai turisti viaggi di mezz'ora - tre minuti di assenza di gravità e la possibilità di vedere la curvatura della Terra e l'oscurità dello spazio - quindi atterrare su una normale pista. Un solo Xerus, dice, potrebbe guadagnare 24 milioni di dollari all'anno in entrate turistiche su costi di sviluppo inferiori a 10 milioni di dollari. Alimentato da tali visioni, Xcor Aerospace spera entro tre anni di aver pilotato e testato Xerus e preparato il velivolo per la produzione. Abbiamo deciso di fare i passi più piccoli che potevamo, con il maggior numero possibile di entrate generando entrate, spiega Greason. Se Xerus funziona e i profitti dei turisti arrivano, dice, gli sviluppatori dell'azienda inizierebbero ad affrontare l'ultimo compito: entrare in orbita.
L'idea dei passi più piccoli, ovviamente, ha una certa risonanza storica quando si tratta di tecnologia spaziale. Ma mentre Xcor Aerospace si concentra sull'approccio incrementale, diverse aziende concorrenti stanno già perseguendo la grande visione: un velivolo che può andare fino in orbita. Un giocatore è Pioneer Rocketplane a Solvang, in California. La società ha progettato un ibrido razzo e jet chiamato Pathfinder, che decollerà con i tradizionali motori a reazione. Una volta a un'altitudine di crociera di circa 5.500 metri, un aereo cisterna si incontrerà con il Pathfinder e pomperà ossigeno liquido in un serbatoio vuoto a bordo dell'imbarcazione. Quindi, spinto da una combinazione di ossigeno liquido e cherosene, il Pathfinder accenderà il suo motore a razzo e salirà a un'altitudine di 139 chilometri, dove rilascerà uno stadio superiore senza equipaggio per portare in orbita un carico utile di 2.280 chilogrammi.
Come Xcor Aerospace, Pioneer sta iniziando con una versione più piccola, il Rocketplane XP, che competerà per l'X-Prize. Sebbene né l'XP né il Pathfinder abbiano raggiunto nemmeno lo stadio di prototipo, Pioneer Rocketplane è considerato un giocatore serio. Il suo CEO, Mitchell Burnside Clapp, era responsabile della progettazione dell'Air Force di un razzo riutilizzabile simile a un aeroplano che in seguito si è evoluto nel concetto di Pathfinder. A causa di quel design, Pioneer Rocketplane è un concorrente principale per un progetto della Defense Advanced Research Projects Agency per sviluppare un lanciatore satellitare economico con propulsione a razzo. (L'agenzia dovrebbe annunciare l'aggiudicazione di due contratti finali di progettazione il 1° marzo.)
La maggior parte dei giocatori di razzi riutilizzabili pensa in termini di trasporto di persone, sia piloti che turisti. Ma l'Astrium tedesco esclude espressamente il carico umano. Invece, sta sviluppando un razzo autonomo chiamato Hopper, progettato per fornire lanci di satelliti economici. Il primo passo in questa direzione è la Phoenix, una versione in scala un sesto della Hopper.
La Phoenix è principalmente un banco di prova per la tecnologia di atterraggio autonomo. I progettisti dell'imbarcazione stanno incorporando altimetri basati su laser, sensori di altitudine e apparecchiature digitali del sistema di posizionamento globale insieme ad algoritmi di navigazione intelligente che consentono all'imbarcazione di atterrare su una pista planante senza l'aiuto di esseri umani o attrezzature a terra. Il primo test del veicolo, in costruzione, è previsto per il prossimo anno: un elicottero lascerà cadere il Phoenix da un'altitudine di circa 1.400 metri, lasciandolo atterrare da solo. Astrium stima che l'Hopper a grandezza naturale potrebbe lanciare satelliti in 15-20 anni, alla metà dei costi di lancio odierni.
E la NASA non è seduta in disparte. Sebbene l'esatta forma di un programma successore allo sfortunato X-33 sia ancora in fase di elaborazione dall'amministratore dell'agenzia Sean O'Keefe, che ha assunto il timone alla fine del 2001, la NASA aveva iniziato a elaborare piani a lungo termine per un più grande, navi più ambiziose prima del disastro della Columbia. L'aereo spaziale orbitale è solo un foglio di carta bianco in questo momento, ma l'idea è che sarebbe pronto a consegnare l'equipaggio e piccole quantità di carico alla Stazione spaziale internazionale entro il 2012.
Se volerà entro il 2012 o prima, l'Orbital Space Plane entrerebbe in orbita su un razzo consumabile convenzionale. Ma la NASA spera di sostituire quel razzo con un sistema riutilizzabile. Per fare ciò, i ricercatori del Marshall Space Flight Center della NASA a Huntsville, AL, stanno semplificando e ottimizzando la progettazione del motore a razzo e incorporando sistemi diagnostici integrati per rilevare problemi come crepe, perdite e valvole bloccate. Tali sistemi produrrebbero enormi risparmi rispetto alle navette spaziali, i cui motori vengono smontati e ispezionati dopo ogni missione da centinaia di ingegneri. L'obiettivo è portare l'affidabilità dei motori a razzo nella stessa categoria dei motori a reazione di oggi, afferma Garry Lyles, responsabile dei sistemi di propulsione per il programma della NASA per lo sviluppo della tecnologia per i futuri veicoli di lancio. In questo momento, comunque, i piani della NASA prevedono una sostituzione della navetta spaziale completamente riutilizzabile entro il 2025.
Spinta privata
Nonostante la sua scarsa esperienza con gli aerei a razzo, la NASA rimane un serio concorrente a lungo termine. Ma il calendario un po' tranquillo dell'agenzia ha lasciato il campo aperto per il settore privato. E l'entusiasmo per il potenziale delle piccole aziende di produrre effettivamente un razzo riutilizzabile sta crescendo. Una vittoria dell'X-Prize da parte di una di queste società dissiperebbe lo scetticismo e potrebbe anche far ripartire gli investimenti. È un passaggio psicologico, afferma Rand Simberg, ingegnere e consulente aerospaziale. Le piccole aziende stanno tornando indietro e lo fanno come avrebbe dovuto essere fatto in primo luogo.
In effetti, anticipando la capacità delle piccole aziende di aprire nuove strade, un'azienda prenota voli turistici su aerei a razzo che oggi esistono solo sulla carta. Space Adventures, di Arlington, VA, invia già turisti su voli aerei a gravità zero in Russia, e ha organizzato voli spaziali russi - ciascuno con un prezzo di $ 20 milioni - alla Stazione Spaziale Internazionale per l'uomo d'affari americano Dennis Tito nel 2001 e sudafricano Il magnate di Internet Mark Shuttleworth l'anno scorso. Ora l'azienda scommette su Xcor: ha stipulato un contratto per 600 voli turistici Xerus e ha persino prelevato depositi in contanti da più di 100 clienti.
Siamo rimasti colpiti dal team di persone di Xcor e dalla loro capacità di produrre hardware di volo effettivo e di effettuare dimostrazioni con un budget ridotto, afferma Eric Anderson, presidente di Space Adventures. E sebbene Anderson inizialmente temesse che la spaventosa scomparsa della Columbia potesse indurre alcuni dei suoi clienti a pensarci due volte sui viaggi nello spazio, nessuno aveva chiesto rimborsi nei primi giorni dopo la perdita della navetta, un fatto che dice mostra un forte impegno umano per il volo spaziale . Invece di spaventare le persone, aggiunge, quello che è successo alla Columbia servirà da campanello d'allarme. Tra dieci anni le persone si sentiranno più sicure, saranno più sicure entrando in orbita grazie ai miglioramenti che inevitabilmente risulteranno dalle indagini sull'incidente.
Il sostegno di Space Adventure a Xcor e ad altre compagnie missilistiche fornisce una sinergia che potrebbe essere cruciale per realizzare le visioni decennali dei razzi riutilizzabili, afferma Bruce Lusignan, professore di ingegneria elettrica alla Stanford University e direttore del Center for International Cooperation in Space, un consorzio mondiale di università. Dice che i proventi del turismo spaziale potrebbero essere utilizzati per finanziare una nuova generazione di veicoli di lancio orientati al turismo, e questo potrebbe essere il fulcro per sviluppare la capacità. Potrebbe essere la strada giusta. E questo significa che l'EZ-Rocket, quel veicolo di prova poco imponente nel vasto aeroporto di Mojave, potrebbe finire per essere il primo PC di una nuova era spaziale.