Il sistema solare, la risorsa del futuro (2/4): l'esplorazione degli asteroidi

L'esplorazione degli asteroidi rappresenta un punto di svolta nel modo in cui l’uomo concepirà lo spazio e il suo utilizzo. Questi rappresentano la testimonianza diretta degli elementi costitutivi fondamentali della formazione planetaria, di inestimabile valore dal punto di vista scientifico, ma anche dal punto di vista economico, perché miniere di oro, ferro, diamante, carbone e terre rare. Nell’ottica dell’espansione spaziale, inoltre, assume particolare rilevanza la ricerca di acqua sugli asteroidi, consentendo sussistenza e riduzione dei costi per lo stanziamento umano, oltre all'impiego come carburante per i lanciatori o schermatura dalle radiazioni.

Tuttavia, prima di poter arrivare ad una compiuta fase di programmazione e lancio di missioni, sono cruciali lo studio e la valutazione delle risorse presenti.

Ad oggi, il limitato numero di asteroidi o pianeti nani visitati, soltanto 17, impone di estendere questo campione per studiare e valutare nuovi candidati. È chiaro che questa fase iniziale debba essere effettuata tramite l'utilizzo di sonde, CubeSat, lander e rover comandati a distanza. La presenza umana in situ, infatti, non garantirebbe alcun valore aggiunto, bensì una crescita esponenziale di costi e complessità di missione.

I Near Earth Asteroids, le nuove miniere di risorse strategiche

Per chiari limiti tecnologici, le prime missioni avranno come target i NEA, gli asteroidi più vicini. Le traiettorie di questi corpi possono lambire l'orbita terrestre o intersecarla. Vengono suddivisi in quattro sottoclassi con peculiari caratteristiche orbitali:

• Atiras: orbita interamente contenuta nell'orbita terrestre;

• Aten: con orbita in buona parte interna all’orbita terrestre;

• Apollo: che intersecano l’orbita terrestre;

• Amor: con orbita che interseca l’orbita marziana e lambisce l’orbita terrestre.

La scoperta della presenza di ferro, nichel e cobalto su due asteroidi NEA, 1986 DA e 2016 ED85 ha suscitato molto interesse, mostrando una presenza dei metalli sulla superficie pari all’85%¹. Ciò significa che la quantità di metalli presenti è superiore rispetto ai giacimenti terrestri di nichel, ferro e cobalto.

Dunque l'estrazione dei materiali presenti sui NEA, non possa più considerarsi solamente un'opportunità. Infatti, le risorse sulla Terra sono in esaurimento, mentre la domanda, i costi economici ed ambientali sono in constante ascesa. Gli impatti di questo scenario si riverberano sulla reperibilità di beni di consumo ad alto valore aggiunto, con conseguente nascita di conflitti nazionali e globali per la corsa alle risorse. Infine, le ultime proiezioni pubblicate dal'UN sull'aumento della popolazione mondiale, prevedono il raggiungimento di quota 10 miliardi entro il 2050. Questo fatto implicherà uno strutturale aumento della domanda del 25% rispetto a quella odierna. Per tutte queste ragioni, lo sfruttamento delle materie prime degli asteroidi è ad oggi da considerarsi una necessità esistenziale per l'uomo e la sua crescita.

Esplorazione robotica su due asteroidi: 433 Eros e 1221 Amor

Come target di missione dell'analisi si sono identificati gli asteroidi: 433 Eros e 1221 Amor, appartenenti alla sottoclasse Amor.

433 Eros coincide con il primo asteroide su cui è stato effettuato un atterraggio, avvenuto il 12 febbraio 2001 con la sonda NEAR², dopo circa un anno speso dalla stessa nello studio delle caratteristiche orbitali, morfologiche, topografiche e composizionali dell'asteroide. Di seguito sono riportati i principali parametri fisici del corpo, ottenute combinando le osservazioni da terra e quelle della missione NEAR:

L’albedo è un parametro fondamentale che permette la classificazione spettrale degli asteroidi in base agli spettri di riflettanza, e fornisce informazioni sulla loro grandezza. Inoltre, dipende profondamente dalla composizione chimica superficiale del corpo. Nello specifico, 433 Eros appartiene alla classe spettrale S, pertanto è dominato da silicati con contaminazioni di metalli quali ferro-nickel.

Invece, si hanno poche informazioni su 1221 Amor. Mentre 433 Eros costituisce il candidato ideale per la fase iniziale della missione, potendo disporre di una buona quantità di dati con cui confrontare le osservazioni degli strumenti del payload, la mancata classificazione spettrale di 1221 Amor apre la strada a diversi scenari. Infatti, potrebbe appartenere alla classe M, particolarmente ricca di metalli e dunque dal valore economico elevato. Non solo, la sua orbita raggiunge una distanza minima dalla Terra pari a 0.11 au ed è stato calcolato che tra il 2105 e il 2153 effettuerà il massimo avvicinamento per ben sette volte³. Le due caratteristiche precedenti, combinate con le dimensioni stimate, diametro di circa 1 km, lo rendono un interessante candidato per l'estrazione mineraria.

I fondamenti del caso studio in esame: prospettive e praticabilità

L'analisi si propone di disegnare una missione di studio e valutazione delle risorse minerarie presenti su 433 Eros e 1221 Amor, fornendo informazioni anche sulla loro morfologia, topografia ed eventuale presenza di un campo magnetico intrinseco. Pensata come missione modulare, può essere adattata a numerosi altri NEA e potrebbe costituire, grazie alla versatilità dei CubeSat, il punto di partenza per missioni minerarie anche oltre l'orbita marziana, nella fascia principale.

In particolare, il concept è incentrato sul rilascio di due flotte di CubeSat nei pressi dei due target da una piattaforma in grado di raggiungere prima 433 Eros, rimanendo in volo coplanare con l'asteroide per qualche tempo, per poi ripartire alla volta di 1221 Amor.

Payload

Per la rilevazione degli elementi chimici e le relative abbondanze, un imprescindibile strumento è costituito dallo spettrometro a raggi gamma ad alta risoluzione.

Osservando lo spettro della radiazione emergente si identifica la composizione chimica e le abbondanze degli elementi presenti nel mezzo in cui si è propagata, senza dover atterrare sull'asteroide o scavare la superficie.

Un ulteriore aspetto d’interesse è il campo magnetico degli asteroidi, che fornirebbe nozioni sulla sua evoluzione geologica e dunque sulle abbondanze chimiche presenti sotto la superficie. Uno dei magnetometri flight proven dalle dimensioni compatibili con il montaggio su CubeSat è il DFGM⁴.

Anche le caratteristiche morfologiche e topografiche degli asteroidi sono informazioni determinanti per ottenere una mappatura dettagliata del corpo celeste, garantendo, tra le altre, di identificare i migliori siti per l'atterraggio o installazioni di strumentazione. Lo strumento di riferimento, in questo caso, coincide con una camera ottica pancromatica analoga a quella sviluppata dalla collaborazione tra Argotec e ASI, è allocabile su un 6U CubeSat.

Infine, si potrebbe utilizzare anche il bus adibito al trasporto delle due flotte di CubeSat come sito di strumentazione scientifica. Trovandosi in orbite complanari con i due target, si potrebbe sfruttare la rotazione dei due asteroidi per effettuare delle misure morfologiche, altimetriche e di riflettanza delle loro superfici, attraverso un LiDAR appositamente concepito per l'esplorazione di asteroidi e comete. Tra questi, uno dei più interessanti è il SALi⁵, che sfrutta la tecnica di modulazione RZPN di un laser a fibra ottica.

L'inserimento di un LiDAR fornirebbe delle misure complementari a quelle effettuate alla camera pancromatica, soprattutto per quelle altimetriche. Così si potrebbe arrivare ad una compiuta comprensione della morfologia e topologia dei due corpi in esame, assolvendo appieno agli obiettivi di missione.

Avendo scelto un design modulare si possono immaginare tre CubeSat operanti per ciascun asteroide. Questi, rispettivamente, ospiteranno lo spettrometro a raggi gamma, il magnetometro e la camera pancromatica.

Per proporre una stima per la massa e dimensioni complessive dei sei CubeSat è stato preso come riferimento LiciaCube, satellite a 6U e di 14 kg considerando di tutti i sottosistemi.

Pertanto, la strumentazione scientifica occuperebbe un volume pari a 36U con una massa totale di 84 kg. Ad questo valore vanno aggiunti 10 kg del LiDAR montato direttamente sul bus.

Ma quali attori potrebbero giocare un ruolo a breve termine nell'esplorazione e sfruttamento degli asteroidi? Al momento, non esiste una legislazione unilateralmente e globalmente riconosciuta in merito allo sfruttamento delle risorse minerarie fuori dall'atmosfera terrestre, ma a partire dal 2015 sono state promulgate leggi nazionali sul tema. La statunitense CSLCA⁶ riconosce ai privati di poter estrarre e vendere risorse spaziali per ricavare profitto. Essa è stata seguita dalla lussemburghese “Law of 20 July 2017 on the exploration and use of outer space resources”⁷, secondo cui le risorse spaziali sono utilizzabili a fini commerciali da tutti i cittadini in possesso dell'autorizzazione.

Mentre nel caso del Lussemburgo la scelta è dettata dal tentativo di ritagliarsi un ruolo di avanguardia New Space, la scelta degli USA potrebbe avere un peso del tutto diverso. Questa, infatti, si allinea alla strategia in atto dal ritiro dello Space Shuttle, che ha prodotto l'ingresso di una nuova generazione di privati nel settore spaziale e dei lanciatori.

SpaceX di Elon Musk ha dotato gli USA di un'importante leva economica, in grado di surclassare la concorrenza sul mercato, ma anche di un vantaggio strategico considerevole rispetto alla Cina e alla Russia. Esso è identificabile non solo nel più ampio accesso allo spazio dal proprio territorio, ma anche in progetti come la costellazione Starlink e il programma Starshield. Il numero di satelliti impiegati, ad altissima resilienza e copertura globale, l'applicazione diretta nel conflitto russo ucraino e la messa a disposizione dei database NASA per la collision avoidance di Starlink, hanno allarmato le cancellerie avversarie.

Scenari del tutto analoghi potrebbero ripresentarsi anche nell'ambito della logistica spaziale (Blue Origin), e in quello delle stazioni spaziali in orbita bassa (Axiom Space, Sierra Space, Nanoracks, VoyagLockheed Martin e Northrop Grumman). Similmente, la strategia NASA è coerente con quella dell'ultimo decennio, mirando a sviluppare una capacità diffusa di accesso, logistica, gestione e vero e proprio presidio delle orbite basse. Le stesse considerazioni sono replicabili anche nel caso del ritorno sulla Luna, pertanto, è difficile immaginare che lo sfruttamento delle risorse minerarie dei NEA, possa essere approcciato dagli USA in maniera differente.

Chiaramente a queste considerazioni strategiche, industriali e politiche deve essere aggiunta anche l'impossibilità da parte degli Stati di potersi titolare proprietari di corpi celesti⁸. Nell'irrealistica ipotesi cui questo principio cadesse, sarebbe comunque difficile immaginare un prospetto di redistribuzione della ricchezza generata dallo sfruttamento dei NEA. Non sembra essere un caso, dunque, che tra le cinque principali compagnie al mondo di space mining, tre siano statunitensi: Karman +, TransAstra e AstroForge.

È chiaro che la grande disponibilità di risorse, la capacità di trasformarle e dunque di creare profitto e sviluppo, è in grado di attrarre clientes, modificando a tutti gli effetti gli assetti geopolitici in essere. Un esempio recente è identificabile nella BRI, controglobalizzazione a guida cinese, capace di attrarre, con sottoscrizione di MoU, 147 Paesi proprio grazie alla leva geoeconomica⁹.

Dunque lo sfruttamento delle risorse minerarie spaziali sarà caratterizzato da forte competizione. Da un lato il blocco Occidentale, in cui le imprese private svolgeranno il ruolo di nuovi pionieri spaziali, in competizione fra loro. L'obiettivo primario sarà quello di affrancarsi dalle forniture cinesi di terre rare¹⁰, cui si aggiungerà l’accesso a maggiori giacimenti di nickel il cui 50% dei giacimenti mondiali si trova tra Australia, Indonesia, Sud Africa, Russia e Canada¹¹. Stando alle ultime stime, i più grandi complessi minerari australiani e canadesi resteranno operativi solo fino al 2035, al più al 2043¹², lasciando il primato della produzione a Paesi ai confini, nella migliore ipotesi, della sfera di influenza cinese.

Nel blocco Occidentale si prevede un clima di confronto feroce, a causa della grande portata degli investimenti, ma anche dei ritorni. Tuttavia, dato il valore strategico e il nuovo orientamento militar-industriale degli apparati USA, i nuovi pionieri saranno fortemente supportati da enti pubblici, che li indurranno a fare sistema¹³. Nonostante i ritorni in palio, per poter giustificare investimenti di tale portata e incentivare il compattarsi del blocco, è fondamentale la presenza di un avversario all'altezza, in grado di insidiare il primato, soprattutto tecnologico, occidentale. La tendenza delle democrazie, infatti, è quella di reagire, non di agire¹⁴. Approccio che si è ripetuto recentemente nei confronti della Russia dopo l'invasione ucraina, fenomeno che ha, di fatto, compattato e rianimato la NATO.

La Cina, che ambisce a guida del Sud Globale, incarna perfettamente questo ruolo. Oltre alla citata BRI (Belt and Road Initiative, ndr), la diplomazia cinese ha lanciato a partire dal 2021 diverse iniziative multilaterali. La prima è la GDI (Global Development Initiative, ndr)che mira ad accelerare il raggiungimento degli SDGs (Sustainable development goals, ndr) entro il 2030¹⁵. A questa si sono aggiunte la GSI (Global Security Initiative, ndr) e la GCI (Global China Initiative, ndr), rispettivamente i punti programmatici dell'architettura securitaria e il pilastro culturale del sistema a guida cinese, naturalmente alternativi a quelli occidentali¹⁶. Per quanto vaghi, questi documenti programmatici delineano un nuovo ordine internazionale, basato su "tolleranza, convivenza, scambi e reciproco apprendimento”¹⁷. Queste iniziative, nel loro insieme, sono orientate al Sud Globale che si è trovato più volte in antitesi con il blocco Occidentale.

In questo contesto la Cina può assumere il ruolo di guida, attraverso i progetti di cooperazione citati e la leva economica. In particolare, Pechino si è particolarmente spesa nel programma dell’UNOOSA "Access to Space for All", garantendo opportunità di ricerca scientifica sulla Tiangong 1. Sebbene disponibile ad una collaborazione scientifica, è improbabile che opti per la creazione di un programma di esplorazione spaziale congiunto con altre potenze o Paesi in via di sviluppo, infatti non si registrano particolari aperture nello sviluppo delle infrastrutture necessarie per insediarsi sulla Luna, sfruttare i NEA o atterrare su Marte¹⁸. Piuttosto, è verosimile che i proventi ottenuti controllando gli asteroidi siano utilizzati per finanziare le ambizioni di globalizzazione a guida cinese, utilizzando la leva geoeconomica per scardinare il dominio USA.

►Leggi la prima parte "Il sistema solare, la risorsa del futuro (1/4): scienza e tecnologia nell'esplorazione spaziale"

►Leggi la terza parte "Il sistema solare, la risorsa del futuro (3/4): l'esplorazione lunare"

►Leggi la quarta parte "Il sistema solare, la risorsa del futuro (4/4): considerazioni etico-psicologiche sull’esplorazione umana dello spazio"

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