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Il rapporto Augustine in pillole

Guida alla lettura del documento su cui si baserà il futuro dell’esplorazione spaziale

Quasi 160 pagine, risultato di oltre 5 mesi di lavoro. È il cosiddetto “rapporto Augustine”, il documento finale prodotto dal Review of United States Human Space Flight Plans Committee. Il comitato è stato istituito nel maggio di quest’anno dall’Office of Science and Technology Policy (OSTP), ed era presieduto da Norman Augustine, manager di lungo corso dell’industria aerospaziale americana. Il compito non era da poco: fornire al Presidente Barack Obama gli elementi necessari per sciogliere i molti nodi strategici relativi al futuro della NASA e in particolare dei suoi programmi di esplorazione spaziale e volo umano. La versione completa di questo documento, destinato inevitabilmente a influenzare i programmi spaziali di tutti gli altri paesi, è disponibile sul sito dell’OSTP. Qui forniamo una breve guida ai contenuti principali di ogni capitolo, che può aiutare a orientarsi nella lettura integrale.

 

Capitolo 1 - Introduzione

L'Executive Office del Presidente americano Barack Obama ha istituito una Commissione per la Revisione dei Programmi di volo spaziale umano degli Stati Uniti. La Commissione, composta da 10 membri, è stata incaricata di valutare i programmi della NASA e di offrire prospettive alternative. Secondo gli esperti, il programma di esplorazione americano lanciato dal presidente Kennedy ha bisogno di maggiori fondi o dovrà essere abbandonato. La Commissione incoraggia la collaborazione internazionale nello spazio e ritiene che il coinvolgimento dell'industria privata nei voli in orbita bassa (LEO) sia un'opportunità da prendere in considerazione per abbattere i costi governativi. L'obiettivo ultimo da perseguire per la NASA è un cammino di espansione umana nel Sistema Solare.
Il Comitato ha indicato varie strategie per l'esplorazione oltre l'orbita LEO. Si potrebbe esplorare prima la Luna, con l'obiettivo di sviluppare le capacità per esplorare Marte. O si potrebbe scegliere un percorso “flessibile” per tappe successive, come l'orbita lunare, i punti lagrangiani, gli asteroidi vicini alla Terra o le lune di Marte, fino alla possibile esplorazione della superficie marziana. Il risultato delle valutazioni del Comitato ha portato alla formulazione di cinque opzioni integrate per il programma di volo spaziale umano: una di base, fondata sul programma Constellation, e quattro alternative. Delle cinque opzioni, due tengono conto dei limiti di budget della NASA, mentre tre prevedono fondi extra.

Capitolo 2 - Una prospettiva storica

Le imprese spaziali del passato possono aiutare a pianificare quelle future. Questo capitolo del rapporto Augustine ripercorre le principali tappe delle imprese spaziali americane, a partire dalla fondazione della NASA, nel 1958, proseguendo con il programma Apollo e lo storico allunaggio del 20 luglio 1969. Dopo l'euforia iniziale, l'interesse verso la Luna scemò e dal 1972, anno dell'ultima missione Apollo, nessun uomo si è avventurato a più di 400 chilometri dalla Terra. Durante l'amministrazione Nixon le ambizioni della NASA si ridimensionarono. Venne lanciato il programma Space Shuttle, navetta che avrebbe dovuto assicurare frequenti collegamenti con l'orbita LEO a costi relativamente bassi. Il primo Space Shuttle volò nell'aprile del 1981, poco meno di un decennio dopo l'annuncio del programma. Tre anni dopo, il presidente Ronald Reagan proponeva ai suoi alleati, Italia compresa, l'idea di realizzare una grande stazione spaziale orbitante, chiamata Freedom. Con la fine della Guerra Fredda e il crollo dell'Unione Sovietica, anche la Russia viene coinvolta nel progetto di una casa comune nello spazio. Il rapporto evidenzia l’impatto che hanno avuto sul programma spaziale americano le due tragedie del programma Shuttle: prima il Challenger, esploso nel 1986, 73 secondi dopo il lancio costando la vita a tutti e sette i membri dell'equipaggio, blocca la NASA mentre sta per rilanciare un piano che prevede il ritorno sulla Luna nel 2005 e il viaggio su Marte nel 2015. Dodici anni dopo, il 1 febbraio 2003, lo Shuttle Columbia si disintegra in cielo mentre ritorna a Terra. Il 2004 segna l'anno una svolta nella politica spaziale americana, con il Programma Vision for Space Exploration, voluto dal Presidente George W. Bush. Tra i pilastri del programma, ci sono il completamento della ISS entro il 2010 e il ritorno sulla Luna con robot non prima del 2008 e con missioni umane nel 2020 nell'ottica di realizzare colonie. Si inizia a ragionare sul successore dello Shuttle, con l'ipotesi di mandare in pensione le navette nel 2012 e sostituirle con una flotta capace di superare l'orbita LEO e supportare missioni più lunghe e con equipaggi  più grandi. Nasce il Programma Constellation, che prevede il lanciatore Ares, la capsula Orion, il lander lunare Altari e sistemi di superficie lunare.

Capitolo 3 - Obiettivi e destinazioni future dell'esplorazione

La Commissione si è domandata quale sia la strategia più praticabile per l'esplorazione oltre l'orbita LEO e ha analizzato tre opzioni alternative:


1) Mars First: Marte come prima destinazione
2) Moon First: la Luna come prima destinazione
3) Flexible Path: un percorso flessibile fino a Marte

Il Comitato ha ritenuto che sebbene il pianeta Rosso resti l'obiettivo ultimo dell'esplorazione del Sistema Solare vicino, non può essere considerato una destinazione valida come prossimo obiettivo. Infatti non disponiamo ancora della tecnologia e dell'esperienza per esplorare Marte in modo sicuro e sostenibile. Sono state giudicate valide le opzioni Moon First, e Flexible Path. L'esplorazione della Luna potrebbe essere preparatoria all'esplorazione di Marte, permettendo di vivere e lavorare su superfici remote, seppur a soli tre giorni dalla Terra.
Anche il percorso flessibile sarebbe preparatorio all'esplorazione di Marte: questa opzione svilupperebbe la fiducia che sia possibile vivere e lavorare nello spazio e permetterebbe di  esplorare pianeti e altri corpi celesti in un modo nuovo, potenzialmente in coordinamento con i robot.
Le due ipotesi non si escludono a vicenda. Prima di viaggiare verso Marte, che dista 180 giorni, sarà necessario estendere la presenza umana nello spazio e imparare a lavorare sulla superficie della Luna. La scelta dell'una, dell'altra o della combinazione di queste due opzioni è legata a valutazioni di bilancio, programmazione e sostenibilità del programma, che sono discusse nel Capitolo 6.
Il Comitato affronta quindi il problema della disaffezione del pubblico verso le imprese spaziali. Nella decisione del piano di esplorazione, la NASA deve necessariamente tener conto dell'interesse dell'opinione pubblica e fare in modo di lanciare un programma in grado di galvanizzare la gente, soprattutto i più giovani. Sarebbe un errore considerare questo aspetto secondario: è parte integrante della scelta del futuro programma di esplorazione.

Capitolo 4 - Attuali programmi di volo umano 

Per definire questo programma, la Commissione si è posta cinque domande.
• Quale dovrebbe essere il futuro dello Space Shuttle?
• Quale dovrebbe essere il futuro della Stazione Spaziale Internazionale?
• Su cosa dovrebbe basarsi la prossima generazioni di lanciatori pesanti?
• In che modo gli astronauti dovrebbero essere trasportati in orbita bassa
• Qual è la strategia più praticabile per l'esplorazione oltre l'orbita LEO?

 

SHUTTLE

I voli fissati per lo Shuttle sono sei fino a fine 2010, ma il programma Constellation non entrerà in vigore prima del 2012. La Commissione valuta positivamente un'estensione di utilizzo delle navette Shuttle in modo da evitare il gap di due anni. Tuttavia la scelta di prolungare l'utilizzo deve fare i conti con il buco di badget della NASA che avendone stabilito il pensionamento non ha allocato soldi per altre missioni. Restano comunque aperti problemi di schedula, disponibilità di forza lavoro, sicurezza, costi. Tre sono gli scenari possibili per lo Shuttle:
1) La copertura fino al 2001 del budget per garantire il completamento dei voli attualmente schedulati
2) Prevedere un ulteriore volo dello Shuttle così da garantire fino alla fine 2011-inizio 2012 la fase di transizione con i nuovi voli cargo commerciali internazionali verso la ISS.
3) Estendere i voli fino al 2015, due voli per anno. Questo garantirebbe una continuità nella capacità di volo umano che altrimenti rischierebbe un gap di sette anni a favore della Soyuz.
Il terzo scenario è quello strategicamente e politicamente più valido.

 

ISS
Nell'attuale piano della Nasa la ISS dovrebbe operare fino al 2015 e venir dismessa nel 2016. restano però aperti i problemi legati al gap dovuto al ritiro dello Shuttle, e i problemi tecnici nel deorbitare la ISS. Questi gli scenari per la ISS:
1) Fine della partecipazione degli Usa con il 2015. Questo comporterebbe un sotto-utilizzo della ISS, che sarà terminata nel 2010, per gli esperimenti scientifici, un calo della leadership internazionale e l'impopolarità nell'opinione pubblica per aver usato solo cinque anni un progretto durato 25.
2) Le operazioni sulla ISS proseguono allo stesso livello fino al 2020. I benefici di questo scenario sono l'utilizzo scientifico e tecnologico della ISS.
3) Il programma sulla ISS viene arricchito e esteso oltre il 2020. Secondo la Commissione questo scenario è realizzabile con un modesto incremento di budget in grado di apportare un grande ritorno in termini di utilizzo.


 
CONSTELLATION
I principali elementi del programma includono: il lanciatore Ares I per l'orbita LEO, il cargo Ares V per mandare gli astronauti sulla Luna e oltre l'orbita Leo, la capsula Orion per trasportare gli astronauti in orbita bassa e oltre, il lander Altair  per scendere sulla superficie della Luna e sistemi di superficie per esplorare la Luna. Orion ha dimensioni troppo grandi che necessiterebbero di un lanciatore più grande di Ares. Andrebbe ridimensionato ma ridisegnarlo costerebbe miliardi e vanno fatti tutti gli sfori per ridurre i costi. Attualmente il primo lancio è fissato per il 2014, ma l'esperienza insegna che è prevedibile un ritardo di almeno 18 mesi. Considerati i limiti di budget, il primo lancio potrebbe slittare al 2017, se non al 2019. È concreto il rischio che Ares I e Orion potrebbero non farcela a essere completati per la fine vita della ISS.

Capitolo 5 - Lanci in orbita bassa e oltre 

Il lancio in orbita bassa e oltre è l'area più critica per il volo spaziale. Qui viene affrontata la questione del rifornimento in orbita bassa, effettuabile con lanciatori più piccoli, che consentirebbe di allargare il raggio dell’esplorazione. La Commissione ritiene comunque necessario lo sviluppo di un sistema di lanciatori pesanti che permetta di effettuare viaggi lunghi nello spazio, per cui la tecnologia è disponibile ma necessita di ulteriore sviluppo. La Commissione ha esaminato nel dettaglio le caratteristiche tecniche dei cinque candidati per i carichi pensati: Ares I e V; Ares V Lite (in modalità duale per le missioni lunari); un veicolo derivato dallo Shuttle; un lanciatore super pesante derivato da Evolved Expendable Launch Vehicle (EELV), in riferimento al loro eventuale utilizzo in una missione lunare e nel cosiddetto “Flexible Path”.  Ogni sistema ha vantaggi e svantaggi. Un approccio prudente, secondo la Commissione, è sviluppare un sistema di lanciatori pesanti con capacità sufficiente per affrontare le prossime missioni, che in seguito sarebbe rafforzato dalla stazione di rifornimento spaziale, quando questa sarà disponibile.
Tra gli aspetti cruciali per quanto riguarda la sicurezza dei voli umani ci sono il trasferimento e il ritorno degli astronauti in orbita bassa. Secondo la Commissione, ci sono due opzioni per il trasporto dell'equipaggio: un sistema fornito e operato dal governo (fondamentalmente Ares I) e un servizio di trasporto gestito da operatori commerciali. Secondo il Comitato, ogni programma commerciale di trasporto verso la ISS deve prevedere un ruolo forte e indipendente di assicurazione della missione della NASA. Secondo le stime, il costo di una partnership con il settore privato (non priva di rischi) per la NASA potrebbe aggirarsi sui 5 miliardi di dollari. L'opzione migliore a livello di costi-efficacia è quella di continuare a sviluppare il programma Orion e sviluppare il più rapidamente possibile un veicolo per carichi pesanti capace di trasportare gli astronauti.

Capitolo 6 - Opzioni e criteri di valutazione

Dopo avere illustrato i diversi scenari possibili per l'evoluzione futura del programma spaziale statunitense, la commissione Augustine specifica e formalizza i criteri che dovrebbero servire a metterli a confronto per arrivare a una scelta. Gli scenari proposti si differenziano infatti in base a tre dimensioni fondamentali: 1) benefici che possono portare ai soggetti interessati, che siano i cittadini americani nel loro complesso, la comunità scientifica, quella industriale. 2) rischi di ogni natura: da quelli per gli astronauti e il personale coinvolto nei programmi a quelli finanziari o occupazionali; 3) l'impatto sul budget della NASA, che rappresenta un limite oggettivo.

Queste tre dimensioni vengono poi ulteriormente dettagliate dalla commissione in 12 criteri che dovranno guidare la scelta:

• Grado di preparazione all'esplorazione
• Grado di innovazione tecnologica
• Contributo alla conoscenza scientifica
• Contributo a espansione della civiltà umana
• Contributo all’espansione economica
• Potenziali partnership globali
• Coinvolgimento del pubblico
• Rischio programmatico
• Sicurezza delle missioni (per l'equipaggio)
• Impatto occupazionale
• Sostenibilità economica
• Costo del ciclo di vita complessivo del programma

Questi criteri guidano la decisione sulle cinque domande chiave già poste nei capitoli precedente: il futuro dello Space Shuttle, il futuro della ISS, la piattaforma su cui basare il prossimo lanciatore a grande capacità, come portare equipaggi all'orbita bassa e che percorso seguire per l'esplorazione oltre l'orbita bassa. In linea di principio ci sono decine di possibili combinazioni tra le risposte a questa domanda, tra cui il Comitato sceglie però cinque opzioni integrate che appaiono le uniche seriamente proponibili.
Una lunga e dettagliata analisi delle alternative disponibili alla luce dei 12 criteri porta la commissione a concludere, in estrema sintesi, che l'esplorazione umana oltre l'orbita bassa non è perseguibile con il budget concesso alla NASA per l'anno fiscale 2010. Un significativo programma di esplorazione è possibile solo aumentando il budget di circa 3 miliardi di dollari per anno in termini di reale potere d'acquisto. Questo livello di finanziamento consentirebbe un programma di esplorazione del tipo “moon first” o, in alternativa, uno che segua il flexible path.

 

Capitolo 7 - Tecnologie chiave per una esplorazione sostenibile

Quali sono le tecnologie chiave da sviluppare nel perseguire un ambizioso programma spaziale? Il capitolo 7 affronta questo tema, stigmatizzando per prima cosa come la NASA abbia, negli ultimi decenni, dedicato insufficienti investimenti allo sviluppo tecnologico rivolto all'esplorazione spaziale. Nel giro di venti anni, sostengono gli autori, l'agenzia può ritrovare e confermare il suo ruolo di leader in questo campo, e dovrebbe farlo concentrandosi su alcune aree particolarmente strategiche.
La prima è quella biomedica: quali effetti hanno l'esposizione ai raggi cosmici, all'assenza di gravità e al prolungato isolamento sulla biologia e la psicologia umana? E quali tecnologie possono mitigare gli effetti negativi? La seconda è quella del trasferimento e immagazzinamento di propellenti nello spazio, in modo da rifornire veicoli spaziali al di fuori dell'atmosfera terrestre, aumentando la massa trasportabile rispetto al “classico” lancio da Terra. Ancora più avanti, c'è la produzione e il trasferimento di propellente in situ, che sia sulla Luna o presso il punto L1, già identificato come un possibile deposito di carburanti spaziali per rifornimenti intermedi. Un'area identificata come particolarmente critica è quella del trasporto di carichi di ogni tipo dall'atmosfera alla superficie di Marte: il pianeta ha sufficiente atmosfera per operare sistemi di atterraggio, ma non abbastanza perché gli attuali paracadute o ali consentano un atterraggio sicuro a un equipaggio umano. Complessi sistemi di freni aerodinamici combinati a propulsione a razzo, già usati per le missioni robotiche, dovranno essere sviluppati e perfezionati. Sempre nell'ottica di un programma marziano, anche altre forme di propulsione spaziale dovranno essere esplorate, a cominciare da quella solare e quella nucleare.

Capitolo 8 - Le partnership

Riconoscendo che la collaborazione tra diversi soggetti e paesi è da sempre un presupposto fondamentale delle grandi imprese spaziali, il rapporto Augustine analizza in questo capitolo le possibili partnership internazionali che gli Stati Uniti dovrebbero considerare, e assieme le collaborazioni con altri settori del governo americano di cui la NASA dovrebbe giovarsi. È questo un capitolo in cui la Commissione Augustine prende posizioni molto nette, liquidando per esempio come antistoriche le preferenze per un programma “all-american”, quando l'attività spaziale si svolge per sua natura in un contesto sovranazionale; o bollando come superato e in ultima analisi dannoso il regolamento contro il traffico di armi internazionale che di fatto limita la possibilità per gli USA di collaborare con altri paesi nel campo della tecnologia spaziale. Le capacità in campo spaziale di Canada, Cina, Russia, Giappone, India, Corea del Sud ed ESA vengono poi analizzate nel dettaglio, riconoscendo in tutti questi paesi dei potenziali interlocutori per lo sviluppo di un ambizioso programma di esplorazione. In particolare, il rapporto segnala come la collaborazione con ESA e con i suoi Stati Membri permetta alla NASA l'accesso a competenze tecnologiche particolarmente preziose. Quanto agli altri singoli Stati, il rapporto riconosce che potrebbero giocare ruoli di nicchia in base alle loro capacità industriali. A livello interno, la Commissione invita la NASA a una più stretta collaborazione con la Federal Aviation Administration e, in particolare, con il Dipartimento della Difesa, che si appoggia ai sistemi di lancio Delta e Atlas per le proprie esigenze (satelliti di sorveglianza) e che deve essere coinvolta in ogni decisione che alteri il budget o le prospettive di sviluppo di questi programmi.

 

Capitolo 9 - Osservazioni conclusive 

Nel capitolo finale, i membri della Commissione Augustine vanno dichiaratamente oltre quello che era il loro mandato iniziale, e indicano alcuni principi fondamentali a cui, qualunque scelta venga fatta, le future attività della NASA dovrebbero adeguarsi. Principi a volte pratici, a volte quasi filosofici, come il primo: chiarire prima di tutto quali debbano essere gli scopi dell'esplorazione spaziale, e non solo in termini di destinazione. La NASA non può cioè eludere la domanda su cosa un programma spaziale debba portare alla società nel suo complesso, un quesito che va oltre la scelta di Luna o Marte come prossima tappa. Secondo principio guida deve essere quello di commisurare le risorse agli obiettivi. Il caso dello sviluppo del programma Constellation viene citato come caso negativo e paradigmatico di un programma la cui dotazione finanziaria non corrisponde alle ambizioni, con l'inevitabile (a posteriori) risultato di ritardi nello sviluppo e del ben noto “gap” che seguirà al ritiro dello Shuttle. Il rapporto affronta poi il problema della struttura organizzativa della NASA, denunciando da un lato una scarsa flessibilità nella gestione dei fondi, dall'altro una mancanza di continuità che negli ultimi anni ha finito per indebolire le competenze dell'Agenzia. Cruciale per l'Agenzia, secondo gli estensori del rapporto, sarà anche la capacità di mantenere competenze ingegneristiche di alto livello al proprio interno, e non limitarsi a gestire da un punto di vista manageriale e organizzativo il lavoro dei vari contractors. Al tempo stesso, nei settori tecnologici cruciali l'agenzia non dovrebbe essere fornitrice di se stessa: un certo livello di competizione tra fornitori è necessario per garantire innovazione ed efficienza di costi. Infine, il rapporto affronta il nodo dell'equilibrio tra missioni robotiche e missioni abitate. Riconoscendo che molte missioni robotiche hanno altrettanta capacità di affascinare il pubblico rispetto a quelle umane (si cita il caso del telescopio Hubble) e che in generale queste hanno un maggiore valore scientifico, il rapporto Augustine mette in guardia dal rischio che uno dei due programmi cannibalizzi l'altro, data l'inevitabile competizione per accedere a limitate risorse finanziarie. Da qui la necessità di separare a monte e in modo relativamente rigido i budget di lungo periodo assegnati a queste due aree di attività.