In queste ultime settimane abbiamo visto il successo del viaggio inaugurale di Richard Branson con Virgin Galactic, e di Jeff Bezos con Blue Origin. I prezzi dei viaggi turistici spaziali non sono ancora accessibili a tutti, ma stando ai listini che sono circolati, si proverà l’emozione di superare gli 80 km di altitudine e godere dell’assenza di gravità per qualche minuto, per una cifra intorno ai 250.000 Euro: impensabile fino a pochi anni fa.

Il crescente interesse commerciale nei confronti dello Spazio fa porre l’attenzione non solo sulla spesa delle imminenti missioni umane in orbita terrestre o verso la Luna, ma anche su un futuro viaggio con astronauti diretti verso il pianeta Marte. Non entriamo nel merito dell’utilità o meno di una missione umana, né sulle potenziali ricadute economiche e scientifiche che una missione umana verso un altro pianeta porterebbe in dote, mentre ci concentriamo solo sull’aspetto economico del viaggio. Per valutare però il costo di portare un essere umano sul pianeta rosso è utile avere qualche parametro di comparazione.

Prima tappa, Luna

La Luna è a 384.400 Chilometri da Terra. Il costo del programma Apollo, che negli anni ’60 ha portato 12 uomini sul nostro satellite, a seconda delle fonti e dei fattori considerati è stato calcolato fra i 150 e i 288 miliardi di Dollari americani attualizzati ad oggi. Una media di 48 miliardi per ciascuno dei 6 allunaggi.

Il programma Artemis, che ha come obiettivo portare sulla Luna la prima donna insieme ad altri 3 astronauti fra il 2024 e 2028, richiede risorse per 86 miliardi di Dollari, di cui 28 miliardi di Dollari a budget per gli anni 2021-2025, come indicato in dettaglio nell’Artemis Plan della NASA di Settembre 2020.

Molte sono le voci di spesa per raggiungere il satellite terrestre. Fra queste ci sono ad esempio: La capsula Orion, il razzo SLS, l’Exploration Ground System, le nuove tute per la Luna e tutte le attività logistiche per gestire le future missioni sulla superficie. A questo si aggiungono inoltre i programmi con cui la NASA finanzia tecnolgie private, come l’HLS e il CLPS, oltre a programmi di studio di nuove tecnologie, come quelle volte alla mitigazione degli effetti delle polveri lunari, quelle a supporto degli ambienti di vita estremi e alla propulsione elettrica.

Questo è quanto bisogna spendere per spostare una donna o un uomo dal nostro pianeta alla vicina Luna, mentre le missioni robotiche sono decisamente più economiche. Spedire a Dicembre 2021 un orecchino sulla Luna costerà 460 Dollari con il servizio MoonBox di DHL e Astrobotic, mentre se si volesse spedire un oggetto poco più grande, pari a 2,5 centimetri di diametro e solo 3 millimetri di spessore, il costo salirebbe a 1660 Dollari, circa 240.000 Dollari al chilogrammo. Fatti i debiti paragoni, il costo per un essere umano di 75Kg ammonterebbe soltanto a 17 Milioni di Dollari, ma non è così semplice, perché sono profondamente diversi i requisiti di trasporto di cose e uomini, un po’ come nel trasporto aereo merci e persone sulla Terra: comfort, alimentazione, aria, viaggio di ritorno ecc.

Prossima fermata, Marte

Marte raggiunge una distanza minima di circa 50 Milioni di Chilometri dalla Terra. Se facessimo una proiezione di costo al kilometro, considerando come riferimento il costo medio di un allunaggio Apollo, sarebbe necessario un investimento di 6900 Miliardi. Tuttavia, e per fortuna, il costo kilometrico è estremamente fuorviante, perché non c’è un legame diretto dell’investimento con la distanza. Uno dei motivi è che non è necessario che il propellente sia consumato durante tutto il viaggio come per un qualsiasi volo aereo, ma una volta raggiunta la velocità di crociera, sarà utilizzato solo per rallentare ed entrare in orbita marziana.

La missione su Marte con il rover Perseverance e il velivolo Ingenuity è costata 2,9 Miliardi di Dollari attualizzati, meno della precedente missione Curiosity che richiese 3,2 miliardi di Dollari e delle sonde Viking 1 e 2 che complessivamente assorbirono 7,1 miliardi di Dollari. È evidente che questi investimenti in missioni robotiche sono sensibilmente più bassi delle missioni umane degli anni ’60 sulla Luna e delle imminenti missioni Artemis, anche se hanno raggiunto un altro pianeta.

Perché il volo umano costa e costerà molto di più?

Essenzialmente per due motivi: perché è necessaria una garanzia di sicurezza e di successo della missione molto maggiore, per tutelare la vita degli astronauti non solo da eventi catastrofici ma anche dalle radiazioni cosmiche, e perché sono necessarie molte più strutture e sistemi a supporto della vita stessa. Il volo spaziale umano, tuttavia, ha avuto storicamente maggiore facilità nella raccolta fondi presso il congresso statunitense, perché simbolo di quell’indole di esplorazione radicata nella cultura americana. Fatte queste premesse, quanto costa portare l’umanità sul quarto pianeta del sistema solare?

Sono moltissimi i fattori che influenzano i calcoli del viaggio interplanetario e che possono per altro accelerare o rallentare l’avvio del programma, al momento previsto a metà degli anni 2030. Ecco i più significativi.

Il 9 Marzo 2021, Cina e Russia hanno firmato un Memorandum Of Understanding, per lavorare congiuntamente a programmi spaziali. Alcuni esperti di geopolitica sostengono che non ci sia nulla di concreto nel breve, ma John Wolfram sostiene in un articolo su The Space Review che invece la sola minaccia di vedere qualcun altro sul suolo marziano che non sia un/a astronauta americano/a possa alzare la priorità, e quindi gli investimenti per un viaggio umano sul pianeta rosso, un po’ come avvenne per la corsa allo spazio negli anni ’60 del secolo scorso.

Tutti i sistemi per il supporto alla vita per la permanenza su un altro pianeta sono voci di costo rilevanti per la missione. Ci sono quindi diversi possibili approcci relativi a quanto far permanere gli astronauti sulla superficie marziana. Il Design Reference Architecture 5.0 del 2009 della NASA ipotizzava permanenze fino a 500 giorni su un totale di circa 900 giorni di missione (2 anni e mezzo), quindi con necessità di ampie infrastrutture a supporto dell’esplorazione, delle attività scientifiche e del supporto alla vita. Più recentemente invece, NASA sta pensando ad un viaggio che preveda una permanenza di massimo 30-45 giorni su un totale di circa 650 giorni di missione complessiva (quasi due anni). Di tutt’altre vedute è la compagnia privata SpaceX che ha nel DNA dell’azienda l’obiettivo di raggiungere il suolo marziano: il progetto dello sbarco è finalizzato ad una colonizzazione, quindi ad un viaggio senza ritorno, il che porterebbe significativi vantaggi sui costi della missione.

Il successo o meno del Gateway lunare e di una Artemis Base Camp al polo sud lunare, potrebbero generare efficienze tecniche e ridurre i costi operativi di gestione di un avamposto extra-terrestre. In molti infatti sostengono che per abbassare rischi e investimenti di una presenza umana su Marte sia necessario e non solo auspicabile, apprendere dall’esperienza su Luna, molto più vicina e sulla quale è più facile fare sperimentazione. Capitalizzare su queste esperienze porterebbe ad un allontanamento della data di lancio della missione verso Marte, un maggiore investimento sulle missioni di lunga durata sul nostro satellite, ma probabili risparmi nei viaggi interplanetari.

Nel computo dei costi per una missione umana devono essere considerati anche gli investimenti, o almeno parte di essi, delle missioni robotiche finalizzate alla raccolta di informazioni necessarie allo sbarco: mappatura delle risorse disponibili in situ, sicurezza della zona di discesa, valenza scientifica del luogo, ecc. Ventotto missioni robotiche sono state svolte su Marte (su 55 tentate) e molte sono in corso, da Zhurong a Perseverance e Ingenuity, alla missione Hope e al prossimo EXOMars. Ma quante altre missioni robotizzate sono effettivamente necessarie per preparare anche il luogo di arrivo con le infrastrutture, primi fra tutti i moduli abitativi e di supporto energetico?

L’effettiva possibilità di utilizzare le risorse in situ, può fare la differenza sui costi. In particolare estrarre e processare materiale locale per ricavare Ossigeno, Metano e Acqua per la vita in loco, le attività extra-veicolari (EVA) e per l’ascesa dal suolo marziano, ridurrebbe molto la massa da portare dalla Terra e dunque l’investimento.

Gli sviluppi tecnologici che subiranno un significativo progresso in termini di TRL nei prossimi 5 anni, avranno un impatto significativo nella riduzione dei costi di trasporto, del tempo di percorrenza e della complessità dei Sistemi di Supporto alla Vita (life support systems). Quanto rapidamente si scalerà i livelli di TRL dipende molto dagli investimenti privati e dall’iniezione di capitali dei fondi di Venture Capital, come è stato per l’accelerazione avuta nello sviluppo di Starship negli ultimi mesi, grazie ai recenti aumenti di capitale dell’azienda SpaceX.

Le sinergie pubblico-privato, che stanno dando frutti negli Stati Uniti, e fra agenzie spaziali nazionali, potrebbe accelerare il trasferimento tecnologico e ridurre costi di sviluppo che altrimenti sarebbero ridondanti con un approccio di investimenti a silos, senza condivisione della conoscenza.

Costo o investimento?

Alla luce di questi elementi non precisamente valutabili, è impossibile fare delle stime? Attori e agenzie si sono espresse in questi anni e possiamo riassumere le stime così:

• Elon Musk in un’articolo del 2017 ha dichiarato che il costo sarebbe stato di 10 miliardi di dollari a persona, per un investimento complessivo fra i 100 e 200 miliardi. L’anno scorso ha dichiarato che grazie ai progressi di Starship, SuperHeavy, e previa una base su Marte operativa, il costo potrebbe abbassarsi ad un valore di 300.000 dollari per ogni colono che venisse inviato sul pianeta rosso.
• Altri studi americani hanno ipotizzato un investimento fra i 220 miliardi e i 400 miliardi, per portare l’umanità su Marte fra il 2035 e il 2060.

I valori indicati sono dell’ordine di grandezza del programma Apollo, sebbene il viaggio verso Marte comporti complessità superiori per la durata della missione, i rischi e le sfide per la sopravvivenza degli astronauti. Queste dunque le stime dell’investimento per avere ritorni sociali, scientifici e tecnologici difficilmente ottenibili con il solo aiuto delle missioni robotiche.

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