Vediamo per quale ragione creare un progetto abilitato per la Space Economy non sia semplice, e quali siano gli ostaccoli principali.

Spesso ci viene chiesto se Arduino e Raspberry PI possano essere utilizzati per applicazioni industriali, al posto dei classici ed ostici PLC.  Meno spesso invece ci si domanda se sia possibile creare applicazioni con Arduino o altre SBC/microcontrollori che possano sopravvivere ad un viaggio nello spazio profondo.

Cos’è la Space Economy

Citando l’onnipresente Wikipedia, possiamio definire la Space Economy come “il nome del comparto produttivo e finanziario orientato alla creazione e all’impiego di beni e di servizi e allo sfruttamento delle risorse nell’ambito dello spazio extraatmosferico”. In tale definizione, quindi, rientrano tutte quelle attività che in qualche modo hanno a che fare con il volo e l’esplorazione spaziale, sia a livello terrestre (fornutira di elementi per il volo, la trasmissione radio, la raccolta delle informazioni e così via) che a livello extra-terrrestre (inteso come attività infrastrutturali da iniziare e terminare in ambito planetario, cometario o satellitare). Si parla in particolare di segmenti upstream e downstream della space economy, che prevedono per il primo la creazione di infrastrutture spaziali, satelliti, vettori, stazioni spaziali fino alle future basi collocate sulla Luna o su pianeti rocciosi del sistema solare. La fase di downstream concerne invece i benefici che conseguono dai dati raccolti nello spazio e in futuro dalle risorse fisiche prelevate per essere trasformate e impiegate sulla Terra.

Valore economico del comparto

La Organization for Economic Cooperation and Development (OECD) valuta la Space Economy come uno dei principali motori di crescita economica. Le sue ricadute, infatti, si estendono ben oltre il comparto esclusivamente extra-atmosferico giungendo a diventare un vero e proprio strumento di politica estera.

A causa delle numerose interconnessioni tra le varie attività e servizi di fornitura, è difficile stabilirne con esattezza il valore: nella foto ad esempio compaiono i valori presunti calcolati al 2019 ma computati a inizio 2022 dal BEA (Bureau of Economic Analysis) solo per la zona USA. Il comparto globale è stato valutato quasi 467 miliardi di dollari nel 2021, con una crescita del 6.4% rispetto al 2020 (fonte: The Space Report).

Dallo Space Economy Report 2021 di Euroconsult ricaviamo che la previsione di crescita della Space Economy è pari al 74% entro il 2030, raggiungendo un valore di 642 miliardi di dollari. Vale quindi la pena valutare se e come investire per tempo nella produzione e nell’offerta di servizi destinati al comparto. Ma come vedremo, le attività connesse con tale sviluppo hanno caratteristiche (e rischi) del tutto particolari.

Rischi connessi

Oltre alle classiche tematiche di gestione del rischio, da valutare nel progettare una attività, occorre tener presente una serie di caratteristiche di progetto che normalmente non vengono prese in considerazione.

• Perdita del prototipo – Nel caso di prodotti destinati all’uso nello spazio, esiste il rischio di perdere un prototipo funzionante a causa del malfunzionamento del vettore durante lo dstivaggio ed il lancio. La copertura ssicurativa di tale rischio entra pesantemente a far parte dei costi del progetto.
• Malfunzionamenti post-lancio, I sensori di pilotaggio, dei sistemi di localizzazione spaziale e in genere la strumentazione fisica ed elettronica. è particolarmente sensibile alle vibrazioni connesse ad un lancio spaziale. Sarà quindi necessario prevedere un sistema di “smorzamento inerziale” che riduca al minimo lo stress fisico e meccanico di ciascun componente e dell’intero prototipo.
• Gestione energetica – Nello spazio non esistono (al momento) sorgenti elettriche o di altro tipo da utilizzare come sistema di ricarica, quindi le applicazioni chen dovraqnno operare in tale ambiente dovranno essere progettate per minimizzare i consumi, ed eventualmente disporre di un sistema di auto-sleep che li ponga in “animazione sospesa delle attività” sino alla ricezione di un determinato comando da terra. In tal modo ne trarrà giovamento la gestione delle batterie e in ultima analisi la longevità dell’intero progetto.
• Gestione dei ricambi – Creare un progetto sul nostro pianetà è semplice, e quand’anche un componente del progetto venisse bruciato, è possibile sostituirlo attingendo al nostro magazzino dei ricambi. Anche se il costo per il lancio di merce nello spazio è precipitato da 54.500 dollari/Kg (Space Shuttle) ai 1.400 dollari/Kg (Falcon Heavy), il solo costo di un transistor o di un integrato in più aggiungerebbe quasi 2 euro alla spesa di carico (senza contare i costi della stazione saldante e del personale o robiot per la manutenzione…)
• Gestione degli spazi e dei pesi – Paradossalmente, in un viaggio nell’immesità cosmica (spazio vuoto) la risorsa più costosa da tener presente è lo spazio interno del vettore: rispetto ad un progetto classico, occorre applicare il massimo fatttore di miniaturizzazione possibile per contenere il prototipo all’interno dei limiti desiderati. Ma questo comporta un ulteriore problema:
• Gestione delle interferenze elettromagnetiche – Sulla Terra siamo praticamente immersi in campi elettromagnetici di qualsiasi spettro e frequenza, dalle onde radio ai raggi gamma. Dato il tipo delle trasmissioni, e grazie all’atmosfera, la maggior parte del rumore elettromagnetico può essere ragionevolmente filtrato via tramite appositi circuiti. Nello spazio non abbiamo tali protezioni, quindi occorre che ciascun prototipo sia dotato di un sistema di filtraggio che ne protegga l’integrità funzionale da interferenzze esterne, ma eviti anche ai propri componenti costitutivi di interferire con la strumentazione del satellite/mezzo spaziale sul quale si trova, pena la perdita di controllo dell’intero satellite. Dal momento che le perdite di energia (leaking) sono tanto più importanti quanto maggiore è la miniaturizzazione dei circuiti  (effetto crosstalk tra le piste del PCB, ad esempio), vediamo chen una eccessiva miniaturizzazione per restringere i costi di stivaggio e trasporto comporta maggiori rischi di interferrenze EM, e viceversa, nel classico pattern del serpente che si morde la coda… Inoltre i filtri passivi consumano parter dell’energia del segnale, mentre quelli attivi consumano parte dfell’energia dell’alimetazione.
• Gestione delle radiazioni esterne – La nostra Terra dispone di una serie di scudi ideali per lo sviluppo e la protezione della Vita dagli agenti dello spazio esterno: un’atmosfera respirabile (almeno per noi terrestri),  un nucleo planetario di Ferro-Nichel in perpetua rotazione che allontana le particelle cariche proveniente dal vento solare, una fascia di ozono atmosferico che preclude l’accesso a radiazioni UV, una troposfera che “smorza” l’energia deli raggi cosmici più duri. Ciascuna di queste caratteristiche potrebbe influenzare più o meno anche un circuito elettronico: a partire dall’energia emessa da un LED nel vuoto (senza quindi attenuazione atmosferica) sino all’interazione tra banchi di memoria e raggi cosmici, dove una sola particella potrebbe cambiare il valore di una locazione di memoria da zero a uno, e modificare per sempre un programma scritto in EPROM. Il nostro prototipo dovrà quindi risiedere all’interno di un contenitore “tempestizzato”; immune cioè dalla pioggia di onde elettromagnetiche a diverse frequenze ed energie. E di nuovo, ci troviamo obbligati ad elevare ulteriormente il peso e lo spazio richiesto dal nostro progettino

 

Considerazioni finali

Tutto sommato, però, “pensare in grande” quando progettiamo un circuito non richiede modifiche eccessive rispetto ad un disegno originale ben ponderato ed efficace. L’avvento, nei prossimi anni, di nanosatelliti o CubeSats, oggetti dal peso inferiore a 10Kg nati con l’esplicito ed unico scopo di monitorare una determinata attività della realtà fisica è destinato a crescere. La creazione di micro-board sempre più parche di cosumi, e la possibilità di far interagire piccoli sciami di CubeSats tra loro per ottenere una sorta di intelligenza-alveare utilizzando le ultime implementazioni in ambito reti neurali, potrebbe consentire anche all’hobbista avanzato, o al ricercatore elettronico privo di finanziamenti, di accedere a questo particolare mercato.

Mai come in questi tempi il valore di un progetti è direttamente proporzionale all’originalità dell’idea che vi sottende.

 

 

Link utili:

• Simonetta Di Pippo – Space Economy, la nuova frontiera dello sviluppo
• Dan Hermes, Gabe Bentz – The Space Economy
• Jack Gregg – The Cosmos Economy, the industrialization of space
• Antonio Messeni Petruzzelli – Space economy: storia e prospettive di business
• Texas Instruments – Space design resources

 

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