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giovedì 31 luglio 2014

Esplorazione spaziale, è roba per esseri umani o è meglio mandare robot?

(Immagine, credit NASA)

NEWS SPAZIO :- Un tema che ricorre periodicamente specialmente in discussioni oltreoceano ruota intorno alla domanda se sia meglio affidare l'esplorazione spaziale, anche di mondi oltre il sistema solare interno, agli uomini oppure alle macchine.

Per esempio, una missione di esplorazione sulla luna di Giove Europa è meglio che sia svolta da un equipaggio umano oppure è preferibile un robot, una sonda automatizzata?

Il dibattito certamente estendibile anche ad altre aree di indagine assume per l'astronautica un significato molto particolare. In questo post vi lancio alcuni spunti di riflessione. Sono sicuro che ne nascerà una bella discussione.



Innanzi tutto inquadriamo un po' la cosa. E' fondamentale partire dal livello di tecnologia che abbiamo raggiunto fino ad oggi. Sappiamo tutti quanto siano costose le missioni spaziali e quanti e quali siano gli sforzi per renderle più economicamente accessibili. In questo blog ne diamo testimonianza quotidianamente.
Prendiamo ad esempio gli sforzi di progettazione e realizzazione dei nuovi veicoli spaziali Americani che porteranno esseri umani in orbita Terrestre partire dai prossimi anni.
In questo senso l'azienda SpaceX sta compiendo un meraviglioso e fondamentale lavoro sulla strada della riusabilità per contenere i costi.

Nessuno di noi ha un "Millennium Falcon" per scorrazzare liberamente nella Galassia. Distinguiamo quindi tra fantasia e realtà e concentriamoci su cosa questa umanità è in grado di fare oggi con ciò che ha a disposizione.

Naturalmente portare un essere umano nello spazio è più costoso rispetto al mettere in orbita una sonda robotica. E questo è certo, lo sappiamo bene. Una missione umana deve avere molte caratteristiche che semplicemente non hanno senso per un veicolo automatico.
Ecco quindi che per mantenere in buona salute un essere umano nello spazio, occorre portare in orbita insieme a lui anche tutta una serie di strumenti, sistemi e dispositivi che realizzano come minimo ciò che si intende con il termine 'sistema di supporto vitale'. E le nostre necessità sono parecchie, sia come mammiferi che come esseri umani. Aria da respirare, controllo della temperatura, pressione, cibo, bisogni "fisiologici", e non solo.

Viene da pensare alla Stazione Spaziale Internazionale, abitata ininterrottamente dall'anno 2000. E' il laboratorio perfetto per testare le nuove tecnologie spaziali per permettere all'uomo di esplorare il cosmo.

Una missione dello Space Shuttle costava circa 600 milioni di dollari USA e raggiungeva solamente l'orbita Terrestre per al più un paio di settimane.

Vista così, una missione composta solamente da un robot è molto più semplice nelle sue componenti. Non vi è alcun bisogno di portare cibo, né di avere servizi igienici a bordo e nemmeno aria da respirare. Pensate a Mangalyaan, la prima missione Indiana attualmente in viaggio per Marte. E' costata "appena" 65 milioni di dollari.

Però attenzione. Se a Curiosity improvvisamente si bloccasse una ruota, la sua missione ne risulterebbe fortemente compromessa. Se si bloccassero i motori del suo unico braccio meccanico, addio al trapano per estrarre materiale dal sottosuolo di Marte. E se scivolasse in un burrone?

Lasciamo perdere il fatto che MSL abbia già centrato in pieno gli obiettivi di missione. Per quello stesso livello di tecnologia spaziale che abbiamo raggiunto noi oggi, anche una missione automatica deve fare i conti con il budget.
Per allungargli la vita e prevedere un certo numero di possibili incidenti, una missione automatica viene normalmente progettata con alcune ridondanze. L'opzione più utilizzata è quella di raddoppiare i componenti che fanno parte di una sonda, se non tutti almeno quelli più delicati ed importanti.
Lo abbiamo visto spesso, il sistema A ed il sistema B. Quando A smette di funzionare ecco che entra in funzione B.

Ma ogni ridondanza in più costa, e poi consuma massa utile e volume utile. Ed anche qui spesso si raggiungono dei compromessi. Curiosity non ha ruote di scorta. Se le avesse dovrebbe avere anche un sistema per sostituirle a quelle danneggiate, altrimenti il solo averle non rappresenterebbe un valore aggiunto. E questo implica maggiore complessità di hardware, di software e dell'intero veicolo spaziale, lanciatore incluso. E quindi un incremento dei costi, che comunque tendenzialmente resterebbero sempre inferiori a quelli di una equivalente missione umana.

Prendiamo come possibile scenario una missione su Marte. Dal punto di vista strettamente economico l'ago della bilancia sembrerebbe quindi pendere a favore di missioni robotizzate, un po' come il rover Curiosity (MSL, Mars Science Laboratory).

Ma la successiva domanda è: quali sono gli obiettivi della missione? Esplorazione, certo, ma cosa vuol dire in concreto? Una missione umana ed una missione robotica sarebbero equivalenti? Interscambiabili?

Se così fosse direi che il problema non si porrebbe, i robot sarebbero da preferire.
Ma la realtà non è questa. Non esiste ancora un robot come C3PO, non nella realtà almeno. I grandi passi in avanti compiuti dal settore dell'Intelligenza Artificiale applicata ai robot evoluti, l'apprendimento automatico, la percezione sensoriale artificiale non sono ancora tali da riprodurre la complessità ed autonomia di un essere umano.

Si potrebbe obiettare che con i costi di una missione umana si potrebbero mandare su Marte svariate missioni automatiche, ciascuna tarata su specifici obiettivi, ciascuna dotata di particolari strumenti. Alla fine di tutto in quale scenario si otterrebbero maggiori risultati?

E' fuori di dubbio che vi siano cose che gli esseri umani riescono a fare meglio delle macchine, così come è vero che ci sono compiti per i quali un dispositivo automatico è migliore, più preciso, più performante e più economico rispetto ad una controparte umana.
Non dimentichiamoci che lo spazio è un ambiente ostile, pericoloso e sopratutto sconosciuto. Non è possibile prevedere quanti e quali inconvenienti saranno in agguato. Inoltre lo spazio è anche lontano, parecchio. Una missione di esplorazione su Europa deve essere il più possibile autosufficiente, non può contare sul supporto del centro missione, non in tempo reale almeno, e certamente non per farsi mandare pezzi di ricambio.

Insomma, io credo che sia assolutamente necessario avere a bordo di una navetta spaziale pronta sulla rampa di lancio il migliore strumento possibile, quello dotato della migliore capacità di adattamento, di inventiva, di elaborazione di nuove strategie in risposta anche ad eventi imprevisti. Sto parlando della plasticità del cervello umano, ad oggi unica in tutto l'universo conosciuto.

Ed è altrettanto importante poter contare sulle macchine più potenti e sofisticate, sui robot più evoluti. Un cervello umano che possa controllare i più potenti strumenti artificiali rappresenta senza dubbio la migliore possibilità di successo.

Lo scenario a mio avviso migliore, il più efficiente, il più promettente è quindi un programma spaziale che preveda di sfruttare entrambe le due possibilità, uomini e robot insieme, traendo il meglio da ciascuna di esse. Una serie di missioni automatiche per preparare meglio una missione "manned", quest'ultima composta appunto da esseri umani e dotata dei migliori dispositivi robotici che siano di aiuto e supporto. I migliori strumenti scientifici, per raccogliere il maggior numero possibile di dati, le migliori attrezzature per fare sempre di più.

Concludo questo breve insieme sparso di spunti di riflessione e lascio il posto ai vostri commenti con un'ultima considerazione. Ricordo cioè che tutto quanto detto finora ricade in un contesto assolutamente tecnologico. Per completare il quadro è necessario aggiungere all'equazione anche la componente politica, che ne costituisce una variabile molto importante.

Accordi internazionali, spinte politiche, strategie nazionali. Teniamo sempre presente che le agenzie spaziali che conosciamo, quelle cioè che possono mettere in piedi un grande programma di esplorazione spaziale, sono istituzioni governative, pubbliche e come tali sottoposte per definizione al ministero/organismo politico competente. Almeno fino ad oggi, almeno fino a quando il nuovo business privato dello spazio non giungerà a maturazione.

9 commenti:

  1. Bell'articolo, sergio.
    Io sono convinto che l'esplorazione spaziale sarà robotica, quasi esclusivamente.
    I robot di adesso si evolveranno, basta vedere il gap tra PathFinder del 1997 al curiosity del 2012. 15 anni, un abisso.

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  2. io sono convinto che ci vuole anche l'uomo in quanto è la vera forza pensante che può muovere tutte le macchine siano esse meccaniche che elettroniche



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  3. Il vero punto della discussione è trattato alla fine:

    finche ci saranno di mezzo politiche nazionali e internazionali e interessi pubblici e principalmente privati, società, azionisti, politici, lobby non andremo da nessuna parte, se non per far dire all'america o alla cina o alla russia di turno "il primo uomo su marte è americano/cinese/russo, osannateci".

    Come dice Sergio un possibile sbocco è l'attesa di maturazione del settore spaziale privato.

    Ritengo piu plausibile il raggiungimento di tali obiettivi tramite un magnate visionario che "un'azienda" come la nasa.

    Il nostro limite è questo.

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  4. Uno tra i più ricchi uomini del pianeta è "curiosamente" impegnato in una Onlus dagli obbiettivi umanitari. Bill Gates,in bene o male lasciamo perdere, ha le risorse per andarsene anche da solo su marte. Ma stranamente, forse non la so tutta, non pare intenzionato in questo business. Peccato. Europa "Report" la potrebbe imbastire lui da solo.

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  5. Col cuore vorrei anch'io che l'uomo esplorasse in prima persona il sistema solare ma se mi soffermo a fare un bilancio di quasi 60 anni di astronautica cosa vedo?
    Vedo che la maggior parte dei fondi (forse il 60-80% credo) sono stati spesi per il volo umano (con diversi morti) e siamo arrivati "solo" alla Luna con pochi "toccata e fuga" 40 anni fa e non siamo stati più in grado di tornarci e non abbiamo nessuna idea di quando ci torneremo. Abbiamo una stazione spaziale utilissima per fare ricerca, soprattutto per il volo umano, che probabilmente tra poco (2020?) chiuderà, visti i contrasti USA-Russia.
    Nel frattempo con gli “spiccioli” e i robot siamo usciti dal sistema solare (Voyager e Pioneer), abbiamo visitato tutti i pianeti tranne Plutone (manca poco), atterrato su asteroidi e tra poco comete,
    scorazzato per le sabbie di Marte, atterrati sul letto di un “fiume” di Titano, immersi nelle atmosfere di Venere e Giove, cartografato Venere , Marte, Mercurio, scoperto gli oceani sotterranei di Europa e Encelado, visto le immani eruzioni vulcaniche di Io, catturato polveri cometarie, particelle di vento solari grani di sabbia da un asteroide e riportati a Terra.
    E qui mi fermo prima di dire “Ho visto astronavi in fiamme sui bastioni di Orione” (cit. da Blade Runner, parole pronunciate dal replicante Rutger Hauer).
    E’ ora che usciamo da quelle visioni che ci ha regalato la fantascienza. Nei film ci sono gli astronauti umani perché se no la storia non se la fila nessuno. Ma sono solo film o cartoni animati dove le radiazioni non si vedono.

    Sergio citava l’esplorazione di Europa: meglio uomini o robot? In realtà gli USA hanno cancellato una missione prevista per un orbiter su Europa perché la schermatura contro le radiazioni costava un fottio in termini di soldi e di peso (sto parlando di un robot). L’ESA ha deciso che nel 2021 lancerà un orbiter su Ganimede perché il satellite è più lontano da Giove e dalle radiazioni del suo campo magnetico. Europa è un ambiente arduo anche per i robot che devono essere pesantemente schermati.

    Alcune compagnie americane, la Planetary Resours e la Deep Space, hanno un programma a medio lungo termine per l’esplorazione e sfruttamento degli asteroidi che si basa su mini sonde da qualche decina di chili per individuare, raggiungere e esplorare asteroidi NEO e in futuro sfruttarli. Una impresa del genere non sarà mai fattibile economicamente utilizzando umani. Una miniera su un asteroide potrà funzionare solo con robot che lavorano sempre, funzionano a energia solare, non gli servono rifornimenti (a parte i pezzi di ricambio e i materiali per l’estrazione), non abbisognano di cabine e spazi ricreativi, resistono alle radiazioni e sono sacrificabili. E non stò parlando di fantascienza: il primo satellite prototipo della Planetary Resurs verrà lanciato il 18 Settembre prossimo sulla capsula Dragon diretta alla ISS da cui poi verrà lanciato.
    Sono d’accordo con Sergio che si deve andare verso un’integrazione uomo-macchina ma bisogna anche uscire da sta visione fantascienza anni ’50.
    I robot sono frutto dell’intelligenza umana e l’umanità si è distinta sulla Terra dagli altri esseri viventi per la sua intelligenza e non per il fisico possente, veloce e resistente (su quello anche un microbo ci batte). Quindi forse è meglio proiettare nel cosmo la nostra intelligenza più che le nostre membra.

    Ramiro

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    1. Clap clap ramiro
      Bellissimo
      Io però non sono così negativista circa la frenata verso lo spazio, anzi negli ultimi periodi percepisco a sensazione un'accelerata. Posto e premesso che l'esplorazione spaziale é molto più complicata di come uno la potrebbe tratteggiare, e che noi piccoli uomini non possediamo ancora le tecnologie per proteggerci dalle radiazioni cosmiche / flare solari, né una propulsione adeguata per allontanarci nello "spazio profondo" così chiamiamo quelle missioni solo poco oltre la luna... l'ingresso del settore privato nella "conquista dello spazio" a mio avviso sta reinnescando il settore, unitamente alla risorgente competizione usa-urss e magari cina-europa (!). Io un razzo come il falcon9 ad atterraggio verticale lo avevo visto solo nei vecchi film anni 60. E tutto sommato, non abbiamo una stazione spaziale a forma di ruota e degli astronauti su marte, ma abbiamo nuove tecnologie che ci permettono addirittura di vedere attraverso gli occhi di curiosity stando comodamente sdraiati su un divano. Questo negli anni '60 lo avresti mai immaginato?

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  6. Negli anni '60 immaginavano nel 2001 astronavi in viaggio verso Giove guidate da intelligenze artificiali con astronauti in ibernazione.
    Non sono comunque negativista. Siamo all'alba dell'accesso dell'industria privata nell'orbita bassa ma questo è veleggiare sopra la nostra atmosfera ben protetti dal caldo e materno campo magnetico della madre Terra. Lo spazio esterno è ben altro. Senza una propulsione adeguata che riduca drasticamente i tempi di viaggio e quindi l'esposizione alle radiazioni e all'assenza di gravità, il corpo umano e la sua vulnerabilità rimangono un severo limite all'avventura umana interplanetaria.
    Un rilancio dell'esplorazione robotica del sistema solare con tecnologie miniaturizzate e nuovi e inediti approcci robotici (sciami di minirobot, nuovi sensori miniaturizzati, minipropulsori al plasma, vele solari, ecc....) e a basso costo accompagnate da missioni più complesse della classe Cassini per intenderci potrebbero in poche decine d'anni fornirci le chiavi del sistema solare al costo di una frazione del budget necessario a una missione umana su Marte.

    Ramiro

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  7. Un caloroso ‘clap clap’ lo faccio io, e sinceramente, a tutti voi!
    Ora provo a dire la mia.

    Giorni fa, appena letto questo articolo di Sergio, volevo scrivere qualcosa come:
    molto bello Sergio, hai scritto molto bene, (quanto ci hai messo a realizzarlo?) è fluente, piacevole logico e condivisibile, sono impressionato, ma hai praticamente già detto tutto tu, cos’altro possiamo aggiungere noi di interessante? Poco o niente, credo.
    Mi sbagliavo.

    Evito di rispondere direttamente alla domanda del titolo perché condivido quasi tutto quello che avete già detto ed avete ragione un po’ tutti, ma comunque la percepiate personalmente, la situazione e la dinamica degli eventi nel vicino presente, negativa o positiva, lenta o veloce, secondo me va sempre inquadrata tenendo presente che una cosa tira l’altra, forse dico un ovvietà, ma va ricordata quando si diventa impazienti e quando sembra che nulla o troppo poco si stia facendo in un arco temporale di decenni.

    Possiamo essere pessimisti per alcuni motivi: per i lunghi tempi di attesa, i fortissimi costi ed i limitati badget a disposizione, per la limitante delicatezza biologica dell’essere umano che ci appare un serio ostacolo pratico - e lo è davvero - per realizzare ciò che le nostre, forse un po’ ingenue speranze, vorrebbero vedere attuate.
    Certamente, tutti noi abbiamo ragione se pensiamo a questo.

    Ma questo tipo di evoluzione, questa espansione non è un affare da poco, voglio dire, non è come progettare l’evoluzione di un dispositivo, per complesso che sia, fine a se stesso, e non si svolge durante un periodo storico statico o poco mutevole.
    Paradossalmente, uno specifico passo evolutivo realizzato in un laboratorio, circoscritto ad uno specifico settore tecnologico, può coinvolgere all’esterno un ampio spettro di tecnologie o modalità operative.
    Passi tecnologici importanti ce ne sono, molto interessanti, quasi dappertutto e frequentemente.

    Però un passo evolutivo può far avanzare tecnologicamente da una parte, ma allo stesso tempo trattenere dal proseguire, temporaneamente o definitivamente, perché magari rende d’improvviso obsoleto, o migliorabile, o meno utile, un programma iniziato precedentemente, anni prima, o decenni prima.
    Crea complessi conflitti logici ed esistenziali a tanti.
    Ce lo possiamo immaginare quante volte sia già successo nella storia recente, stia succedendo e succederà ancora, mentre la storia cambia, per altri motivi, all’esterno dei centri di ricerca?

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  8. Claudio e Ramiro, Yess!!

    Ma poi che mi dite dei grandi telescopi spaziali che guardano oggi i pianeti di altri sistemi stellari? Quella non é forse considerata esplorazione dello spazio profondo? In pochissimi anni siamo passati da una concezione di telescopio ottico di tipo galileiano (vedi hubble) a realizzare che é meglio osservare gli infrarossi, gli spettri stellari, i raggi gamma, le alte energie... ancora stiamo imparando a decifrare la grande mole di dati conseguente. E che dire dell'interferometria che ci permette di collegare più radiotelescopi distanti tra loro in modo da accrescerne la risoluzione d'arco? Si, ci stiamo perdendo il futuro spettacolare cinematografico dei viaggi tipo star trek, ma non ci dobbiamo far distrarre dall'osservare il futuro vero che ci sta scorrendo attorno, molto più matematico e fisico, ma vabbé... c'é...

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