I CubeSat, i più piccoli tra i satelliti

La maggior parte dei CubeSat pesa meno di una palla da bowling e alcuni sono così piccoli da poter essere tenuti in mano. Ma l’impatto che questi strumenti stanno avendo sull’esplorazione spaziale è gigantesco. I CubeSat – satelliti miniaturizzati, agili ed economici – stanno rivoluzionando il modo in cui gli scienziati studiano il cosmo.

Un CubeSat di dimensioni standard è minuscolo, pesa circa 2 chilogrammi. Alcuni sono più grandi, magari quattro volte la dimensione standard, ma altri pesano non più di mezzo chilogrammo.

I CubeSat sono un modo più semplice e molto meno costoso per raggiungere altri mondi.

Piuttosto che trasportare molti strumenti con un’ampia gamma di scopi, questi satelliti dalle dimensioni lillipuziane si concentrano tipicamente su un unico obiettivo scientifico specifico, sia che si tratti di scoprire esopianeti o di misurare la dimensione di un asteroide. Sono accessibili in tutta la comunità spaziale, anche per piccole startup, aziende private e laboratori universitari.

Satelliti piccoli, grandi vantaggi

I vantaggi dei CubeSat rispetto ai satelliti più grandi sono significativi. I CubeSat sono più economici da sviluppare e testare. Il risparmio di tempo e denaro significa missioni più frequenti e diversificate, insieme a un minor rischio. Ciò aumenta il ritmo delle scoperte e dell’esplorazione spaziale.

I CubeSat non viaggiano con la propria forza propulsiva. Invece, si aggregano come parte del carico utile di un veicolo spaziale più grande. Inseriti in contenitori, vengono espulsi nello spazio attraverso un meccanismo a molla collegato ai loro dispensatori. Una volta nello spazio, si attivano. I CubeSat solitamente concludono le loro missioni bruciando mentre rientrano nell’atmosfera dopo il lento decadimento della loro orbita.

Ad esempio, un team di studenti della Brown University ha costruito un CubeSat in meno di 18 mesi con meno di 10.000 dollari. Il satellite, grande quanto una pagnotta di pane e sviluppato per studiare il crescente problema dei detriti spaziali, è stato lanciato da un razzo SpaceX nel maggio 2022.

Dimensioni ridotte, scopo unico

Mandare un satellite nello spazio non è certo una novità. L’Unione Sovietica ha lanciato lo Sputnik 1 in orbita terrestre nel 1957. Oggi ci sono circa 10.000 satelliti attivi in orbita, e quasi tutti sono coinvolti in comunicazioni, navigazione, difesa militare, sviluppo tecnologico o studi sulla Terra. Solo pochi – meno del 3% – stanno esplorando lo spazio.

Questo ora sta cambiando. I satelliti grandi e piccoli stanno rapidamente diventando la spina dorsale della ricerca spaziale. Questi veicoli spaziali possono ora viaggiare per lunghe distanze per studiare pianeti e stelle, luoghi in cui esplorazioni umane o atterraggi robotici sono costosi, rischiosi o semplicemente impossibili con la tecnologia attuale.

Ma il costo di costruire e lanciare satelliti tradizionali è considerevole. L’orbiter di ricognizione lunare della NASA, lanciato nel 2009, è grande quanto un minivan ed è costato circa 600 milioni di dollari. L’orbiter di ricognizione di Marte, con un’apertura alare lunga quanto un autobus scolastico, è costato più di 700 milioni di dollari. Il Solar Orbiter dell’Agenzia Spaziale Europea, una sonda di 1.800 chilogrammi progettata per studiare il Sole, è costata 1,5 miliardi di dollari. E la missione Europa Clipper – lunga quanto un campo da basket e programmata per essere lanciata nell’ottobre 2024 verso la luna Europa di Giove – costerà alla fine 5 miliardi di dollari.

Questi satelliti, relativamente grandi e incredibilmente complessi, sono vulnerabili a potenziali guasti, un evento non raro. In un batter d’occhio, anni di lavoro e centinaia di milioni di dollari potrebbero essere persi nello spazio.

Esplorare la Luna, Marte e la Via Lattea

Poiché sono così piccoli, i CubeSat possono essere rilasciati in gran numero con un unico lancio, riducendo ulteriormente i costi. Schierarli in lotti – noti come costellazioni – significa che più dispositivi possono fare osservazioni sullo stesso fenomeno.

Ad esempio, come parte della missione Artemis I nel novembre 2022, la NASA ha lanciato 10 CubeSat. Questi satelliti stanno cercando di rilevare e mappare l’acqua sulla Luna. Questi dati sono cruciali, non solo per le prossime missioni Artemis, ma anche per l’obiettivo di sostenere una presenza umana permanente sulla superficie lunare. I CubeSat sono costati 13 milioni di dollari.

I CubeSat MarCO – due di essi – hanno accompagnato il lander Insight della NASA su Marte nel 2018. Hanno servito da relay di comunicazione in tempo reale con la Terra durante l’ingresso, la discesa e l’atterraggio di Insight sulla superficie marziana. Come bonus, hanno catturato immagini del pianeta con telecamere grandangolari. Sono costati circa 20 milioni di dollari.

I CubeSat hanno anche studiato stelle vicine ed esopianeti, cioè mondi al di fuori del sistema solare. Nel 2017, il Jet Propulsion Laboratory della NASA ha schierato ASTERIA, un CubeSat che ha osservato 55 Cancri e, noto anche come Janssen, un esopianeta otto volte più grande della Terra che orbita attorno a una stella a 41 anni luce da noi. Confermando nuovamente l’esistenza di quel lontano mondo, ASTERIA è diventato lo strumento spaziale più piccolo mai impiegato per rilevare un esopianeta.

Due altre missioni spaziali CubeSat degne di nota sono in arrivo: HERA, programmata per il lancio nell’ottobre 2024, schiererà i primi CubeSat dell’Agenzia Spaziale Europea nello spazio profondo per visitare il sistema di asteroidi Didymos, che orbita tra Marte e Giove nella fascia degli asteroidi.

E il satellite M-Argo, il cui lancio è previsto per il 2025, studierà la forma, la massa e i minerali di superficie di un asteroide che sarà presto nominato. Delle dimensioni di una valigia, M-Argo sarà il CubeSat più piccolo a eseguire una missione indipendente nello spazio interplanetario.

Il rapido progresso e i notevoli investimenti già fatti nelle missioni CubeSat potrebbero aiutare a rendere l’umanità una specie multiplanetaria. Ma quel viaggio sarà lungo – e dipenderà dalla prossima generazione di scienziati per sviluppare questo sogno.