SpaceX: una rivoluzione nella manifattura spaziale?

Lo scorso 30 maggio 2020 gli appassionati sono rimasti incollati ai propri schermi per assistere in diretta streaming alla Missione SpaceX Demo 2, ovvero la missione con equipaggio della capsula Crew Dragon di SpaceX. Perchè tanto interesse? Non è stata certo la prima missione spaziale con uomini a bordo verso la Stazione Spaziale Internazionale, né sarà l’ultima.

SpaceX promette di rivoluzionare il business del settore spaziale sotto vari aspetti, molti dei quali sono già stati illustrati in diversi articoli sul tema. Non molto pubblicizzato invece è l’impatto che questa azienda privata avrà nel campo manifatturiero del settore spaziale.

SpaceX utilizza diverse tecnologie migliorative rispetto alle precedenti missioni. Ad esempio, dalle immagini interne della Capsula Crew Dragon la prima cosa che colpisce è l’interfaccia uomo-macchina rispetto al cockpit delle capsule Apollo e dello Space Shuttle: semplici touch screen sostituiscono interfacce più complicate basate su leve e pulsanti.

Ciononostante, la vera rivoluzione che Musk e il suo team sta attuando riguarda il costo di accesso allo spazio. Nella seguente figura viene indicato il costo per chilo del Falcon 9 paragonato ai lanciatori precedenti:

Come si vede facilmente dall’immagine, se per lo Space Shuttle erano necessari quasi 20 K$/kg con un costo per volo di 450 M$, per Falcon 9 il costo si abbassa a quasi 2 K$/kg (-90%) con un costo complessivo per volo di 44 M$ (-90%), a parità sostanziale di carico utile. Uno dei motivi principali di questa riduzione costi riguarda la riusabilità del lanciatore: mentre prima i lanciatori erano sostanzialmente a perdere, il Falcon 9 è in grado di ristabilire il proprio assetto e di atterrare nuovamente in posizione verticale, senza necessità di alcun ammaraggio e successivo recupero. Dal punto di vista del controllo d’assetto tale operazione risulta estremamente complicata e per questo è stata preceduta da diversi tentativi e fallimenti, alcuni dei quali sono visualizzabili in un video autoironico pubblicato proprio da SpaceX:

Come abbiamo detto, le barriere d’ingresso allo spazio sono storicamente molto alte in quanto la tecnologia e il capitale necessario non sono ovviamente alla portata di tutti. Nel grafico seguente vengono riportati il numero di lanci per anno a partire dal 1957 (Sputnik I). Mediamente, ad ogni lancio corrisponde un satellite o sonda, per cui possiamo affermare che nel picco di maggiore attività spaziale si siano prodotti poco meno di 150 satelliti ogni anno.

Ma diversamente agli anni 60 e 70 in cui si è assistito alla corsa allo spazio tra le 2 superpotenze USA-URSS nel contesto della Guerra Fredda, negli ultimi anni la costruzione di satelliti si è resa necessaria sia per attività di monitoraggio del pianeta (remote sensing), sia per l’implementazione di sistemi di telecomunicazione satellitari e di geolocalizzazione, ad esempio.

In un articolo apparso su MIT Technology Review nel Giugno 2019 si contavano circa 2000 satelliti orbitanti. Dal 2025 si prevede invece il lancio di circa 1100 satelliti ogni anno, a causa di un utilizzo sempre maggiore di costellazioni di satelliti, le quali offrono numerosi vantaggi sotto molti punti di vista, sia in termini di performance che di costo e scalabilità.

Ma cosa sono le costellazioni di satelliti? Si tratta di una rete costituita da piccoli satelliti posti in orbita a distanze predefinite ed in grado di comunicare interagire tra di loro.

Potremmo definire questa nuova tecnologia (che però così nuova non è) utilizzando un termine molto in voga ora, ovvero Internet – Spaziale – delle Cose (S-IoT). L’Internet delle Cose è l’insieme dei dispositivi di natura diversa, dotati di connettività ed in grado di interagire e scambiare informazioni in maniera estremamente rapida. Quando si ha a che fare con dispositivi industriali si parla invece di Internet Industriale delle Cose (o IIoT). Come si vede, cambiano gli scenari, ma la direzione che la tecnologia sta prendendo è molto simile: dispositivi piccoli e a basso costo in grado di comunicare in maniera rapida per riconfigurarsi in maniera autonoma a seconda delle esigenze richieste.

SpaceX sta lavorando al progetto Starlink che mira a creare un Internet satellitare globale a basso costo e ad alta velocità in grado di coprire anche le comunità di difficile accesso. I satelliti saranno schierati su tre diverse altitudini all’interno di un’orbita terrestre bassa (LEO). I satelliti peseranno circa 200 chilogrammi ciascuno ed è previsto il lancio a lotti di 60. Ogni lotto è in grado di offrire fino a 1 terabit al secondo di larghezza di banda, abbastanza per trasmettere video 4K a circa 40.000 persone contemporaneamente. In totale si pianifica il lancio di 12000 satelliti da qui al 2027.

Non è difficile pensare che con un costo di accesso allo spazio così basso anche altre aziende a livello globale si stiano attrezzando per sfruttare questa opportunità a proprio vantaggio, andando di conseguenza ad aumentare la produzione annua di satelliti.

All’inizio del XX secolo Henry Ford rivoluzionò per sempre il modo di produrre automobili. Ford infatti rese accessibile l’acquisto delle automobili anche alle classi meno abbienti applicando i principi del taylorismo alla catena di montaggio, sfruttando l’economia di scala e creando un sistema produttivo efficiente.

Allo stesso modo è lecito affermare che Elon Musk stia attuando una trasformazione simile nel campo spaziale. Come abbiamo visto, il Falcon 9 riduce del 90% il costo di accesso allo spazio rispetto allo Space Shuttle a parità di carico utile. Inoltre la crescita esponenziale delle costellazioni di satelliti sempre più piccoli, economici ed intercambiabili costringerà i produttori ad adattare il proprio sistema produttivo. Come abbiamo visto nel grafico precedente, ad oggi il lancio di satelliti si aggira intorno al centinaio per anno. Tale numero non giustifica l’implementazione di un sistema produttivo complesso: infatti il sistema produttivo in questo caso è molto più simile alla personalizzazione a bassi volumi tipica della prima rivoluzione industriale.

Ma con le costellazioni di satelliti lo scenario cambia: i tempi di sviluppo si ridurranno così come il costo per satelliti a causa della maggiore competitività richiesta, mentre una maggiore standardizzazione sarà necessaria a pari (se non maggiore) livello di qualità. Cose già viste nel settore automotive ormai più di un secolo fa.

E anche in questo caso c’è da scommetterci che Elon Musk, grazie alle competenze acquisite con Tesla, la farà da padrone. Musk venne molto criticato per il massiccio uso di automazione nella catena di montaggio di Tesla Serie S, salvo poi avere ragione.

Non c’è dubbio che il 30 Maggio 2020 verrà ricordato come l’inizio di una nuova era nel campo dei volo spaziale, ed è molto probabile che SpaceX avrà un ruolo fondamentale in questo senso. Missioni più economiche che prevedono il lancio di costellazioni satellitari impatteranno pesantemente sul modo di fare business nello spazio. Le aziende manifatturiere del settore dovranno rivedere i loro sistemi produttivi, mentre sempre più aziende intravvederanno la possibilità di fare impresa in questa nicchia. Se gli anni 60 segnarono la corsa verso la Luna delle 2 principali superpotenze spaziali (statunitense e russa), la corsa allo spazio a cui assisteremo nei prossimi anni sarà segnata da una maggiore accessibilità e quindi da un maggiore intervento privato. Occorrerà quindi che gli attuali sistemi produttivi tipici del settore vengano ripensati per far fronte ad una maggiore competitività, riducendo quindi tempi e costi e aumentando al tempo stesso la qualità.

Una serie di sfide interessanti ci attendono.   

A presto.