L’hardware obsoleto della NASA rivela un problema più grande

Il 9 febbraio, l’Osservatorio a raggi X Chandra della NASA ha subito inaspettatamente un problema tecnico alla sua fotocamera ad alta risoluzione che ha mandato in tilt gli ingegneri della NASA. Il telescopio spaziale in orbita è rimasto fuori servizio fino al 20 febbraio e, anche se gli altri suoi strumenti sono tornati in linea, l’HRC è rimasto fermo.

Per quegli 11 giorni, gli astronomi di tutto il mondo hanno dovuto contemplare un problema esistenziale. In orbita sopra la Terra, Chandra è lo strumento più potente in grado di vedere i raggi X ad alta potenza, che sono bloccati dall’atmosfera terrestre. Gli oggetti e gli eventi ad alta energia nell’universo spesso si rivelano solo nei raggi X, inclusi i buchi neri, le supernove e le regioni centrali delle galassie, alimentate da alcuni degli oggetti più massicci dell’universo. Senza il telescopio, gli astronomi perderebbero l’accesso a immagini di alta qualità dello spettro elettromagnetico e, con esso, a dati cruciali sull’universo.

“Chandra è unico”, dice Paul Hertz, direttore dell’astrofisica alla NASA Inverso. “Chandra è l’unico osservatorio a raggi X in grado di scattare foto così nitide”.

L’altro strumento principale di Chandra, l’Advanced CCD Imaging Spectrometer (ACIS), funziona ancora bene. Ma il problema tecnico evidenzia i rischi di perdere per sempre l’osservatorio orbitante se dovesse accadere qualcosa di più grave. Sebbene la NASA abbia recentemente lanciato la missione Imaging X-ray Polarimetry Explorer per esplorare lunghezze d’onda simili, non ha la nitidezza nitida per rivaleggiare con Chandra. Ed è un problema che deve affrontare anche altri pezzi chiave dell’equipaggiamento della NASA, alcuni dei quali stanno finendo da tempo le loro missioni iniziali.

Nel 2019, un componente del sistema di ricarica della batteria a bordo della Stazione Spaziale Internazionale si è guastato inaspettatamente, confondendo i piani della NASA per sostituire le batterie stesse. Mentre gli astronauti a bordo della stazione sono stati in grado di sostituire l’equipaggiamento rotto, più preoccupanti sono i recenti avvertimenti dell’agenzia spaziale russa Roscosmos che l’80 percento dei sistemi di volo nel segmento russo ha superato la data di scadenza, poiché il BBC rapporti.

Man mano che la flotta di hardware di osservazione dell’agenzia invecchia progressivamente, la minaccia di guasti catastrofici diventa sempre più pressante. Con le tempistiche e i budget per i telescopi di prossima generazione in continua espansione, la sostituzione di molti telescopi chiave potrebbe richiedere anni. Si è tentati di chiedersi fino a che punto la corsa della NASA di veicoli spaziali straordinariamente durevoli sia dovuta alla fortuna e cosa potrebbe accadere se la fortuna si esaurisse.

In questa immagine simulata, il Mars Reconnaissance Orbiter sorvola Marte. L’orbiter è l’unico hub di comunicazione tra le missioni di terra sul Pianeta Rosso e la Deep Space Network della NASA. Nasa

Perché ci sono così tanti vecchi veicoli spaziali?

Il problema tecnico più recente a Chandra non è stato un evento senza precedenti. Lo strumento HRC del telescopio è andato offline per mesi nel 2020 a causa di un diverso problema tecnico e anche un problema con il giroscopio nel 2018 ha messo brevemente fuori uso Chandra. I problemi ricorrenti sono preoccupanti, ma forse comprensibili. Chandra, lanciato nel 1999, avrebbe dovuto funzionare solo per cinque anni. Ma dopo più di due decenni, l’osservatorio orbitale sta ancora scalciando.

La sorprendente longevità è un tema comune tra l’hardware della NASA. Il più famoso, ovviamente, è il venerabile telescopio spaziale Hubble, lanciato nel 1990 e che continua a funzionare oltre 30 anni dopo. Allo stesso modo, lo Spitzer Space Telescope, lanciato nel 2003 e previsto per funzionare per meno di tre anni, ha allungato la sua durata di vita a quasi due decenni, fino alla sua chiusura nel 2020. E la NASA ha recentemente esteso la durata delle sue missioni Juno e InSight, che stanno studiando rispettivamente Giove e Marte.

La durabilità dei veicoli spaziali è una testimonianza delle rigorose specifiche degli ingegneri della NASA, e spesso è stata una manna per l’agenzia spaziale, per non parlare degli scienziati affamati di più dati sull’universo. È anche una scelta logica per la NASA e altre agenzie spaziali, afferma Casey Dreier, consulente senior per le politiche spaziali presso l’organizzazione no-profit The Planetary Society.

“Queste sono missioni una tantum su misura, splendidamente progettate, che sono così rare che vorresti sfruttarle per ogni goccia di dati che puoi ricavarne”, afferma Dreier. Inverso.

La NASA adotta una mentalità all’incirca in due parti quando progetta missioni spaziali, afferma Hertz. Gli osservatori orbitali come il JWST o Chandra sono progettati con un’altissima probabilità di raggiungere i loro obiettivi iniziali, quella che viene spesso chiamata la “missione principale”. Dopo quel periodo, che in genere dura solo pochi anni, la maggior parte dei veicoli spaziali funziona ancora bene e l’agenzia di solito sceglie di continuare a gestirli per raccogliere tutti i dati aggiuntivi possibile.

Ma portare avanti le missioni costa milioni di dollari all’anno. Questa è solo una frazione del costo di costruzione di un’astronave, ma può aumentare se estesa a più missioni, afferma Dreier.

“È questa tensione tra l’ottimizzazione dell’hardware che hai senza dover impoverire te stesso come organizzazione per costruire nuovo hardware”, afferma.

Mantenere in esecuzione le vecchie missioni potrebbe ostacolare la nostra capacità di costruirne di nuove, in altre parole. E il finanziamento di nuove missioni potrebbe ostacolare la nostra capacità di mantenere in funzione quelle vecchie.

Sullo sfondo di quell’eterno compromesso, vale la pena tenere a mente l’ovvietà di lunga data nella scienza: è più facile ottenere finanziamenti per cose nuove e luccicanti che ottenere denaro per riparare quelle vecchie, afferma Patrick McCray, uno storico della scienza presso l’Università della California, Santa Barbera.

Fino a che punto ciò si applichi alla navicella spaziale della NASA non è chiaro. Ma è probabile che gran parte del budget della NASA nei prossimi anni andrà verso il programma Artemis per riportare gli esseri umani sulla Luna, una missione molto più sexy rispetto alla riparazione di vecchi telescopi spaziali. Un recente rapporto dell’Office of Inspector General dell’agenzia ha stimato che i costi di Artemis ammonteranno a 93 miliardi di dollari entro il 2025. Il budget della NASA per il 2022 è di 24,8 miliardi di dollari. Resta da vedere come queste priorità influenzeranno altre missioni future.

La vista da una Soyuz della Stazione Spaziale Internazionale. La vecchia stazione è stata un nesso di problemi hardware e litigi geopolitici. ALEXANDER NEMENOV / AFP / Getty Images

Tenere le luci accese

Hertz sottolinea che la NASA ha scelto di mantenere la maggior parte delle sue missioni spaziali oltre le missioni principali, spendendo soldi per il personale e servendo telescopi anche più vecchi. E i costi per mantenere in esecuzione le vecchie missioni sono minimi, dice.

“Il costo di gestione di una missione è molto inferiore al costo di costruzione di una missione. Se avessimo disattivato tutte le nostre missioni, potremmo costruire solo una missione in più “, afferma Hertz. “Scambiare la scienza di decine di missioni per la scienza di una missione non è una tensione, è un gioco da ragazzi”.

La manutenzione di Hubble, ad esempio, costa circa 90 milioni di dollari all’anno, sebbene le sue cinque missioni di manutenzione costino centinaia di milioni ciascuna. Ma rispetto ai circa 16 miliardi di dollari di costi per lo spazio del telescopio nel tempo, tale importo è esiguo. Le missioni più piccole, come la navicella spaziale Voyager ancora funzionante, potrebbero costare decine di milioni di dollari all’anno o meno, pur continuando a restituire dati preziosi.

Hertz afferma che la NASA si rende conto che la maggior parte delle missioni raggiungerà un punto in cui smetterà di funzionare e soccomberà a un problema meccanico o software o un altro.

“È come le lampadine di casa tua”, dice. “Un giorno si esauriranno e tu non sai quando sarà.”

Tuttavia, è molto più facile sostituire una lampadina che un telescopio spaziale. E prolungare la vita dei veicoli spaziali non fa che aumentare le possibilità che possano rompersi irreparabilmente, cosa che diventa più preoccupante poiché i nuovi telescopi impiegano sempre più tempo per essere costruiti. Ciò è particolarmente vero per i telescopi spaziali di punta della NASA, come Hubble e il telescopio spaziale James Webb, lanciato di recente. Ogni telescopio ha obiettivi e capacità diversi, il che significa che non sono sostituti diretti l’uno dell’altro. Ma Hubble era caduto prima del lancio di JWST, avrebbe lasciato gli astronomi senza alcune capacità chiave.

In effetti, il JWST doveva essere lanciato anni prima, ma ha subito ritardi e superamenti dei costi che hanno ritardato il suo lancio di oltre un decennio, lasciando Hubble al lavoro. E il prossimo grande telescopio a infrarossi dopo il JWST è lontano anni.

“Se è successo qualcosa a Webb ora, non c’è modo di sostituirlo con qualcosa a terra o nello spazio, perché letteralmente nient’altro è progettato per rispondere a queste domande”, afferma Dreier.

Altri esempi includono il Mars Reconnaissance Orbiter, lanciato nel 2005, e che aiuta a trasmettere alla Terra le trasmissioni da rover e lander sulla superficie del pianeta. Se dovesse andare giù, perderemmo un collegamento chiave nel sistema che ci collega al Pianeta Rosso, senza backup in arrivo. Non c’è nemmeno un backup per la ISS in questo momento, ed è probabile che le stazioni spaziali commerciali siano lontane anni. Senza una stazione spaziale funzionante, la NASA dovrebbe interrompere gli esperimenti orbitali in corso su come il corpo umano risponde allo spazio, la stampa 3D in microgravità e altro ancora.

L’impatto della perdita di un telescopio come Chandra non sarebbe così devastante. In molti casi, è semplicemente un dato di fatto che i telescopi alla fine muoiono. E i nuovi veicoli spaziali come il JWST dovrebbero continuare a funzionare per gli anni a venire. Ma teniamo comunque le dita incrociate.

Nota del redattore – Questa storia è stata aggiornata l’11 marzo per riflettere che Chandra non era in modalità provvisoria dopo aver subito un problema tecnico.

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