La maggior parte dei cubesat pesa meno di una palla da bowling e alcuni sono abbastanza piccoli da poterli tenere in una mano. Ma l’impatto che questi strumenti stanno avendo sull’esplorazione spaziale è enorme. I cubesat — satelliti miniaturizzati, agili ed economici — stanno rivoluzionando il modo in cui gli scienziati studiano l’universo. Un cubesat di dimensioni standard è minuscolo, circa 4 libbre (circa 2 chilogrammi). Alcuni sono più grandi, forse quattro volte le dimensioni standard, mentre altri non superano una libbra. Come professore di ingegneria elettrica e informatica che lavora con nuove tecnologie spaziali, posso dirti che i cubesat sono un modo più semplice e molto meno costoso per raggiungere altri mondi. Piuttosto che trasportare numerosi strumenti con una vasta gamma di scopi, questi satelliti di dimensioni lillipuziane si concentrano tipicamente su un singolo obiettivo scientifico — che si tratti di scoprire esopianeti o misurare le dimensioni di un asteroide. Sono accessibili per tutta la comunità spaziale, anche per piccole startup, aziende private e laboratori universitari.
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Satelliti minuscoli, grandi vantaggi
I vantaggi dei cubesat rispetto ai satelliti più grandi sono significativi. I cubesat sono più economici da sviluppare e testare. I risparmi di tempo e denaro significano missioni più frequenti e diverse, oltre a un rischio minore. Questo aumenta il ritmo della scoperta e dell’esplorazione spaziale.
I cubesat non viaggiano con la propria potenza. Invece, si aggregano; diventano parte del carico di un veicolo spaziale più grande. Impegnati in contenitori, vengono espulsi nello spazio tramite un meccanismo a molla collegato ai loro dispenser. Una volta nello spazio, si accendono. Normalmente, i cubesat concludono le loro missioni bruciando mentre entrano nell’atmosfera dopo che le loro orbite decrescono lentamente.
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Un esempio: Un gruppo di studenti dell’Università di Brown ha costruito un cubesat in meno di 18 mesi per meno di 10.000 dollari. Il satellite, delle dimensioni di un pane e sviluppato per studiare il crescente problema dei detriti spaziali, è stato lanciato da un razzo SpaceX nel maggio 2022.

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Dimensioni ridotte, unico scopo
Inviare un satellite nello spazio non è affatto una novità, ovviamente. L’Unione Sovietica lanciò il Sputnik 1 in orbita terrestre nel 1957. Oggi, ci sono circa 10.000 satelliti attivi là fuori, e quasi tutti sono coinvolti nelle comunicazioni, navigazione, difesa militare, sviluppo tecnologico o studi sulla Terra. Solo alcuni — meno del 3% — esplorano lo spazio.
Ora questa situazione sta cambiando. Satelliti grandi e piccoli stanno rapidamente diventando la spina dorsale della ricerca spaziale. Questi veicoli spaziali possono ora percorrere lunghe distanze per studiare pianeti e stelle, luoghi dove le esplorazioni umane o gli atterraggi di robot sono costosi, rischiosi o semplicemente impossibili con la tecnologia attuale. Tuttavia, il costo di costruzione e lancio dei satelliti tradizionali è considerevole. L’orbiter di ricognizione lunare della NASA, lanciato nel 2009, è grosso quanto una monovolume e ha costato quasi 600 milioni di dollari. L’orbiter di riconoscimento marziano, con un’apertura alare lunga quanto un autobus scolastico, è costato più di 700 milioni di dollari. L’orbiter solare dell’Agenzia Spaziale Europea, una sonda di 4.000 libbre (1.800 chilogrammi) progettata per studiare il Sole, ha costato 1,5 miliardi di dollari. E il Clipper Europa — lungo come un campo da basket e previsto per essere lanciato nell’ottobre del 2024 verso la luna di Giove Europa — costerà infine 5 miliardi di dollari.
Questi satelliti, relativamente grandi e straordinariamente 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 andare persi nello spazio.
Gli scienziati della NASA preparano il veicolo spaziale ASTERIA per il lancio di aprile 2017. (Credito immagine: NASA/JPL-Caltech)
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. Rilasciarli in gruppi – noti come costellazioni — significa che più dispositivi possono effettuare osservazioni dello stesso fenomeno.
Ad esempio, come parte della missione Artemis 1 nel novembre 2022, la NASA ha lanciato 10 cubesat. I satelliti stanno cercando di rilevare e mappare l’acqua sulla luna. Questi risultati sono cruciali, non solo per le imminenti missioni Artemis, ma per la ricerca di mantenere una presenza umana permanente sulla superficie lunare. I cubesat sono costati 13 milioni di dollari.
I cubesat MarCO — due di loro — hanno accompagnato il lander Insight della NASA su Marte nel 2018. Hanno servito come un relè di comunicazione in tempo reale per la Terra durante l’ingresso, la discesa e l’atterraggio di Insight sulla superficie marziana. Come bonus, hanno catturato immagini del pianeta con fotocamere grandangolari. Sono costati circa 20 milioni di dollari.
I cubesat hanno anche studiato stelle vicine ed esopianeti, che sono mondi al di fuori del sistema solare. Nel 2017, il Jet Propulsion Laboratory della NASA ha lanciato 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 di distanza da noi. Nel riconfermare l’esistenza di quel mondo lontano, ASTERIA è diventato il più piccolo strumento spaziale mai utilizzato per rilevare un esopianeta.
Due ulteriori missioni spaziali di cubesat notevoli sono in arrivo: HERA, prevista per il lancio nell’ottobre 2024, lancerà i primi cubesat della European Space Agency per visitare il sistema asteroidale Didymos, che orbita tra Marte e Giove nella cinta degli asteroidi.
E il satellite M-Argo, la cui partenza è pianificata per il 2025, studierà la forma, massa e minerali superficiali di un asteroide che verrà nominato a breve. Delle dimensioni di una valigia, M-Argo sarà il più piccolo cubesat a svolgere una propria missione indipendente nello spazio interplanetario.
I rapidi progressi e i significativi investimenti già realizzati nelle missioni cubesat potrebbero aiutare a rendere gli esseri umani una specie multiplanetaria. Ma quel viaggio sarà lungo — e dipenderà dalla prossima generazione di scienziati per sviluppare questo sogno.