Le condizioni di microgravità in orbita offrono significativi vantaggi per alcuni processi produttivi, poiché la mancanza di sedimentazione e convezione consente la produzione di prodotti di qualità superiore. Numerose iniziative pubbliche e private mirano a dimostrare il valore della fabbricazione nello spazio e a stabilire una produzione commerciale continua di beni di nicchia ad alto valore al di fuori della Terra.
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Principi fondamentali della produzione nello spazio
L’ambiente di microgravità dello spazio esclude le sfide imposte dalla gravità sulla Terra tra cui sedimentazione, pressione idrostatica e convezione. Secondo numerosi studi, la produzione di materiali e i processi biologici in orbita possono quindi dare una qualità, purezza e prestazioni superiori, I lanci emettono anche ~100X meno CO2 dell’aviazione per kg di carico utile offrendo benefici di sostenibilità.
Questi principi hanno informato potenziali casi d’uso di produzione spaziale di fibre ottiche, leghe, schiume, cristalli proteici, lubrificanti, tessuti umani, polimeri, nanoparticelle e altro. Sulla Terra, le correnti convettive impediscono la crescita di campioni di semiconduttori, leghe e cristalli esenti da difetti più grandi di circa 1 cm. Ma studi a bordo della stazione spaziale internazionale (Iss) hanno dimostrato di superare significativamente questo limite attraverso l’elaborazione in container senza gravità.
Iniziative governative
L’ambiente di microgravità ha permesso una sperimentazione di lunga durata sulla fisiologia umana e sui processi di produzione a bordo delle stazioni spaziali negli ultimi decenni. Dalle prime stazioni Salyut e Mir alla stazione spaziale internazionale di oggi, si sono svolti centinaia di studi d’impatto nelle scienze dei materiali e nella biotecnologia.
Ora la Nasa mira a far transitare la ricerca in microgravità sulla ISS dalla pura scoperta alla R&S applicata per la produzione commerciale nello spazio attraverso partnership sponsorizzate e facilitando le missioni di astronauti privati. Il National Laboratory Iss semina quondi anche innovazioni commerciali, attraverso la sinergia con oltre 160 aziende.
La gara d’appalto Tipping Point offre finanziamenti pubblico-privati per le aziende statunitensi al fine di favorire la tecnologia spaziale necessaria per un uso commerciale sostenibile dello spazio come la produzione. La Nasa prevede che la produzione nella Leo sia vitale per la sostenibilità dell’esplorazione dello spazio profondo nel lungo termine sfruttando le risorse spaziali.
Casi di successo commerciale
Sebbene finora su piccola scala, alcune aziende hanno convalidato la produzione di nicchia di beni commerciali nello spazio
- Astrogenetix ha effettuato esperimenti in microgravità fin dal 2009; l’azienda vende ora un farmaco immunoterapico derivato dalla ricerca sulla salmonella nella stazione spaziale approvato per la sperimentazione clinica nel trattamento di tumori solidi.
- Made In Space ha prodotto fibre ottiche Zblan ad alte prestazioni a bordo della Iss dal 2016 con Tango-performanti più del doppio dello stato dell’arte terrestre, vendute commercialmente.
- Space Tango lavora con clienti farmaceutici e università per testare processi di produzione in microgravità, commercializzando nuove scoperte
Dimensioni e proiezioni di crescita del mercato
Morgan Stanley prevede che il fatturato dell’industria spaziale globale passerà da 350 miliardi di dollari nel 2016 a oltre 1 trilione di dollari entro il 2040, con la produzione che svolge un ruolo sempre più centrale.
La società di consulenza Tam Strategy stima che la produzione nello spazio specificamente potrebbe espandersi da un mercato di 21 miliardi di dollari attualmente a circa 250 miliardi di dollari entro il 2030, trainata dai servizi di assemblaggio e dalla produzione satellitare con un potenziale a lungo termine superiore a 500 miliardi di dollari.
Anche il World Economic Forum prevede che entro il 2040 si possa sviluppare un mercato di prodotti e produzione spaziale da 1 trilione di dollari se i continui progressi tecnologici nell’industrializzazione spaziale ridurranno i costi.
Per realizzare questi volumi di crescita sono necessari il superamento di sfide come i prezzi di lancio, i costi operativi e le politiche di commercializzazione dello spazio. Tuttavia, i progressi nei razzi riutilizzabili e nelle infrastrutture puntano a rendere redditizia la produzione nello spazio già in questo decennio per produrre materiali di altissima qualità, impossibili da realizzare sulla Terra.
