Dalle megacostellazioni all'economia circolare: le tendenze che stanno aprendo nuove opportunità per il settore spaziale britannico. / From mega-constellations to circularity - the trends that are driving opportunities for UK space

 Dalle megacostellazioni all'economia circolare: le tendenze che stanno aprendo nuove opportunità per il settore spaziale britannico. / From mega-constellations to circularity - the trends that are driving opportunities for UK space

Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Giuseppe Cotellessa

Andrew Ratcliffe, ingegnere capo dell'Agenzia spaziale britannica, esplora le tecnologie chiave che stanno plasmando il futuro del settore spaziale ed analizza cosa potrebbero significare per il Regno Unito.

Andrew Ratcliffe, ingegnere capo dell'Agenzia spaziale britannica, esplora le tecnologie chiave che stanno plasmando il futuro del settore spaziale ed analizza cosa potrebbero significare per il Regno Unito.

In occasione del 170 ° anniversario di The Engineer, è un onore per me, in qualità di ingegnere capo dell'Agenzia spaziale britannica, contribuire con un articolo sull'importanza del settore spaziale del Regno Unito e guardare alle tecnologie chiave che ne plasmeranno il futuro .

Presso l'Agenzia Spaziale del Regno Unito (UK SPA), dirigo la funzione ingegneristica che fornisce la supervisione tecnica a tutta la nostra vasta gamma di progetti. Attualmente stiamo lavorando a missioni come Rosalind Franklin, che cercherà indicatori di vita su Marte dopo il suo lancio nel 2028, ed a future missioni che tenteranno di rimuovere i detriti spaziali dall'orbita. Un'area di mio particolare interesse è la sicurezza e la sostenibilità spaziale, entrambe cruciali per il nostro futuro collettivo.

Le tecnologie spaziali sono profondamente radicate nell'economia del Regno Unito, con il 18% del PIL britannico che dipende dai servizi provenienti dallo spazio.

Fondamentalmente, viviamo già nell'era spaziale. Migliaia di satelliti orbitano attorno alla Terra e le tecnologie spaziali svolgono un ruolo importante nelle nostre vite. Le tecnologie spaziali sono profondamente radicate nell'economia del Regno Unito, con il 18% del PIL britannico che dipende dai servizi spaziali. L'economia del Regno Unito perderebbe 1 miliardo di sterline al giorno se il segnale GPS venisse compromesso. Quindi, se da un lato esiste una minaccia significativa, dall'altro si aprono anche enormi opportunità. Si prevede che l'economia spaziale globale varrà oltre 1.000 miliardi di dollari all'anno entro il 2045. Il governo britannico ne ha già preso atto, il che ha portato a importanti cambiamenti nel modo in cui gestiamo i nostri interessi nello spazio e le capacità che cerchiamo di supportare. 

Sono fermamente convinto che esistano tre tendenze e tecnologie chiave che plasmeranno il nostro futuro nello spazio.

Trasporto spaziale integrato: nel 2016, SpaceX ha realizzato il primo atterraggio verticale di successo del primo stadio del razzo Falcon 9, ridefinendo le aspettative commerciali relative al lancio di veicoli spaziali in orbita. Gli operatori satellitari ora accettano senza problemi vettori di lancio già collaudati in volo, anziché nuovi vettori monouso per ogni lancio, e hanno beneficiato dell'aumento della frequenza di lancio derivante dall'utilizzo di primi stadi riutilizzabili.

Il prossimo passo sarà integrare questi nuovi sistemi di lancio con una rete in continua espansione di opzioni di trasporto in orbita. L'utilizzo di veicoli di manovra orbitale o rimorchiatori spaziali per trasferire i veicoli spaziali tra diverse orbite ridurrà il costo dei satelliti, eliminando la necessità di grandi sistemi di propulsione dedicati. Stiamo inoltre assistendo ad una maggiore flessibilità nelle modalità di rientro degli oggetti dallo spazio, come dimostrano le iniziative di Space Forge, un'azienda in crescita con sede a Cardiff. 

Megacostellazioni reali: abbiamo assistito ad una crescita del numero di satelliti in orbita grazie al dispiegamento di costellazioni che forniscono comunicazioni a bassa latenza, come ad esempio Eutelsat OneWeb e Starlink di SpaceX. Sebbene la costellazione più grande attualmente sia composta da migliaia di satelliti anziché milioni, ciò ha richiesto un significativo miglioramento nel modo in cui coordiniamo le operazioni tra i satelliti, compresa l'esecuzione di manovre autonome per evitare collisioni con detriti ed altri satelliti.

Sulla Terra, questo ha determinato un cambiamento radicale nel modo in cui progettiamo e costruiamo i veicoli spaziali, passando dalla produzione artigianale di satelliti su misura a processi automatizzati per l'integrazione ed il collaudo dell'hardware, ispirandosi alle catene di montaggio dell'industria automobilistica. SpaceX ha recentemente presentato alle autorità di regolamentazione statunitensi un progetto per una costellazione di centri dati orbitali composta da un massimo di un milione di satelliti. Sebbene questo numero di satelliti potrebbe non essere effettivamente impiegato, un progetto di questo tipo per una vera e propria mega-costellazione richiederà un cambiamento significativo nel modo in cui consideriamo la sicurezza e la sostenibilità dell'orbita terrestre.

Circolarità dell'hardware spaziale: i veicoli spaziali che operano in orbita terrestre hanno una vita operativa tipica di 5-10 anni. Al termine di questo ciclo, vengono smaltiti collocandoli in un'orbita cimitero o facendoli rientrare nell'atmosfera terrestre. La durata di vita di un veicolo spaziale è in genere limitata dal propellente a bordo, dal funzionamento continuo di componenti chiave come i computer di bordo o dalle prestazioni del carico utile, che potrebbe essere stato sostituito da tecnologie più recenti.

Nuove aziende, come Orbit Fab, stanno ora cercando di fornire servizi di rifornimento di carburante ai veicoli spaziali in orbita. Altre imprese stanno sviluppando veicoli spaziali in grado di eseguire missioni di manutenzione o ristrutturazione in orbita, sostituendo componenti critici come batterie, computer di bordo o carichi utili. Il ciclo di vita più lungo dei veicoli spaziali, unito ad una crescente consapevolezza dei potenziali impatti del rientro dei veicoli spaziali sull'atmosfera terrestre, significa che ci aspettiamo di assistere allo sviluppo di una nuova economia circolare in orbita.

Possiamo constatare sia le significative opportunità che lo spazio offre nello sviluppo continuo di nuovi servizi a supporto della nostra vita quotidiana, sia i notevoli passi che il settore sta compiendo per garantire che ciò avvenga in modo sostenibile ed a lungo termine. Spero che la prossima generazione di ingegneri sia entusiasta delle prospettive che lo spazio offre.

ENGLISH

Andrew Ratcliffe, Chief Engineer at the UK Space Agency, explores the key technologies shaping the future of the space sector and looks at what they might mean for the UK

UK

stock.adobe.com

As The Engineer marks its 170th anniversary, it is an honour as the Chief Engineer of the UK Space Agency to contribute an article about the importance of the UK space sector and to look ahead to the key technologies shaping its future.

At the UK Space Agency, I lead the engineering function that provides technical oversight across our wide array of projects. We are currently working on missions such as Rosalind Franklin, which will search for indicators of life on Mars following its launch in 2028, as well as future missions that will attempt to remove space debris from orbit. An area of personal specialist interest is space safety and sustainability, both of which are critical for our collective future.

Space technologies are hardwired into the UK economy, with 18% of UK GDP depending on services from space

Fundamentally, we already live in the age of space. Thousands of satellites are orbiting the Earth and space technologies play an important role in our lives. Space technologies are hardwired into the UK economy, with 18% of UK GDP depending on services from space. The UK economy would lose £1 billion per day if the GPS signal was compromised. So, whilst there is significant threat, there is also huge opportunity ahead. The global space economy is forecast to be worth more than $1 trillion per year by 2045. The UK Government has already recognised this, leading to major shifts in how we manage our interests in space and the capabilities we seek to support. 

I firmly believe that there are three key trends and technologies that will shape our future in space.

Integrated space transportation: In 2016, SpaceX achieved the first successful vertical landing of the first stage of the Falcon 9 rocket, redefining commercial expectations around the launch of spacecraft to orbit. Satellite operators now readily accept flight proven launch vehicles rather than new expendable vehicles for each launch and have benefited from the increased launch cadence that has resulted from the use of reuseable first stages.

The next step will be to integrate these new launch systems with a growing network of transportation options on orbit. The use of orbital manoeuvring vehicles or space tugs to transfer spacecraft between different orbital regimes will lower the cost of satellites by removing the need for dedicated large propulsion systems. We are also seeing increased flexibility on how we return objects from space, such as initiatives from Space Forge, a growing company based in Cardiff. 

Actual mega-constellations: We have seen a growth in the number of spacecraft on orbit through the deployment of constellations providing low-latency communications, for example Eutelsat OneWeb and SpaceX’s Starlink. Although the largest constellation currently consists of thousands of spacecraft rather than millions, this has required a significant improvement in how we co-ordinate operations between spacecraft, including performing autonomous collision avoidance manoeuvres with debris and other satellites.

On Earth, this has driven a dramatic shift in how we design and build spacecraft, from the hand-manufacturing of bespoke satellites to automated processes to integrate and test hardware, taking inspiration from the assembly lines of the automotive industry. SpaceX recently filed a plan with US regulators for an orbital data centre constellation of up to one million satellites. While this number of satellites might not ultimately be deployed, a plan such as this for an actual mega-constellation will require a significant shift in how we consider the safety and sustainability of Earth’s orbit.

Circularity of space hardware: Spacecraft operating in Earth’s orbit have a usual operational lifetime of 5-10 years. At the end of this cycle, they are disposed of by either putting them into a graveyard orbit or causing them to re-enter Earth’s atmosphere. The lifetime of a spacecraft is typically limited by the propellant it has onboard, the continued functioning of key components such as onboard computers, or the performance of the payload, which may have been replaced by newer technologies.

New companies, such as Orbit Fab, are now seeking to provide refuelling of spacecraft on orbit. Other businesses are developing spacecraft capable of performing in-orbit servicing or refurbishment missions by replacing critical components such as batteries, onboard computers or payloads. The lengthened lifecycle of spacecraft, combined with an increasing awareness of the potential impacts of re-entering spacecraft on the Earth’s atmosphere, means we expect to see the development of a new circular economy on orbit.

We can see both the significant opportunities that space has to offer in the ongoing development of new services in support of our daily lives, as well as how the sector is taking considerable steps to make sure this is done in a long-term and sustainable way. I hope to see the next generation of engineers excited about the prospects space offers.

Da:

https://www.theengineer.co.uk/content/opinion/from-mega-constellations-to-circularity-the-trends-that-are-driving-opportunities-for-uk-space?utm_source=content_recommendation&utm_medium=blueconic