Non è più fantascienza 

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in dagli albori dell’esplorazione spaziale, l’idea di produrre energia dal sole nello Spazio e trasmetterla sulla Terra è stata considerata un’ipotesi affascinante ma del tutto fantascientifica. Tuttavia, oggi la possibilità di sfruttare la sorgente solare fuori dall’atmosfera terrestre sta diventando sempre più realistica grazie ai progressi tecnologici e alla riduzione dei costi di lancio.  E la Space-Based Solar Power (SBSP) – la tecnologia che cattura l’energia solare tramite satelliti con grandi pannelli fotovoltaici in orbita, trasmettendola alla Terra tramite microonde o laser – sta quindi tornando un tema di rilievo nel dibattito scientifico e geopolitico. 

 

Lo scrittore di fantascienza Isaac Asimov ne aveva già immaginato le potenzialità nel 1941 in un racconto intitolato “Reason”, in cui descriveva una stazione spaziale, gestita da robot, che raccoglieva l’energia solare e la trasmetteva a Terra tramite fasci di microonde. Ed è sorprendente pensare che solo cinquant’anni prima di Asimov, Nikola Tesla, croato dalla vita misteriosa e travagliata emigrato in America, dimostrò per la prima volta la tecnica per il trasferimento wireless di energia.  

 

A lui si devono le scoperte della corrente alternata, dell’illuminazione a fluorescenza, dell’energia idroelettrica e persino della radio. L’accesa diatriba se fu prima lui o Guglielmo Marconi a scoprire la radio è tuttora aperta. Comunque sia, Tesla riuscì a illuminare dei tubi a vuoto, le valvole termoioniche, senza usare fili ma sfruttando il fenomeno della risonanza elettrica. In pratica, accese e spense delle luci a distanza tramite la regolazione della frequenza delle onde emesse, dimostrando così che un flusso elettromagnetico poteva anche trasferire energia in modalità wireless.  

E proprio in questo modo i segnali radio potrebbero, un domani, portarci energia dallo Spazio esoatmosferico: una dimensione che oggi è praticamente dominata dai razzi e dai satelliti di Elon Musk, fondatore della società SpaceX, il quale si dichiara apertamente un profondo ammiratore proprio di Nikola Tesla. Musk lo considera un genio sottovalutato e una fonte di ispirazione per l’innovazione tecnologica; e infatti è proprio a lui che si è ispirato per il nome della sua azienda di automobili elettriche, la “Tesla Motors”. Poiché Elon Musk è uno dei più preminenti esponenti dell’imprenditoria Big Tech ed è attivo non solo nello Spazio ma anche nella mobilità, nella robotica e nella IA, la sua passione per Tesla ci fa capire come il tema energetico sia alla base del moderno capitalismo imprenditoriale e come sarà centrale anche nello sfruttamento delle risorse spaziali. 

Per decenni, tuttavia, la comunità scientifica ha considerato tecnicamente affascinante l’idea di sfruttare l’energia dal Sole nello Spazio, ma economicamente insostenibile. Nel 1968, un anno prima dello sbarco sulla Luna, lo scienziato americano di origine cecoslovacca Peter Glaser pubblicò su Popular Science la sua idea per una fonte inesauribile di energia pulita e propose di costruire un grosso pannello di celle solari da mettere in orbita geosincrona per catturare la luce del sole, convertirla in energia elettrica e trasmetterla sulla terra sotto forma di microonde. E così, nei primi anni Settanta, nel pieno della crisi petrolifera, furono commissionati i primi studi dal Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti, ma tutti conclusero che i costi di lancio e di costruzione rendevano il progetto proibitivo. Oggi però, il contesto è radicalmente mutato.  

 

Riduzione dei costi e rivoluzione industriale del settore 

 

La riduzione fino al 90 percento, rispetto al secolo scorso, dei costi di accesso allo Spazio (negli anni ’90 il costo di lancio era di ~ $20.000/kg, e oggi, con Falcon 9 riutilizzabile, il costo è sceso a ~ $2.000/kg ), resa possibile dai razzi riutilizzabili Falcon della SpaceX, ha modificato l’equazione economica dei lanci spaziali. Parallelamente, l’industria manifatturiera dei satelliti ha superato il paradigma quasi artigianale che, per decenni, ha caratterizzato il settore e si sta caratterizzando come una vera e propria rivoluzione industriale con un approccio in stile “catena di montaggio” automobilistica, una velocità di iterazione rapida e una vera e propria produzione in massa. Da ultimo, la crescente militarizzazione dello Spazio sta rendendo non solo le orbite terrestri ma il dominio Terra-Luna un’area di confronto strategico, un ambito quindi ben più ampio dove la disponibilità di energia, su scala ingente, diviene essenziale. 

 

Questi cambiamenti spiegano perché oggi governi, agenzie spaziali ma, soprattutto, imprenditori privati stiano rivalutando con crescente attenzione la fattibilità della SBSP.  Il principio di funzionamento si basa su una catena di conversioni energetiche relativamente semplice sul piano teorico ma molto complessa su quello ingegneristico. Sostanzialmente, si tratta di lanciare in orbita dei grandi pannelli fotovoltaici, ovviamente installati su appositi satelliti che ne garantiscano la stabilità orbitale, che raccolgono la radiazione solare continua, non filtrata dall’atmosfera e non soggetta all’alternanza giorno-notte, in modo da produrre energia elettrica che, convertita in microonde, viene trasmessa verso la superficie terrestre, dove apposite antenne la riconvertono in elettricità immettendola nella rete. 

Il vantaggio principale risiede nella continuità e nell’intensità della fonte energetica, la luce solare, che nello Spazio è maggiore del 30 percento rispetto a quella che raggiunge il suolo terrestre, dove si rileva un valore massimo di 1.000 watt per metro quadrato, mentre al di fuori dell’atmosfera l’irraggiamento è costante sui 1.400 watt e non risente delle variazioni stagionali, dei disturbi meteorologici o del ciclo giorno-notte.  A titolo di esempio, un sistema di raccolta ed accumulazione di energia in orbita geostazionaria, potrebbe in teoria convertire in maniera quasi costante il flusso solare in potenza elettromagnetica, e trasmetterla in continuo via laser o microonde verso stazioni riceventi fisse sulla Terra presso cui effettuare la conversione in elettricità da immettere nella rete di distribuzione. 

 

Sarebbe una fonte inesauribile di energia, ma l’apparente semplicità di una tale considerazione non deve nascondere l’enorme complessità realizzativa da affrontare. Nonostante i progressi attuali, le sfide tecniche restano imponenti. Le dimensioni richieste per rendere economicamente sostenibile una centrale orbitante sono dell’ordine di diversi chilometri e neanche la Stazione Spaziale Internazionale (ISS) si avvicina a tali scale. La costruzione modulare e l’assemblaggio robotico in orbita rappresentano soluzioni promettenti, ancora però in fase sperimentale. Alcuni progetti, come quello sviluppato al Caltech, California Institute of Technology, hanno esplorato innovative architetture distribuite basate su sciami di pannelli coordinati, nel tentativo di aggirare i limiti delle mega-strutture monolitiche.  

 

Il Caltech, però, basa i suoi studi su fondamenta solide; infatti, nel 2023 ha raggiunto un importante successo dimostrando per la prima volta la trasmissione wireless di energia solare dallo Spazio alla superficie terrestre. Il laboratorio californiano ha lanciato in orbita, a bordo di una razzo Falcon, una suite tecnologica denominata SSPD-1 (Space Solar Power Demonstrator) che integrava tre sistemi principali: il MAPLE (Microwave Array for Power-transfer Low-orbit Experiment), una schiera di trasmettitori di microonde leggeri e flessibili per inviare energia a Terra in modo mirato; il DOLCE (Deployable on-Orbit ultraLight Composite Experiment), una struttura iperleggera e ripiegabile, grande circa 2 metri quadrati, per testare il sistema di dispiegamento; e, infine, ALBA, una serie di 32 diversi tipi di celle fotovoltaiche. 

 

Ciò che deve far riflettere, oltre al successo che, per quanto simbolico, non rappresenta ancora una svolta industriale, è il fatto che l’esperimento californiano ha volato subito dopo il rientro a Terra di un altro esperimento spaziale condotto dal Pentagono e che aveva, per così dire, preparato il terreno al Caltech. Nel 2020, infatti, la navetta militare americana X37B, uno dei veicoli spaziali più segreti al mondo, aveva portato in orbita un modulo tecnologico, il PRAM (Photovoltaic Radio-frequency Antenna Module), che doveva testare alcune tecnologie chiave per la raccolta e la produzione di energia solare. Nel corso dei trenta mesi della missione OTV-6, il PRAM ha funzionato con successo e permesso al progetto del Caltech di fare il passo successivo, e cioè provare nello Spazio una struttura ultraleggera e dispiegabile e dimostrare l’effettivo invio del segnale a terra. In pratica, il PRAM ha testato il funzionamento della “radio” solare in orbita e, subito dopo, SSPD-1 ha dimostrato che il sistema può essere leggero, trasportabile e capace di mirare con precisione un ricevitore terrestre. 

Ma l’invio a terra di energia non è stato il solo successo della missione del dimostratore del Caltech; uno dei componenti della suite, il MAPLE, durante la sua permanenza in orbita, ha anche generato microonde indirizzandole da una parte del satellite a un’altra, accendendo due LED di prova. La distanza percorsa era piccola, inferiore a mezzo metro, ma si è trattato della prima dimostrazione documentata di trasmissione di energia nello Spazio. E questo è un aspetto molto rilevante per il futuro perché l’energia potrà essere diretta non solo a Terra ma anche a satelliti o stazioni orbitanti; si pensi a sciami di piccoli satelliti che orbitano in formazione e vengono poi alimentati dallo Spazio, nel momento in cui devono entrare in funzione, oppure a data centers collocati in orbita con elevati requisiti energetici.  

 

 

Nel futuro l’idea di una power bank spaziale 

 

L’idea è quella di avere vere e proprie centrali orbitali di distribuzione di energia per alimentare o ricaricare satelliti, stazioni spaziali e sonde nello spazio profondo, consentendo loro di funzionare più a lungo e di viaggiare più lontano. Per esempio, le future reti internet spaziali o le basi lunari potrebbero usare tali infrastrutture come una sorta di power bank spaziale. Ed è proprio a questo che sta pensando la Cina, altro paese oltre agli Stati Uniti, che considera lo SBSP una priorità strategica per il settore energetico. La China Academy of Space Technology (CAST) sta portando avanti da anni un progetto estremamente ambizioso denominato Zhuri, in mandarino “Inseguendo il Sole”, che prevede, entro i prossimi due decenni, la costruzione di una centrale solare circolare di un chilometro in orbita geostazionaria, in grado di generare elettricità a livello di gigawatt.  

 

Il progetto è pianificato per step e prevede di lanciare dei sistemi di prova prima in orbita terrestre bassa, poi in quella geostazionaria per poi, infine, realizzare la grande stazione.  Il CAST ha realizzato un impianto a Bishan, nel distretto di Chongqing, con una torre di prova alta 75 metri che simula l’intero processo di trasmissione wireless a piena catena, riuscendo a inviare energia da un singolo trasmettitore a più ricevitori mobili contemporaneamente, anziché a un solo bersaglio fisso. Attualmente, i ricercatori si stanno concentrando sulla precisione del fascio per ridurre la perdita di energia e per rendere le apparecchiature di trasmissione e ricezione più piccole, leggere e integrate così da poter essere impiegate nello Spazio. 

 

In orbita è operativa, dal 2021, la Stazione Spaziale Tiangong che, abitata in permanenza da taikonauti (astronauti del programma spaziale cinese, termine derivato da?tàiko¯ng, spazio/cosmo), è attivamente utilizzata come banco di prova per sistemi elettrici ad alta tensione e per testare tecniche di costruzione robotica necessarie per assemblare gli enormi pannelli solari in orbita.  L’impianto a Terra e la Tiangong sono quindi elementi critici per supportare la visione strategica della SBSP quando questa verrà, nel tempo, resa operativa.  Anche il Giappone, con il progetto OHISAMA, punta a lanciare un satellite dimostrativo da 180 kg per testare la trasmissione di 1 kW di energia solare da 400 km in orbita terrestre alle stazioni di terra. 

 

L’Agenzia Spaziale Europea ESA sta portando avanti l’iniziativa SOLARIS per valutare la fattibilità di un SBSP, con l’obiettivo di realizzare un satellite dimostrativo da 200 kW entro il decennio, ma allo stato attuale si tratta di studi preliminari. Ovvio che il successo incrementale dei primi test nello Spazio sarà fondamentale per il prosieguo fattivo di un sistema SBSP e indubbiamente i primi risultati sembrano essere promettenti. Tuttavia, il vero passaggio cruciale per il futuro sarà il coinvolgimento delle grandi utility. Finora i progetti sono rimasti prevalentemente nelle mani di ricercatori e di agenzie spaziali – incluse quelle militari - ma la trasformazione in infrastruttura energetica richiederà modelli di business, regolazione e integrazione di rete tipici del mondo power.  E le utility non dovranno fare l’errore di trascurare il fatto che l’imprenditoria privata, da Elon Musk a Jeff Bezos, è oggi in prima linea nello sviluppo di sistemi di lancio economici e affidabili, necessari per mettere in orbita sistemi sempre più evoluti e sempre più affamati di energia. Una volta che le loro aziende avranno realizzato infrastrutture orbitali – Bezos non fa mistero di voler trasferire l’industria pesante ed energivora dalla Terra nello Spazio – non saranno certo disposti a dipendere da fonti energetiche gestite da altri e, in prospettiva, potrebbero proporsi essi stessi come fornitori.  

L’esempio delle telecomunicazioni è esplicativo: in pochi anni la rete satellitare Starlink ha stravolto il panorama mondiale competitivo della connettività Internet e ora si appresta ad attaccare persino il mercato globale della telefonia mobile.  Ad oggi, solo alcune grandi aziende europee partecipano a studi preliminari sulla SBSP, mantenendo però un approccio prudente, dato che l’incertezza sui costi del ciclo di vita le induce a una strategia attendista. Ciò nonostante, nessun grande operatore dovrebbe ignorare completamente una tecnologia che, in caso di maturazione accelerata sospinta dalla forza propulsiva delle Big-Tech, potrebbe ridefinire la geografia globale dell’energia. 

 

Il cambiamento è in atto e le aziende devono tenerne conto 

 

Non si tratta più di progetti fantascientifici ma di un futuro prossimo in arrivo, e proprio la storia delle attività spaziali degli ultimi due decenni dovrebbe essere da monito.  Nel 2007 un trentaseienne Elon Musk, parlando a una conferenza, dichiarò che la sua SpaceX avrebbe sbaragliato la concorrenza dei lanci spaziali e dominato le orbite, ma la platea rise e non lo prese sul serio; lo stesso fecero le società aerospaziali americane ed europee. Oggi, i razzi riusabili Falcon decollano ogni due giorni da diversi siti di lancio e intorno alla Terra orbitano diecimila satelliti Starlink, che saranno trentamila nel 2030. E nessuno ride più. La realtà è che la tecnologia sta avanzando rapidamente e le aziende non possono permettersi di ignorarla. La SBSP potrebbe essere uno dei futuri possibili dell’energia e le grandi aziende dovrebbero stare attente a non perdere l’opportunità di essere parte di questo cambiamento.