Lo spazio si sta riempiendo di spazzatura. "Non è che ci sia una tempesta di metallo e se ti avventuri nello spazio verrai travolto, "dice il professor Russell Boyce, Cattedra di Ingegneria Spaziale presso UNSW Canberra. "Ma il rischio di collisioni è in aumento".

L'US Air Force Space Command tiene traccia di più di 20, 000 pezzi di detriti più larghi di 10 centimetri.

Man mano che i sensori migliorano, Boyce sospetta che il numero potrebbe raggiungere più di mezzo milione.

I resti di vecchi satelliti e veicoli spaziali, questi frammenti di metallo viaggiano alla cieca in orbita a una velocità di 7,5 chilometri al secondo. Gli impatti a queste velocità iperveloci non solo renderebbero le risorse spaziali vitali irreparabilmente danneggiate, potrebbero innescare un effetto domino di distruzione denominato sindrome di Kessler.

In questo scenario, ogni collisione creerebbe più detriti, causando sempre più collisioni fino a quando l'ambiente spaziale diventa simile a un campo minato, off limits per l'attività umana per decenni o più.

Per evitare questa catastrofe, ricercatori di tutto il mondo stanno lavorando per migliorare le nostre capacità nella consapevolezza situazionale spaziale (SSA). Questo è, la capacità di visualizzare e prevedere con precisione il comportamento degli oggetti in orbita attorno alla Terra.

L'UNSW Canberra ha effettuato un investimento di 10 milioni di dollari in cinque anni per gettare le basi di un programma spaziale australiano di prossima generazione. Boyce è il suo leader e afferma che il programma sta già invertendo la fuga di cervelli nella ricerca e sviluppo spaziale che ha afflitto l'Australia per decenni.

Il programma ha recentemente ottenuto più di $ 562, 000 dal governo ACT nell'ambito del programma di finanziamento dell'area delle capacità chiave per costruire nuove infrastrutture; sta per firmare un contratto da 10 milioni di dollari con il Dipartimento della Difesa; e sta rapidamente sviluppando la capacità di progettare, costruire e pilotare piccoli satelliti con payload "dirompenti". Ciascuno soddisferà le priorità nazionali strategiche e avrà obiettivi specifici che soddisfano le esigenze nazionali, che vanno dal monitoraggio dei cambiamenti climatici alla sicurezza delle comunicazioni quantistiche e all'SSA.

Nonostante gli sforzi internazionali per tracciare i detriti, ci sono ancora notevoli lacune nella nostra comprensione di come questi oggetti si comportano nello spazio. A seconda delle dimensioni o della forma di un oggetto, i sistemi di tracciamento potrebbero avere "occhi" su di esso solo per pochi secondi alla volta, dice Boyce. Il lavoro è quindi prevedere l'orbita e riacquisire l'oggetto lungo la pista.

"Ma le incertezze nella previsione delle orbite sono significative. Gli oggetti possono spostarsi lateralmente e su e giù di chilometri ogni giorno, " dice. Nell'atmosfera rarefatta della bassa orbita terrestre - altitudini comprese tra circa 300 e 2, 000 chilometri:gli oggetti spaziali si scontrano con varie molecole, atomi e ioni, con l'effetto che si accumula per causare deviazioni di rotta significative.

"La comunità scientifica prevede abbastanza male l'influenza di questi impatti, "dice Boyce, e il risultato è che anche le orbite e le possibili collisioni sono previste male. Questo è quando i detriti rappresentano il rischio maggiore, poiché i topografi non sono in grado di avvisare con certezza gli operatori satellitari se i loro veicoli spaziali si trovano nella linea di fuoco.

Boyce e il suo team vogliono rimuovere le congetture. Hanno costruito un codice per modellare le forze che gli ioni carichi esercitano sugli oggetti spaziali. "Il presupposto normale è che le particelle cariche abbiano esattamente lo stesso effetto delle particelle neutre come atomi e molecole nel causare resistenza, "dice Boyce.

"Ma non è affatto vero.

"Stiamo iniziando ad aprire un nuovo campo della fisica del flusso, e per mostrare alcune delle possibili fonti di comportamento anomalo che nessuno è stato in grado di spiegare prima." Con una flotta di piccole astronavi presto sotto il suo comando, il team sarà in grado di ottenere "dati di validazione reali in orbita".

La posta in gioco della proprietà

L'Australia si basa in modo critico su dati derivati ​​dallo spazio, per tutto, dalla sicurezza nazionale alla gestione dei disastri, al monitoraggio ambientale e alla mappatura delle risorse, tuttavia non ha la sovranità sull'ottenimento di tali dati, dice Boyce.

"L'Australia è vista sempre più come una svendita nel settore internazionale, ", dice. "Otteniamo tutti i nostri dati più o meno gratuitamente e questa è stata una situazione felice per noi. Ma questo sta pian piano arrivando alla fine".

Una capacità spaziale domestica, Boyce dice, potrebbe aprire opportunità per l'Australia di catturare parte dell'esplosione del mercato spaziale, che ha generato un fatturato mondiale stimato di 300 miliardi di dollari nel 2014, secondo un rapporto della Space Foundation.

Svegliarsi da un periodo di relativa inazione, il governo federale – alla fine del 2015 – ha chiesto una revisione della legge sulle attività spaziali, e ha iniziato a rimuovere gli ostacoli normativi che impedivano alle entità australiane di lanciare satelliti e operare nello spazio. Uno dei primi beneficiari è stata una start-up di formazione STEM chiamata Cuberider, co-fondato dalla studentessa di ingegneria dell'UNSW Solange Cunin. In dicembre, ha lanciato il primo carico utile del paese sulla Stazione Spaziale Internazionale.

"Negli ultimi due anni, la conversazione nazionale in Australia sullo spazio è cambiata completamente, "dice il professor Michael Frater, Rettore dell'UNSW Canberra. "Quello che stiamo vedendo ora, in tutto il governo, è una comprensione che è di fondamentale importanza per l'Australia operare nello spazio, sia dal punto di vista della sicurezza che economico. Ci prendiamo un po' di merito per questo.

"Vogliamo che l'Australia abbia un'industria spaziale davvero vivace che includa attività significative nello spazio e vogliamo avere un ruolo di primo piano nel far sì che ciò accada".

Due anni nel piano quinquennale, l'iniziativa è in anticipo sui tempi. Boyce afferma:"Ora abbiamo la più grande capacità spaziale di qualsiasi università del paese, e la più grande squadra spaziale", tra cui una manciata di scienziati e ingegneri spaziali nostrani riportati dall'estero. "Direi che è la raccolta più completa di talenti spaziali in Australia per le missioni spaziali, sviluppo e funzionamento».

Dottor Tony Lindsay, che ha lavorato con il Defence Science and Technology (DST) Group per 28 anni ed è ora direttore di STELaRLab di Lockheed Martin, afferma Boyce e il team dirigenziale dell'UNSW Canberra hanno dimostrato di comprendere il cambiamento di paradigma nelle opportunità per l'Australia presentato dall'ascesa dei piccoli satelliti.

"La loro più grande virtù è che sono stati decisivi. Si sono resi conto che il mondo stava cambiando, che l'Australia aveva un livello significativo di capacità latenti nell'area, e si sono mossi rapidamente per assumere una posizione di guida all'interno della comunità. Hanno collaborato presto per sfruttare i programmi esistenti della Difesa, e hanno dimostrato di poter mettere insieme una squadra di qualità in breve tempo".

Capacità dirompenti

Otto veicoli spaziali sono attualmente pianificati attraverso l'UNSW Canberra Space, con cinque interamente finanziati. Il primo, pronto a volare a metà 2017, fa parte del programma Buccaneer con il gruppo DST. Oltre a migliorare le capacità SSA, questo piccolo satellite eseguirà esperimenti di calibrazione per il leader mondiale dell'Australia, sopra l'orizzonte Jindalee Operational Radar Network (JORN) dall'orbita terrestre bassa.

Sono previsti tre veicoli spaziali con la Royal Australian Air Force (RAAF), e un altro con il RAL Space del Regno Unito che utilizzerà speciali sensori laser per rilevare il contenuto di metano nell'alta atmosfera, dare preziosi contributi alla scienza del clima.

Uno sviluppo di cui Boyce e il suo team sono molto entusiasti è la loro road map per il lancio di satelliti dotati di tecnologie quantistiche sviluppate in Australia. Questi includono sensori ad atomo freddo per misurazioni ultraprecise del tempo, posizionamento, accelerazione e gravità, in sviluppo presso l'Australian National University (ANU), e tecnologie di comunicazione quantistica, che trasmetterà informazioni ultra sicure via luce, sia tra i satelliti nello spazio, o tra satelliti e stazioni di terra.

La prima fase è un "progetto esploratore" con la National University of Singapore, che ha già hardware quantistico pronto per lo spazio, dice Boyce.

"Insieme ci proponiamo di essere i primi a dimostrare in orbita, lo scambio di informazioni crittografate quantistiche da un veicolo spaziale all'altro, e per vedere fino a che punto possiamo allontanare la navicella spaziale e mantenere ancora quel collegamento sicuro." In attesa dello studio di fattibilità quasi finito, e poi ottenere finanziamenti, la missione potrebbe volare nel 2019.

Oltre alle missioni programmate, UNSW Canberra ha lanciato due nuovi diplomi, un Master in Ingegneria Spaziale e un Master in Operazioni Spaziali. Sta sviluppando una stazione di terra per l'invio e la ricezione di comunicazioni con crittografia quantistica, e sta costruendo una struttura all'avanguardia per la progettazione di missioni spaziali. Questo semplificherà le missioni, e fungere da centro di formazione per i partner dell'industria, istituzioni governative e di ricerca.

"Saremo ospiti di una struttura nazionale, all'estremità anteriore di, auspicabilmente, ogni missione spaziale che l'Australia fa, " dice Boyce. "Ciò mette UNSW in una posizione molto strategica."

La strada per Canberra

I cieli invitavano sempre Boyce. Cresciuto in Papua Nuova Guinea e Sydney, sognava di diventare un pilota RAAF.

Quando il volo dei caccia era fuori portata, Boyce si è laureato in scienze all'ANU, guadagnando la medaglia universitaria in fisica. Rimase per completare un dottorato di ricerca in ipersonica - la scienza dell'aria e dei veicoli spaziali che viaggiano significativamente più veloci del suono, a velocità superiori a Mach 5.

Il suo primo incarico accademico è stato all'UNSW Canberra a partire dal 2001, e si è spremuto in un po' di addestramento al volo, arrivare al punto di volare da solo. Dice che l'esperienza gli ha dato "credito di strada quando insegnava l'aerodinamica alla coorte dei migliori cannoni dell'ADFA".

Dopo quasi sette anni all'UNSW Canberra, Boyce assunse la cattedra di Hypersonics presso l'Università del Queensland, dove sarebbe poi diventato il direttore di SCRAMSPACE, programma internazionale dell'università da 14 milioni di dollari per costruire e testare un motore scramjet ipersonico.

È stato un passo avanti, progetto ancora sfortunato. Il carico utile scramjet è stato lanciato da una gamma di razzi norvegesi nel Circolo Polare Artico nel settembre 2013. Quasi subito dopo il decollo, Boyce sapeva che qualcosa non andava. Il razzo avrebbe dovuto portare lo scramjet a un'altitudine di 350 chilometri, dove avrebbe iniziato la sua discesa. Ma a solo 1, 500 metri il razzo iniziò a traballare violentemente, sanguinando una spirale di fumo bianco.

"Quando ho alzato lo sguardo, tutto quello che potevo vedere era questo modello di cavatappi, e ho capito subito che quella era la fine del volo, " dice Boyce. Pochi minuti dopo, il carico utile dello scramjet è precipitato nel mare gelido, a pochi chilometri dal poligono di lancio.

La squadra ha imparato in seguito, che il loro volo di prova è stato dirottato da un motore difettoso in uno dei razzi. Lo scramjet era pronto a volare, testimoniato dai dati raccolti, ma un colpo di sfortuna al di fuori del controllo della squadra ha fatto sì che non fosse mai in grado di raggiungere la massima velocità.

A pochi mesi dal lancio, Boyce aveva partecipato a un seminario in qualità di presidente del Comitato nazionale per le scienze spaziali e radiofoniche dell'Accademia australiana delle scienze. Il relatore principale è stato il capo missione per la SSA con il laboratorio di ricerca dell'aeronautica statunitense.

Ha ipotizzato che il comportamento irregolare dei detriti spaziali fosse una delle grandi sfide per l'uso dello spazio, e ha richiesto alle persone di "farsi avanti" per ideare un "ad alta fedeltà, soluzione basata sulla fisica".

"Mi sono reso conto che questo è esattamente ciò che faccio con l'ipersonica:è solo con velocità e altitudini più elevate, "ricorda Boyce, che poi ha fatto domanda per la cattedra di ingegneria spaziale presso UNSW Canberra ed è stato assunto per iniziare poco dopo SCRAMSPACE.

Per Frate, Boyce è stata una scelta ovvia:"Per dirigere un programma come questo, hai bisogno di qualcuno che sia leader in termini di ricerca che fa, ma è anche in grado di costruire le reti necessarie per fare qualcosa di grande e ambizioso, "dice Frater. "Russell è la persona ideale in assoluto per guidare la squadra".

Un'industria spaziale sostenibile

C'è molto da fare sulle spalle di Boyce, ma ha solo garantito il finanziamento fino al 2019. Oltre a ciò, deve assicurarsi che l'UNSW Canberra Space sia autosufficiente.

Il guadagno di 10 milioni di dollari della Difesa è incoraggiante, e più contratti potrebbero essere in cantiere, ma c'è un delicato equilibrio da trovare. Mentre si sta concentrando su partnership strategiche, Boyce non vuole che il suo team operi come una società di consulenza e rischi di perdere la proprietà intellettuale.

"Stiamo giocando più di un gioco lungo in modo da poter finire per essere partner più uguali nelle missioni spaziali, piuttosto che nutrirsi con gli avanzi della tavola, " dice. "Si tratta di qualcosa di più della semplice UNSW Canberra o di una qualsiasi missione, " dice. "Si tratta di costruire una capacità spaziale domestica sostenibile, poterlo fare con le nostre mani, piuttosto che lasciarlo ad altri".

È quasi ora.

Visione avvincente

Esilio non è una parola che si sente spesso nel contesto dell'istruzione universitaria, ma questo è esattamente il tag che l'ingegnere dei sistemi spaziali Douglas Griffin, il responsabile dei programmi di volo spaziale presso UNSW Canberra, si è trovato etichettato con dopo il suo dottorato di ricerca in ipersonica nel 1995.

Dopo aver ricevuto il suo dottorato dall'Università del Queensland, il dottor Griffin è stato informato dal suo supervisore, l'eminente professor Ray Stalker, che se "voleva restare nell'alta tecnologia doveva andare oltreoceano".

"In realtà ha usato il termine 'esilio autoimposto' - perché non c'era niente per me in Australia, " ricorda Griffin. Con gli occhi puntati sullo spazio, è andato in Europa e ha trascorso tre anni in Italia presso un laboratorio governativo e un'azienda privata, ora di proprietà di Thales.

Nel 2001 si è trasferito al Rutherford Appleton Laboratory (RAL Space) nel Regno Unito, dove ha guidato lo sviluppo delle fotocamere per il più grande telescopio spaziale astronomico dell'Agenzia spaziale europea, e per il Solar Orbiter dell'agenzia, che entrerà nelle orbite di Mercurio e Venere per scattare alcune delle immagini più dettagliate del Sole.

È stata una sorta di "scommessa di carriera" tornare in Australia, dove "lo spazio era inesistente", ma è stato costretto dalla "visione che Boyce ha dipinto".

"Queste non sono solo missioni giocattolo, fatto per costruire una navicella spaziale, " dice. "Queste sono vere missioni spaziali con obiettivi interessanti".

"Russell è una persona da grande immagine:quello che fa così bene è ispirare una visione e comunicarla alle persone, e li convince a comprarlo. Questo è uno dei suoi punti di forza".