È in crescita esplosiva l’industria dei “data center”, le strutture centralizzate che ospitano server, sistemi di archiviazione e apparati di rete. La capacità installata cresce del 10-20% ogni anno e i mercati si aspettano che la domanda aumenti a ritmi sostenuti anche in futuro, trainata da settori come intelligenza artificiale, internet of things e elaborazione dei dati di osservazione terrestre. La celebre società di consulenza McKinsey ha stimato che entro il 2030 serviranno investimenti di migliaia di miliardi di dollari. Questo tasso di crescita, se confermato, metterà sotto pressione le risorse naturali terrestri, da quelle necessarie per la produzione di energia a quelle per il raffreddamento dei dispositivi.
Nasce da qui l’idea di costruire data center nello spazio, declinata in vari modi. Space X, l’azienda spaziale di Elon Musk, ha depositato una richiesta di autorizzazione per lanciare fino a un milione di satelliti per data center a energia solare, mirati ad alimentare applicazioni di intelligenza artificiale. È un numero senza precedenti. La rete Starlink, creata dalla stessa SpaceX, conta oggi circa 10.000 satelliti ed è la costellazione più numerosa mai costruita. Il gigante dei microprocessori Nvidia ha deciso invece di promuovere il progetto Starcloud, fondato su una filosofia opposta: non una costellazione distribuita di piccoli data center, ma una grande infrastruttura centralizzata con una potenza di 5 gigawatt, cinquantamila volte di più del più potente oggetto artificiale oggi in orbita, la Stazione Spaziale Internazionale. Anche Blue Origin, la rivale di SpaceX, di proprietà di Jeff Bezos, ha depositato una richiesta per lo sviluppo di data center orbitali, mentre varie startup hanno annunciato iniziative analoghe. Il tema interessa infine le istituzioni pubbliche: la Commissione Europea ha finanziato studi di fattibilità e la Cina sta investendo nel settore.
La tesi a favore dei data center orbitali è che, a fronte di un maggior costo di installazione, abbatterebbero costi operativi e impatto ambientale. Al di fuori dell’atmosfera, si sostiene, i pannelli solari possono produrre energia 24 ore al giorno, ed è possibile raffreddare facilmente i processori senza consumare acqua. Secondo SpaceX, «i data center orbitali sono il modo più efficiente per soddisfare la crescente domanda di potenza di calcolo dell’IA».
In realtà le cose sono più complicate. A fronte dei vantaggi, questi progetti presentano criticità che gli addetti ai lavori conoscono bene ma che sono poco note al grande pubblico e negli annunci vengono ignorate o minimizzate.
È vero che in orbita i pannelli solari sono più produttivi che a terra, per vari motivi. Al di sopra delle nuvole e dell’atmosfera la radiazione solare è il 30-40% più alta che al livello del mare; i pannelli solari spaziali convertono in energia elettrica il 30-32%, contro il 20-25% di quelli, molto più economici, usati a terra; infine, nello spazio l’energia solare è disponibile per più tempo, dato che un satellite artificiale rimane in ombra, nascosto dalla Terra, per un tempo che a certe condizioni si può anche azzerare. Combinando tutti i vantaggi, la potenza elettrica prodotta da una data superficie di pannelli solari per un satellite in orbita intorno alla Terra può essere tre o quattro volte maggiore di quella prodotta dalla stessa superficie al suolo.
La potenza necessaria per alimentare i data center, però, è molto più grande di quella solitamente richiesta dai satelliti, e ciò comporta grandi complicazioni tecniche. La Stazione Spaziale Internazionale, la più grande infrastruttura spaziale mai costruita, ha circa 2500 metri quadrati di pannelli solari, l’equivalente di dieci campi da tennis, che generano circa 100 kW di potenza media. I data center hanno bisogno di una potenza che può arrivare ai gigawatt, senza contare quella, tutt’altro che trascurabile, necessaria ad alimentare elettronica di supporto, propulsione, apparati di trasmissione, controllo di assetto e tutti gli altri componenti dell’infrastruttura spaziale. Le alternative possibili sono solo quelle citate: una struttura smisurata, con chilometri quadrati di pannelli solari, secondo il progetto Starcloud, o innumerevoli satelliti dotati ciascuno dei propri pannelli, come ha annunciato SpaceX.
Anche se la soluzione centralizzata permetterebbe probabilmente di realizzare economie di scala, entrambe le architetture sono piuttosto complicate.
L’energia nucleare non è un’alternativa. I generatori termoelettrici a radioisotopi usati su alcune sonde spaziali arrivano al massimo a qualche centinaio di watt, milioni di volte meno del necessario. Lanciare nello spazio un vero reattore nucleare che potrebbe precipitare ovunque sulla Terra, oltre agli ostacoli tecnici, pone evidenti problemi di sicurezza.
Il secondo argomento a favore dei data center orbitali riguarda il raffreddamento dei microprocessori. È un aspetto chiave, perché nei centri di calcolo terrestri l’incidenza degli impianti di raffreddamento può arrivare al 20% dei costi di costruzione e addirittura al 40% del consumo energetico in strutture piccole, mentre nei data center più moderni e ottimizzati la percentuale scende sotto il 10%.
Il problema è che nello spazio raffreddare le apparecchiature elettroniche è più complicato che sulla Terra, non più semplice.
I sistemi di raffreddamento dei data center terrestri possono sfruttare aria o acqua; in ogni caso il calore raccolto viene poi scaricato nell’ambiente con il movimento dell’aria tramite convezione: l’aria si scalda ed espandendosi si sposta, sostituita da nuova aria fredda.
Nello spazio non c’è aria, quindi non si può ricorrere alla convezione. Bisogna sfruttare l’irraggiamento, che trasferisce calore tramite onde elettromagnetiche.
L’irraggiamento diventa molto più efficiente all’aumentare della temperatura, nell’ordine delle migliaia di gradi Celsius: è così che si può cuocere la carne alla brace, perché i carboni ardenti hanno una temperatura intorno a 1000 gradi, e che il Sole, sebbene sia distante centocinquanta milioni di chilometri, può scaldarci abbastanza da permettere la vita sulla Terra, poiché la sua superficie ha una temperatura di migliaia di gradi.
Alle temperature di funzionamento dei computer, però, l’irraggiamento è poco efficiente e comporta quindi ingombri elevati. Per fare un confronto, il radiatore di un’automobile, che funziona per convezione, può smaltire circa 100 kW al metro quadrato. Il radiatore di un satellite, che può contare solo sull’irraggiamento, in condizioni ideali dissipa 300-400 watt al metro quadrato, centinaia di volte meno. Per smaltire nello spazio il calore generato dal motore di un’auto media, servirebbe un radiatore grande come un appartamento.
Oltre a superfici smisurate di pannelli solari, data center orbitali da centinaia di megawatt avrebbero quindi bisogno di superfici altrettanto smisurate di radiatori, da distribuire su poche infrastrutture, con i problemi causati dalle dimensioni, o su tante, con i problemi causati dall’alto numero di satelliti.
In conclusione, è vero che i data center orbitali non graverebbero sulla rete elettrica terrestre, né per l’alimentazione né per il raffreddamento, ma la complessità e i costi delle infrastrutture necessarie sollevano dubbi sulla loro fattibilità con le tecnologie attuali, quantomeno alla scala annunciata.
Rispetto ai data center terrestri, quelli orbitali presentano complicazioni aggiuntive. Le radiazioni cosmiche, non schermate dall’atmosfera e dal campo magnetico terrestre, possono produrre falsi segnali, pericolosi transitori di tensione e salti casuali di stato nelle logiche digitali (processori e memorie). Nello spazio i circuiti integrati si degradano più rapidamente che a terra e necessitano sia di “ridondanza”, cioè di essere duplicati per avere un componente di riserva se si rompe quello principale, sia di protezioni aggiuntive oltre a quella normale. Di solito i chip usati nello spazio sono stati collaudati e certificati per resistere alle radiazioni. Ci sono due strade per farlo: la prima è progettare i componenti ad hoc con una serie di protezioni aggiuntive, la seconda è prendere i componenti commerciali, sottoporli a lunghi e complessi test sotto fasci di radiazioni generati da acceleratori di particelle, selezionare i meno sensibili e introdurre protezioni aggiuntive per attenuare le debolezze evidenziate dai test. Nei componenti sviluppati su misura, le protezioni portano in genere a microchip più costosi, ingombranti, lenti, inefficienti, che dissipano più energia rispetto agli equivalenti commerciali. Con i componenti commerciali, invece, il lungo processo di test e selezione dei candidati migliori fa sì che al momento del lancio si adoperi hardware ormai considerato obsoleto nel mercato commerciale; infine le industrie aerospaziali, una volta individuato un componente resistente alle radiazioni, sono restie a cambiarlo. È possibile che la situazione cambi, ma per conciliare le esigenze dell’ambiente spaziale con le alte prestazioni richieste dall’intelligenza artificiale c’è ancora parecchia strada da fare.
Bisogna poi aggiungere il problema dell’affollamento in orbita bassa e dei micrometeoriti e detriti spaziali. La NASA stima che già oggi si trovino in orbita bassa oltre cento milioni di detriti, soprattutto di piccole dimensioni, quindi impossibili da tracciare con le tecnologie attuali. Le piccole dimensioni non devono rassicurare. L’energia cinetica è proporzionale al quadrato della velocità e questi oggetti sono oltre dieci volte più veloci del proiettile di una pistola: contengono oltre cento volte più energia a parità di massa. Uno qualsiasi di questi detriti ha il potenziale distruttivo di una bomba a mano: molto di più, naturalmente, nel caso dei detriti più grandi. Si possono installare protezioni (la Stazione Spaziale Internazionale ne ha di molto robuste per proteggere gli astronauti), ma sono ingombranti e pesanti. In alternativa, si possono installare ridondanze per gli equipaggiamenti più critici, aumentando però massa e costi.
Con l’introduzione di numerosi nuovi satelliti, il problema dei detriti spaziali in orbita bassa si aggrava. Oggi sono attivi circa 15.000 satelliti, la maggior parte di Starlink, e il problema dei detriti è considerevole: aggiungerne un milione aumenterebbe il numero totale di oltre sessanta volte e con ogni probabilità renderebbe l’orbita bassa impraticabile per tutti.
C’è anche un risvolto legale. Il numero di satelliti che si possono mettere in orbita non è infinito e lo spazio è una risorsa limitata e comune dell’umanità, come stabilito dal Trattato sullo spazio extra-atmosferico del 1967, che vieta a chiunque di arrogarsene il possesso esclusivo. In base a questo principio, la disponibilità dell’orbita geostazionaria usata dai satelliti per telecomunicazioni è gestita da un organismo internazionale secondo norme estremamente rigide. Al contrario, l’orbita bassa è ancora largamente priva di regolamentazione ed è in corso un acceso dibattito sulla possibilità che l'occupazione intensa e a lungo termine di specifiche orbite da parte delle mega-costellazioni private costituisca un’appropriazione illegale.
Il grande numero di satelliti ostacola poi le osservazioni astronomiche da terra. Già la rete Starlink costringe gli astronomi a compiere pose relativamente corte, per ridurre la probabilità di rovinare un’osservazione con la traccia luminosa di un satellite. Un milione di satelliti aggraverebbe di molto il problema. I satelliti producono poi emissioni a radiofrequenza, sia per le comunicazioni sia nel normale funzionamento, interferendo anche con le osservazioni radioastronomiche.
Un altro tema è la manutenzione. Quando un server sulla Terra ha un guasto o bisogna aggiornare l’hardware, si chiama un tecnico per gli interventi necessari. Nello spazio, mandare astronauti a fare manutenzione è fuori discussione a causa di costi e rischi. Oltre ad accettare che le prestazioni di un data center in orbita si riducano con il tempo, ci sono due alternative: sacrificare i satelliti difettosi, con un ulteriore aumento dei costi perché sarà necessario prevederne di aggiuntivi, oppure adoperare bracci robotici autonomi o controllati da remoto, una tecnologia che tutte le imprese spaziali stanno sviluppando ma che richiederà tempo per essere pronta, affidabile ed economicamente competitiva.
I satelliti in orbita bassa si trovano in uno strato dell’atmosfera molto rarefatto, ma ancora in grado di esercitare una leggera resistenza aerodinamica, che ne abbassa gradualmente l’orbita rendendo necessarie periodiche accensioni dei motori, chiamate “reboost”. La Stazione Spaziale Internazionale, che ha una massa di circa 400 tonnellate, per i reboost ha bisogno di una quantità di propellente che va da 4 a 8 tonnellate l’anno. Servono quindi rifornimenti periodici, che si aggiungono ai costi di messa in orbita e manutenzione. La massa di propellente necessario è proporzionale a quella del satellite e un data center da 5 GW come quello previsto dal progetto Starcloud sarebbe migliaia di volte più pesante della Stazione Spaziale Internazionale.
Con gli odierni vettori medio-grandi un singolo lancio in orbita bassa costa dai 70 ai 130 milioni di dollari e trasporta alcune decine di tonnellate: per mandare un chilogrammo nello spazio si spende qualche migliaio di dollari. Pannelli solari, sistemi di raffreddamento ed elettronica di controllo a uso spaziale costano vari ordini di grandezza in più dei loro equivalenti terrestri e finché il costo del lancio inciderà in maniera significativa sul costo totale non diventeranno più economici. Se il lancio è costoso, conviene investire sull’affidabilità dell’oggetto lanciato, per evitare costosi interventi di riparazione e migliorare il rapporto tra costi logistici e investimenti per lo sviluppo.
La scommessa è che nei prossimi anni il costo di accesso all’orbita si abbatta con nuovi sistemi di lancio riutilizzabili, come Starship, sviluppato da SpaceX. La marcata riduzione del costo di trasporto, insieme alla produzione su larga scala di componenti e infrastrutture spaziali, potrebbe generare economie di scala capaci di abbassare progressivamente anche gli altri costi del sistema. In questo scenario, l’alto investimento iniziale si potrebbe ammortizzare nel tempo grazie a costi operativi relativamente bassi, in particolare per l’approvvigionamento energetico e il raffreddamento.
Tali valutazioni però sono affette da forti incertezze. Per capirne le difficoltà abbiamo esaminato il “white paper” del progetto Starcloud, che ipotizza di costruire un data center composto da moduli da 40 MW ciascuno. Il documento include una tabella di confronto tra i costi complessivi calcolati per un data center terrestre e un singolo modulo di quello orbitale, ipotizzando per entrambi una potenza di 40 MW e una vita operativa di dieci anni. Il risultato è un costo totale di 167 milioni di dollari per il data center terrestre e di soli 8,2 milioni di dollari per quello orbitale, venti volte più economico. Nel confronto però ci sono vari problemi di metodo. Ci limitiamo ai principali.
Starcloud sostiene che due lanci di Starship da 100 tonnellate ciascuno sarebbero sufficienti per portare in orbita bassa tutto l’hardware necessario a un data center da 40 MW e afferma di poter lanciare l’intera infrastruttura da 5 GW in due o tre mesi, con tre lanci al giorno. Si ipotizza un prezzo per il cliente di 5 milioni di dollari per ogni lancio, ma nella tabella di confronto si considera un solo lancio, anziché i due dichiarati.
Non è noto quando sarà operativo Starship né tantomeno a quale prezzo per i clienti, quindi le stime delle spese sono ipotesi speculative. Al 2026 il prezzo al cliente di un singolo lancio di Falcon Heavy riutilizzabile è 97 milioni di dollari. Il solo propellente per ogni lancio (metano e ossigeno) costa circa un milione.
Ma la stima di 200 tonnellate per la massa di un intero data center da 40 MW sembra molto ottimistica. Se si considerano gli standard costruttivi odierni, la sola parte digitale peserebbe di più. A ciò va aggiunta la massa di pannelli solari, radiatori, protezione dalle radiazioni e dai micrometeoriti, o in alternativa una massa aggiuntiva di dispositivi digitali per rimpiazzare quelli danneggiati, e di tutti gli altri sistemi necessari per l’operatività, più la massa di propellente necessario per correggere le perturbazioni dell’orbita dovute al gradiente gravitazionale e alla pressione di radiazione del Sole, compensando le perdite di quota dovute all’attrito atmosferico.
Pur con tutte le incertezze del caso, per operare un modulo da 40 MW per dieci anni, sembra più realistica una stima non di 200 tonnellate, ma dell’ordine di alcune migliaia di tonnellate. Se così fosse, i due lanci stimati non sarebbero sufficienti; ne servirebbero molti di più, con un proporzionale aumento dei costi.
Inoltre, sono trascurate intere altre categorie di costo, legate all’intero ciclo di vita del progetto: costruzione, collaudo e assemblaggio in orbita dell’hardware necessario, gestione dell'infrastruttura da terra, terminali di comunicazione, compliance normativa, gestione del fine vita, eventuali assicurazioni e così via. Per fare un esempio, il costo stimato per l’hardware di raffreddamento, chiamato in gergo spaziale “controllo termico”, è zero. Il costo reale del controllo termico usato dai satelliti Starlink, uno dei più economici oggi sul mercato, non è pubblicamente noto ma è stimato in 10-15 dollari al watt. Un modulo di data center da 40 MW avrebbe una dissipazione termica circa ventimila volte superiore a quella di un satellite Starlink. Scalare il sistema di controllo termico di ventimila volte permetterebbe economie di scala, ma comporterebbe complicazioni tecniche inedite e non necessariamente risolvibili. Nel documento non è prevista alcuna voce di spesa sugli investimenti necessari per una simile impresa ingegneristica.
Viene infine trascurata un’altra categoria di costi: quella delle cosiddette “esternalità negative”, cioè i costi che gravano su altri attori. Il lancio di qualsiasi infrastruttura deve infatti considerare anche le probabilità di costi derivanti da collisioni con detriti o altri oggetti spaziali. Queste stime includono sia la perdita economica attesa per singoli satelliti, che implica un rischio assicurativo, sia i costi operativi legati alle manovre per evitare la collisione, che peraltro riducono la vita utile del satellite, sia quelli legati alla mitigazione dei detriti. Secondo l’OECD[1], le misure di mitigazione e protezione dai detriti possono rappresentare fino al 5-10% del costo totale di una missione satellitare.
Prima ancora che l’orbita diventi inaccessibile fisicamente, in assenza di interventi per la corretta gestione, essa potrebbe diventare economicamente insostenibile per gli elevati rischi assicurativi.
Rispetto all’impatto ambientale, si possono fare considerazioni analoghe a quelle sui costi. Durante la vita operativa, i data center orbitali avrebbero un impatto minimo se si trascura quello sull’affollamento dell’orbita bassa: tutto l’effetto si concentrerebbe nella fase del lancio e, in misura minore ma non trascurabile, in quella di rientro atmosferico, con la disintegrazione del satellite.
Stimare quanta anidride carbonica viene emessa durante i lanci non è semplice perché ci sono molte variabili, dal tipo di carburante usato, all’efficienza dei motori, alle capacità di carico dei lanciatori. Possiamo per esempio stimare la CO2 emessa per il lancio con Starship. Alla combustione di 1070 tonnellate di metano, corrispondenti a circa 2900 tonnellate di CO2, vanno aggiunte le emissioni per la costruzione del vettore, divise per il numero di riutilizzi, e per la liquefazione dell’ossigeno, per un totale di emissioni dirette di circa 20 tonnellate di CO2 per ogni tonnellata lanciata in orbita. Si può usare metano “verde”, ma ciò richiede una cospicua quantità di energia primaria, perciò le emissioni per chilogrammo di carico utile risulterebbero solo dimezzate, con maggiori costi per lancio. Risultati simili si ottengono per altri lanciatori pesanti come il Falcon Heavy.
Nel rientro, l’intenso calore provoca la produzione di ossidi di azoto, dal forte potere climalterante, equivalenti a 150 tonnellate di CO2 per tonnellata di materiale deorbitato. Bisogna poi considerare gli effetti del particolato prodotto durante il rientro, soprattutto ossidi di alluminio, sui quali esistono oggi ancora pochi studi.
Complessivamente il bilancio risulterebbe positivo, ma con meno margini di quanto indicato nei progetti. Per avere un termine di paragone, un data center da 40 MW consuma 3500 GWh in dieci anni di uso a piena potenza. La densità di emissioni in Europa è di 200 tonnellate di CO2 per GWh, corrispondenti a 700.000 tonnellate nella vita utile del data center. Se ipotizziamo per il data center orbitale un peso complessivo al lancio di 2000 tonnellate, la CO2 equivalente sarebbe pari a 300.000 tonnellate, poco meno della metà di quello terrestre. Ma dipende moltissimo da come viene generata l’energia nel data center a terra, da come viene prodotto il carburante, dai dettagli dei piani di rientro e dagli effettivi risparmi di peso.
L’interesse per l’idea di spostare in orbita intorno alla Terra le infrastrutture di calcolo è giustificato, poiché l’espansione della space economy aprirà nuove opportunità in molti settori industriali. La domanda crescente di energia da parte dei data center che entrano in ogni aspetto della nostra vita digitale richiederà nuove soluzioni che ne rendano sostenibile lo sviluppo, e insieme alle altre tecnologie è logico investigare anche le infrastrutture di calcolo in orbita, che offrono interessanti opportunità e possibili ricadute positive.
Tuttavia, come spesso accade nei settori emergenti ad alta intensità tecnologica, gli annunci delle aziende tendono a enfatizzare scenari futuri fin troppo ambiziosi.
Da un lato, i protagonisti dell’industria digitale tendono a sottovalutare le specifiche difficoltà tecniche del settore spaziale, perché peculiari e lontane dalla loro esperienza. Dall’altro, strategie comunicative azzardate – come quelle adottate da Musk – fanno pensare più a una mossa per attrarre investitori e mettere pressione sui concorrenti che a un progetto di imminente realizzazione.
Nel loro insieme, questi comportamenti possono generare aspettative esagerate rispetto all’effettiva maturità tecnologica ed economica delle architetture proposte, e potrebbero provocare il contraccolpo di una profonda delusione quando emergeranno con più evidenza le difficoltà.
La proposta dei data center spaziali solleva complesse sfide tecnologiche ed economiche. Affrontarle richiederà cospicui investimenti in ricerca e sviluppo, dall’esito non scontato, e di conseguenza tempi non immediati. Inoltre, le numerose incognite su queste tecnologie rendono difficile prevedere oggi fino a che punto si potrà spingere la loro adozione. Valutare con obiettività e cognizione di causa sia i possibili benefici sia le difficoltà poste dall’idea dei data center spaziali è il modo più responsabile per affrontare la questione.
A cura di Stefano Bagnasco, Gianni Comoretto, Cora Daolio. Si ringraziano per la consulenza: Luca Boschini, Antonio Caiazza, Lorenzo Guarino, Rodolfo Rolando, Jürgen Schilke, Francesca Tiboldo
Ogni volta che inviamo un’email, guardiamo un film in streaming, acquistiamo online o ci colleghiamo alla nostra banca in rete, stiamo interagendo con un data center. I data center, o centri di elaborazione dati, sono strutture fisiche che ospitano migliaia di server interconnessi, progettati per gestire enormi volumi di informazioni, eseguire i software di cloud computing che usiamo quotidianamente e mettere in comunicazione utenti e servizi in tutto il mondo in tempo reale. Per funzionare richiedono impianti di alimentazione elettrica ridondanti, potenti sistemi di raffreddamento che evitino il surriscaldamento dei processori, e altissimi livelli di sicurezza fisica e informatica.
Oltre agli aspetti economici, i data center sono importanti anche sul piano geopolitico: la sovranità digitale di una nazione dipende dalla capacità di mantenere i dati dei propri cittadini e delle proprie imprese entro i confini nazionali, sottraendoli al controllo di potenze straniere o di grandi corporation private. Non a caso, l’Unione Europea ha investito miliardi per sviluppare infrastrutture digitali indipendenti e ridurre la dipendenza dalle grandi aziende extraeuropeehttps://www.european-processor-initiative.eu/ .
Le sfide future sono almeno tre. La prima riguarda la latenza, ossia il ritardo medio di comunicazione di rete: ridurla è indispensabile per garantire servizi ad alte prestazioni come la guida autonoma e la realtà aumentata. La seconda è l’esplosione dell’intelligenza artificiale, che richiede potenze di calcolo senza precedenti e causa la costruzione di data center sempre più grandi e specializzati. La terza è l’impatto ambientale: già oggi i data center consumano circa il 2% dell’elettricità mondiale, una quota destinata a crescere rapidamente.
Possiamo definire l’economia dello spazio come l’insieme delle attività e dei servizi che sviluppano o adoperano infrastrutture spaziali, generando valore economico e benefici per la società. Rientrano nella definizione le attività di ricerca scientifica e sviluppo tecnologico, il comparto manifatturiero (chi produce satelliti, lanciatori o moduli pressurizzati) e il cosiddetto downstream, che comprende tutte le attività che gestiscono i dati provenienti dallo spazio. A partire dai dati satellitari nascono infatti servizi presenti in moltissimi settori economici: dalle televisioni satellitari alle applicazioni per smartphone che sfruttano sistemi di posizionamento, fino alle tecnologie per l’agricoltura di precisione, con macchinari capaci di mappare lo stato dei campi e ottimizzare le lavorazioni.
Grazie a questa trasversalità al servizio di molti settori differenti, gli analisti prevedono che tra il 2035 e il 2040 il valore della Space Economy globale supererà di molto i 1000 miliardi di dollari, arrivando nelle previsioni più rosee a 1800 miliardi.
Oltre alla spinta verso la digitalizzazione dell’economia, il downstream cresce anche per effetto dei cambiamenti nel comparto manifatturiero e nel segmento dei lanci spaziali, ossia l’upstream. La riduzione dei costi di accesso all’orbita, l’uso di componenti commerciali e la miniaturizzazione dell’hardware fanno immaginare nuove attività in orbita bassa terrestre, come la ricerca e sviluppo e la manifattura in orbita, nonché i servizi robotici per la manutenzione, riparazione e assistenza in orbita di diverse infrastrutture orbitali.
Oggi si parla anche di una possibile economia lunare o asteroidale: quest’ultima, una prospettiva ancora più lontana. Si tratta di mercati in fase embrionale, che promettono sviluppi futuri tanto interessanti quanto incerti. Tali nuove frontiere sono però esposte a un rischio normativo e a un rischio di distorsione del mercato.
Il rischio normativo consiste nella possibilità che gli adeguamenti delle norme internazionali sull’esplorazione e sullo sfruttamento delle risorse extra-terrestri non tengano il passo degli sviluppi tecnologici. In queste condizioni possono formarsi consuetudini operative capaci di avvantaggiare i first mover a scapito di chi arriva dopo.
Il rischio di distorsione del mercato, invece, riguarda la struttura delle partnership tra pubblico e privato. Oggi molte attività commerciali nello spazio si basano su una domanda alimentata soprattutto dai governi, un meccanismo essenziale nelle fasi iniziali di sviluppo del settore. Tuttavia l’aspettativa di una domanda futura su cui si fondano alcuni investimenti potrebbe non materializzarsi, o non essere sufficiente a sostenere economicamente le infrastrutture sviluppate.
Questi rischi impongono quindi un approccio prudente e incrementale nello sviluppo dei progetti relativi, accompagnato da valutazioni rigorose degli esperti sia nelle aziende sia nelle agenzie spaziali.
Nasce da qui l’idea di costruire data center nello spazio, declinata in vari modi. Space X, l’azienda spaziale di Elon Musk, ha depositato una richiesta di autorizzazione per lanciare fino a un milione di satelliti per data center a energia solare, mirati ad alimentare applicazioni di intelligenza artificiale. È un numero senza precedenti. La rete Starlink, creata dalla stessa SpaceX, conta oggi circa 10.000 satelliti ed è la costellazione più numerosa mai costruita. Il gigante dei microprocessori Nvidia ha deciso invece di promuovere il progetto Starcloud, fondato su una filosofia opposta: non una costellazione distribuita di piccoli data center, ma una grande infrastruttura centralizzata con una potenza di 5 gigawatt, cinquantamila volte di più del più potente oggetto artificiale oggi in orbita, la Stazione Spaziale Internazionale. Anche Blue Origin, la rivale di SpaceX, di proprietà di Jeff Bezos, ha depositato una richiesta per lo sviluppo di data center orbitali, mentre varie startup hanno annunciato iniziative analoghe. Il tema interessa infine le istituzioni pubbliche: la Commissione Europea ha finanziato studi di fattibilità e la Cina sta investendo nel settore.
La tesi a favore dei data center orbitali è che, a fronte di un maggior costo di installazione, abbatterebbero costi operativi e impatto ambientale. Al di fuori dell’atmosfera, si sostiene, i pannelli solari possono produrre energia 24 ore al giorno, ed è possibile raffreddare facilmente i processori senza consumare acqua. Secondo SpaceX, «i data center orbitali sono il modo più efficiente per soddisfare la crescente domanda di potenza di calcolo dell’IA».
In realtà le cose sono più complicate. A fronte dei vantaggi, questi progetti presentano criticità che gli addetti ai lavori conoscono bene ma che sono poco note al grande pubblico e negli annunci vengono ignorate o minimizzate.
Energia gratis?
È vero che in orbita i pannelli solari sono più produttivi che a terra, per vari motivi. Al di sopra delle nuvole e dell’atmosfera la radiazione solare è il 30-40% più alta che al livello del mare; i pannelli solari spaziali convertono in energia elettrica il 30-32%, contro il 20-25% di quelli, molto più economici, usati a terra; infine, nello spazio l’energia solare è disponibile per più tempo, dato che un satellite artificiale rimane in ombra, nascosto dalla Terra, per un tempo che a certe condizioni si può anche azzerare. Combinando tutti i vantaggi, la potenza elettrica prodotta da una data superficie di pannelli solari per un satellite in orbita intorno alla Terra può essere tre o quattro volte maggiore di quella prodotta dalla stessa superficie al suolo.
La potenza necessaria per alimentare i data center, però, è molto più grande di quella solitamente richiesta dai satelliti, e ciò comporta grandi complicazioni tecniche. La Stazione Spaziale Internazionale, la più grande infrastruttura spaziale mai costruita, ha circa 2500 metri quadrati di pannelli solari, l’equivalente di dieci campi da tennis, che generano circa 100 kW di potenza media. I data center hanno bisogno di una potenza che può arrivare ai gigawatt, senza contare quella, tutt’altro che trascurabile, necessaria ad alimentare elettronica di supporto, propulsione, apparati di trasmissione, controllo di assetto e tutti gli altri componenti dell’infrastruttura spaziale. Le alternative possibili sono solo quelle citate: una struttura smisurata, con chilometri quadrati di pannelli solari, secondo il progetto Starcloud, o innumerevoli satelliti dotati ciascuno dei propri pannelli, come ha annunciato SpaceX.
Anche se la soluzione centralizzata permetterebbe probabilmente di realizzare economie di scala, entrambe le architetture sono piuttosto complicate.
L’energia nucleare non è un’alternativa. I generatori termoelettrici a radioisotopi usati su alcune sonde spaziali arrivano al massimo a qualche centinaio di watt, milioni di volte meno del necessario. Lanciare nello spazio un vero reattore nucleare che potrebbe precipitare ovunque sulla Terra, oltre agli ostacoli tecnici, pone evidenti problemi di sicurezza.
Il secondo argomento a favore dei data center orbitali riguarda il raffreddamento dei microprocessori. È un aspetto chiave, perché nei centri di calcolo terrestri l’incidenza degli impianti di raffreddamento può arrivare al 20% dei costi di costruzione e addirittura al 40% del consumo energetico in strutture piccole, mentre nei data center più moderni e ottimizzati la percentuale scende sotto il 10%.
La Stazione Spaziale Internazionale, qui ripresa dalla capsula Crew Dragon, ha circa 2500 metri quadrati di pannelli solari, l’equivalente di dieci campi da tennis, che generano circa 100 kW di potenza media © NASA, Public domain, via Wikimedia Commons
Il problema è che nello spazio raffreddare le apparecchiature elettroniche è più complicato che sulla Terra, non più semplice.
I sistemi di raffreddamento dei data center terrestri possono sfruttare aria o acqua; in ogni caso il calore raccolto viene poi scaricato nell’ambiente con il movimento dell’aria tramite convezione: l’aria si scalda ed espandendosi si sposta, sostituita da nuova aria fredda.
Nello spazio non c’è aria, quindi non si può ricorrere alla convezione. Bisogna sfruttare l’irraggiamento, che trasferisce calore tramite onde elettromagnetiche.
L’irraggiamento diventa molto più efficiente all’aumentare della temperatura, nell’ordine delle migliaia di gradi Celsius: è così che si può cuocere la carne alla brace, perché i carboni ardenti hanno una temperatura intorno a 1000 gradi, e che il Sole, sebbene sia distante centocinquanta milioni di chilometri, può scaldarci abbastanza da permettere la vita sulla Terra, poiché la sua superficie ha una temperatura di migliaia di gradi.
Alle temperature di funzionamento dei computer, però, l’irraggiamento è poco efficiente e comporta quindi ingombri elevati. Per fare un confronto, il radiatore di un’automobile, che funziona per convezione, può smaltire circa 100 kW al metro quadrato. Il radiatore di un satellite, che può contare solo sull’irraggiamento, in condizioni ideali dissipa 300-400 watt al metro quadrato, centinaia di volte meno. Per smaltire nello spazio il calore generato dal motore di un’auto media, servirebbe un radiatore grande come un appartamento.
Oltre a superfici smisurate di pannelli solari, data center orbitali da centinaia di megawatt avrebbero quindi bisogno di superfici altrettanto smisurate di radiatori, da distribuire su poche infrastrutture, con i problemi causati dalle dimensioni, o su tante, con i problemi causati dall’alto numero di satelliti.
In conclusione, è vero che i data center orbitali non graverebbero sulla rete elettrica terrestre, né per l’alimentazione né per il raffreddamento, ma la complessità e i costi delle infrastrutture necessarie sollevano dubbi sulla loro fattibilità con le tecnologie attuali, quantomeno alla scala annunciata.
L’affollamento dell’orbita bassa è un problema anche per le osservazioni astronomiche. In questa foto, insieme a Venere e alle Pleiadi si vedono le tracce di un gruppo di satelliti della costellazione Starlink © Torsten Hansen/IAU OAE, CC BY 4.0, via Wikimedia Commons
Altri svantaggi
Rispetto ai data center terrestri, quelli orbitali presentano complicazioni aggiuntive. Le radiazioni cosmiche, non schermate dall’atmosfera e dal campo magnetico terrestre, possono produrre falsi segnali, pericolosi transitori di tensione e salti casuali di stato nelle logiche digitali (processori e memorie). Nello spazio i circuiti integrati si degradano più rapidamente che a terra e necessitano sia di “ridondanza”, cioè di essere duplicati per avere un componente di riserva se si rompe quello principale, sia di protezioni aggiuntive oltre a quella normale. Di solito i chip usati nello spazio sono stati collaudati e certificati per resistere alle radiazioni. Ci sono due strade per farlo: la prima è progettare i componenti ad hoc con una serie di protezioni aggiuntive, la seconda è prendere i componenti commerciali, sottoporli a lunghi e complessi test sotto fasci di radiazioni generati da acceleratori di particelle, selezionare i meno sensibili e introdurre protezioni aggiuntive per attenuare le debolezze evidenziate dai test. Nei componenti sviluppati su misura, le protezioni portano in genere a microchip più costosi, ingombranti, lenti, inefficienti, che dissipano più energia rispetto agli equivalenti commerciali. Con i componenti commerciali, invece, il lungo processo di test e selezione dei candidati migliori fa sì che al momento del lancio si adoperi hardware ormai considerato obsoleto nel mercato commerciale; infine le industrie aerospaziali, una volta individuato un componente resistente alle radiazioni, sono restie a cambiarlo. È possibile che la situazione cambi, ma per conciliare le esigenze dell’ambiente spaziale con le alte prestazioni richieste dall’intelligenza artificiale c’è ancora parecchia strada da fare.
Bisogna poi aggiungere il problema dell’affollamento in orbita bassa e dei micrometeoriti e detriti spaziali. La NASA stima che già oggi si trovino in orbita bassa oltre cento milioni di detriti, soprattutto di piccole dimensioni, quindi impossibili da tracciare con le tecnologie attuali. Le piccole dimensioni non devono rassicurare. L’energia cinetica è proporzionale al quadrato della velocità e questi oggetti sono oltre dieci volte più veloci del proiettile di una pistola: contengono oltre cento volte più energia a parità di massa. Uno qualsiasi di questi detriti ha il potenziale distruttivo di una bomba a mano: molto di più, naturalmente, nel caso dei detriti più grandi. Si possono installare protezioni (la Stazione Spaziale Internazionale ne ha di molto robuste per proteggere gli astronauti), ma sono ingombranti e pesanti. In alternativa, si possono installare ridondanze per gli equipaggiamenti più critici, aumentando però massa e costi.
Con l’introduzione di numerosi nuovi satelliti, il problema dei detriti spaziali in orbita bassa si aggrava. Oggi sono attivi circa 15.000 satelliti, la maggior parte di Starlink, e il problema dei detriti è considerevole: aggiungerne un milione aumenterebbe il numero totale di oltre sessanta volte e con ogni probabilità renderebbe l’orbita bassa impraticabile per tutti.
C’è anche un risvolto legale. Il numero di satelliti che si possono mettere in orbita non è infinito e lo spazio è una risorsa limitata e comune dell’umanità, come stabilito dal Trattato sullo spazio extra-atmosferico del 1967, che vieta a chiunque di arrogarsene il possesso esclusivo. In base a questo principio, la disponibilità dell’orbita geostazionaria usata dai satelliti per telecomunicazioni è gestita da un organismo internazionale secondo norme estremamente rigide. Al contrario, l’orbita bassa è ancora largamente priva di regolamentazione ed è in corso un acceso dibattito sulla possibilità che l'occupazione intensa e a lungo termine di specifiche orbite da parte delle mega-costellazioni private costituisca un’appropriazione illegale.
Il grande numero di satelliti ostacola poi le osservazioni astronomiche da terra. Già la rete Starlink costringe gli astronomi a compiere pose relativamente corte, per ridurre la probabilità di rovinare un’osservazione con la traccia luminosa di un satellite. Un milione di satelliti aggraverebbe di molto il problema. I satelliti producono poi emissioni a radiofrequenza, sia per le comunicazioni sia nel normale funzionamento, interferendo anche con le osservazioni radioastronomiche.
Un altro tema è la manutenzione. Quando un server sulla Terra ha un guasto o bisogna aggiornare l’hardware, si chiama un tecnico per gli interventi necessari. Nello spazio, mandare astronauti a fare manutenzione è fuori discussione a causa di costi e rischi. Oltre ad accettare che le prestazioni di un data center in orbita si riducano con il tempo, ci sono due alternative: sacrificare i satelliti difettosi, con un ulteriore aumento dei costi perché sarà necessario prevederne di aggiuntivi, oppure adoperare bracci robotici autonomi o controllati da remoto, una tecnologia che tutte le imprese spaziali stanno sviluppando ma che richiederà tempo per essere pronta, affidabile ed economicamente competitiva.
I satelliti in orbita bassa si trovano in uno strato dell’atmosfera molto rarefatto, ma ancora in grado di esercitare una leggera resistenza aerodinamica, che ne abbassa gradualmente l’orbita rendendo necessarie periodiche accensioni dei motori, chiamate “reboost”. La Stazione Spaziale Internazionale, che ha una massa di circa 400 tonnellate, per i reboost ha bisogno di una quantità di propellente che va da 4 a 8 tonnellate l’anno. Servono quindi rifornimenti periodici, che si aggiungono ai costi di messa in orbita e manutenzione. La massa di propellente necessario è proporzionale a quella del satellite e un data center da 5 GW come quello previsto dal progetto Starcloud sarebbe migliaia di volte più pesante della Stazione Spaziale Internazionale.
Rientro del razzo Super Heavy 12 di SpaceX durante il quinto test di volo, il 13 ottobre 2024. I sistemi di lancio riutilizzabili potrebbero abbattere i costi di accesso all’orbita © photo by Jurvetson (flickr)
Costi e impatto ambientale
Con gli odierni vettori medio-grandi un singolo lancio in orbita bassa costa dai 70 ai 130 milioni di dollari e trasporta alcune decine di tonnellate: per mandare un chilogrammo nello spazio si spende qualche migliaio di dollari. Pannelli solari, sistemi di raffreddamento ed elettronica di controllo a uso spaziale costano vari ordini di grandezza in più dei loro equivalenti terrestri e finché il costo del lancio inciderà in maniera significativa sul costo totale non diventeranno più economici. Se il lancio è costoso, conviene investire sull’affidabilità dell’oggetto lanciato, per evitare costosi interventi di riparazione e migliorare il rapporto tra costi logistici e investimenti per lo sviluppo.
La scommessa è che nei prossimi anni il costo di accesso all’orbita si abbatta con nuovi sistemi di lancio riutilizzabili, come Starship, sviluppato da SpaceX. La marcata riduzione del costo di trasporto, insieme alla produzione su larga scala di componenti e infrastrutture spaziali, potrebbe generare economie di scala capaci di abbassare progressivamente anche gli altri costi del sistema. In questo scenario, l’alto investimento iniziale si potrebbe ammortizzare nel tempo grazie a costi operativi relativamente bassi, in particolare per l’approvvigionamento energetico e il raffreddamento.
Tali valutazioni però sono affette da forti incertezze. Per capirne le difficoltà abbiamo esaminato il “white paper” del progetto Starcloud, che ipotizza di costruire un data center composto da moduli da 40 MW ciascuno. Il documento include una tabella di confronto tra i costi complessivi calcolati per un data center terrestre e un singolo modulo di quello orbitale, ipotizzando per entrambi una potenza di 40 MW e una vita operativa di dieci anni. Il risultato è un costo totale di 167 milioni di dollari per il data center terrestre e di soli 8,2 milioni di dollari per quello orbitale, venti volte più economico. Nel confronto però ci sono vari problemi di metodo. Ci limitiamo ai principali.
Starcloud sostiene che due lanci di Starship da 100 tonnellate ciascuno sarebbero sufficienti per portare in orbita bassa tutto l’hardware necessario a un data center da 40 MW e afferma di poter lanciare l’intera infrastruttura da 5 GW in due o tre mesi, con tre lanci al giorno. Si ipotizza un prezzo per il cliente di 5 milioni di dollari per ogni lancio, ma nella tabella di confronto si considera un solo lancio, anziché i due dichiarati.
Non è noto quando sarà operativo Starship né tantomeno a quale prezzo per i clienti, quindi le stime delle spese sono ipotesi speculative. Al 2026 il prezzo al cliente di un singolo lancio di Falcon Heavy riutilizzabile è 97 milioni di dollari. Il solo propellente per ogni lancio (metano e ossigeno) costa circa un milione.
La superficie di pannelli solari necessaria ad alimentare il data center nel progetto Starcloud a confronto con le dimensioni di una Tesla e della Stazione Spaziale Internazionale © Alessio Ravazzani
Ma la stima di 200 tonnellate per la massa di un intero data center da 40 MW sembra molto ottimistica. Se si considerano gli standard costruttivi odierni, la sola parte digitale peserebbe di più. A ciò va aggiunta la massa di pannelli solari, radiatori, protezione dalle radiazioni e dai micrometeoriti, o in alternativa una massa aggiuntiva di dispositivi digitali per rimpiazzare quelli danneggiati, e di tutti gli altri sistemi necessari per l’operatività, più la massa di propellente necessario per correggere le perturbazioni dell’orbita dovute al gradiente gravitazionale e alla pressione di radiazione del Sole, compensando le perdite di quota dovute all’attrito atmosferico.
Pur con tutte le incertezze del caso, per operare un modulo da 40 MW per dieci anni, sembra più realistica una stima non di 200 tonnellate, ma dell’ordine di alcune migliaia di tonnellate. Se così fosse, i due lanci stimati non sarebbero sufficienti; ne servirebbero molti di più, con un proporzionale aumento dei costi.
Inoltre, sono trascurate intere altre categorie di costo, legate all’intero ciclo di vita del progetto: costruzione, collaudo e assemblaggio in orbita dell’hardware necessario, gestione dell'infrastruttura da terra, terminali di comunicazione, compliance normativa, gestione del fine vita, eventuali assicurazioni e così via. Per fare un esempio, il costo stimato per l’hardware di raffreddamento, chiamato in gergo spaziale “controllo termico”, è zero. Il costo reale del controllo termico usato dai satelliti Starlink, uno dei più economici oggi sul mercato, non è pubblicamente noto ma è stimato in 10-15 dollari al watt. Un modulo di data center da 40 MW avrebbe una dissipazione termica circa ventimila volte superiore a quella di un satellite Starlink. Scalare il sistema di controllo termico di ventimila volte permetterebbe economie di scala, ma comporterebbe complicazioni tecniche inedite e non necessariamente risolvibili. Nel documento non è prevista alcuna voce di spesa sugli investimenti necessari per una simile impresa ingegneristica.
Viene infine trascurata un’altra categoria di costi: quella delle cosiddette “esternalità negative”, cioè i costi che gravano su altri attori. Il lancio di qualsiasi infrastruttura deve infatti considerare anche le probabilità di costi derivanti da collisioni con detriti o altri oggetti spaziali. Queste stime includono sia la perdita economica attesa per singoli satelliti, che implica un rischio assicurativo, sia i costi operativi legati alle manovre per evitare la collisione, che peraltro riducono la vita utile del satellite, sia quelli legati alla mitigazione dei detriti. Secondo l’OECD[1], le misure di mitigazione e protezione dai detriti possono rappresentare fino al 5-10% del costo totale di una missione satellitare.
Prima ancora che l’orbita diventi inaccessibile fisicamente, in assenza di interventi per la corretta gestione, essa potrebbe diventare economicamente insostenibile per gli elevati rischi assicurativi.
Rispetto all’impatto ambientale, si possono fare considerazioni analoghe a quelle sui costi. Durante la vita operativa, i data center orbitali avrebbero un impatto minimo se si trascura quello sull’affollamento dell’orbita bassa: tutto l’effetto si concentrerebbe nella fase del lancio e, in misura minore ma non trascurabile, in quella di rientro atmosferico, con la disintegrazione del satellite.
Stimare quanta anidride carbonica viene emessa durante i lanci non è semplice perché ci sono molte variabili, dal tipo di carburante usato, all’efficienza dei motori, alle capacità di carico dei lanciatori. Possiamo per esempio stimare la CO2 emessa per il lancio con Starship. Alla combustione di 1070 tonnellate di metano, corrispondenti a circa 2900 tonnellate di CO2, vanno aggiunte le emissioni per la costruzione del vettore, divise per il numero di riutilizzi, e per la liquefazione dell’ossigeno, per un totale di emissioni dirette di circa 20 tonnellate di CO2 per ogni tonnellata lanciata in orbita. Si può usare metano “verde”, ma ciò richiede una cospicua quantità di energia primaria, perciò le emissioni per chilogrammo di carico utile risulterebbero solo dimezzate, con maggiori costi per lancio. Risultati simili si ottengono per altri lanciatori pesanti come il Falcon Heavy.
La crescita dei data center, trainata da settori come intelligenza artificiale e internet delle cose, avrà un impatto sulle risorse naturali dovuto alla produzione di energia e alla necessità di raffreddamento dei computer © Mauvries/iStock
Nel rientro, l’intenso calore provoca la produzione di ossidi di azoto, dal forte potere climalterante, equivalenti a 150 tonnellate di CO2 per tonnellata di materiale deorbitato. Bisogna poi considerare gli effetti del particolato prodotto durante il rientro, soprattutto ossidi di alluminio, sui quali esistono oggi ancora pochi studi.
Complessivamente il bilancio risulterebbe positivo, ma con meno margini di quanto indicato nei progetti. Per avere un termine di paragone, un data center da 40 MW consuma 3500 GWh in dieci anni di uso a piena potenza. La densità di emissioni in Europa è di 200 tonnellate di CO2 per GWh, corrispondenti a 700.000 tonnellate nella vita utile del data center. Se ipotizziamo per il data center orbitale un peso complessivo al lancio di 2000 tonnellate, la CO2 equivalente sarebbe pari a 300.000 tonnellate, poco meno della metà di quello terrestre. Ma dipende moltissimo da come viene generata l’energia nel data center a terra, da come viene prodotto il carburante, dai dettagli dei piani di rientro e dagli effettivi risparmi di peso.
La NASA stima che già oggi si trovino in orbita bassa oltre cento milioni di detriti, soprattutto di piccole dimensioni © dottedhippo/iStock
Entusiasmo eccessivo?
L’interesse per l’idea di spostare in orbita intorno alla Terra le infrastrutture di calcolo è giustificato, poiché l’espansione della space economy aprirà nuove opportunità in molti settori industriali. La domanda crescente di energia da parte dei data center che entrano in ogni aspetto della nostra vita digitale richiederà nuove soluzioni che ne rendano sostenibile lo sviluppo, e insieme alle altre tecnologie è logico investigare anche le infrastrutture di calcolo in orbita, che offrono interessanti opportunità e possibili ricadute positive.
Tuttavia, come spesso accade nei settori emergenti ad alta intensità tecnologica, gli annunci delle aziende tendono a enfatizzare scenari futuri fin troppo ambiziosi.
Da un lato, i protagonisti dell’industria digitale tendono a sottovalutare le specifiche difficoltà tecniche del settore spaziale, perché peculiari e lontane dalla loro esperienza. Dall’altro, strategie comunicative azzardate – come quelle adottate da Musk – fanno pensare più a una mossa per attrarre investitori e mettere pressione sui concorrenti che a un progetto di imminente realizzazione.
Nel loro insieme, questi comportamenti possono generare aspettative esagerate rispetto all’effettiva maturità tecnologica ed economica delle architetture proposte, e potrebbero provocare il contraccolpo di una profonda delusione quando emergeranno con più evidenza le difficoltà.
La proposta dei data center spaziali solleva complesse sfide tecnologiche ed economiche. Affrontarle richiederà cospicui investimenti in ricerca e sviluppo, dall’esito non scontato, e di conseguenza tempi non immediati. Inoltre, le numerose incognite su queste tecnologie rendono difficile prevedere oggi fino a che punto si potrà spingere la loro adozione. Valutare con obiettività e cognizione di causa sia i possibili benefici sia le difficoltà poste dall’idea dei data center spaziali è il modo più responsabile per affrontare la questione.
A cura di Stefano Bagnasco, Gianni Comoretto, Cora Daolio. Si ringraziano per la consulenza: Luca Boschini, Antonio Caiazza, Lorenzo Guarino, Rodolfo Rolando, Jürgen Schilke, Francesca Tiboldo
Note
1) "Space sustainability - the economics of space debris in perspective", OECD Science, Technology and Industry Policy Papers, aprile 2020
I data center
Ogni volta che inviamo un’email, guardiamo un film in streaming, acquistiamo online o ci colleghiamo alla nostra banca in rete, stiamo interagendo con un data center. I data center, o centri di elaborazione dati, sono strutture fisiche che ospitano migliaia di server interconnessi, progettati per gestire enormi volumi di informazioni, eseguire i software di cloud computing che usiamo quotidianamente e mettere in comunicazione utenti e servizi in tutto il mondo in tempo reale. Per funzionare richiedono impianti di alimentazione elettrica ridondanti, potenti sistemi di raffreddamento che evitino il surriscaldamento dei processori, e altissimi livelli di sicurezza fisica e informatica.
Oltre agli aspetti economici, i data center sono importanti anche sul piano geopolitico: la sovranità digitale di una nazione dipende dalla capacità di mantenere i dati dei propri cittadini e delle proprie imprese entro i confini nazionali, sottraendoli al controllo di potenze straniere o di grandi corporation private. Non a caso, l’Unione Europea ha investito miliardi per sviluppare infrastrutture digitali indipendenti e ridurre la dipendenza dalle grandi aziende extraeuropeehttps://www.european-processor-initiative.eu/ .
Le sfide future sono almeno tre. La prima riguarda la latenza, ossia il ritardo medio di comunicazione di rete: ridurla è indispensabile per garantire servizi ad alte prestazioni come la guida autonoma e la realtà aumentata. La seconda è l’esplosione dell’intelligenza artificiale, che richiede potenze di calcolo senza precedenti e causa la costruzione di data center sempre più grandi e specializzati. La terza è l’impatto ambientale: già oggi i data center consumano circa il 2% dell’elettricità mondiale, una quota destinata a crescere rapidamente.
Non solo raffreddamento: i circuiti integrati nello spazio devono essere protetti dalle radiazioni cosmiche © Ohoho/iStock
La space economy
Possiamo definire l’economia dello spazio come l’insieme delle attività e dei servizi che sviluppano o adoperano infrastrutture spaziali, generando valore economico e benefici per la società. Rientrano nella definizione le attività di ricerca scientifica e sviluppo tecnologico, il comparto manifatturiero (chi produce satelliti, lanciatori o moduli pressurizzati) e il cosiddetto downstream, che comprende tutte le attività che gestiscono i dati provenienti dallo spazio. A partire dai dati satellitari nascono infatti servizi presenti in moltissimi settori economici: dalle televisioni satellitari alle applicazioni per smartphone che sfruttano sistemi di posizionamento, fino alle tecnologie per l’agricoltura di precisione, con macchinari capaci di mappare lo stato dei campi e ottimizzare le lavorazioni.
Grazie a questa trasversalità al servizio di molti settori differenti, gli analisti prevedono che tra il 2035 e il 2040 il valore della Space Economy globale supererà di molto i 1000 miliardi di dollari, arrivando nelle previsioni più rosee a 1800 miliardi.
Oltre alla spinta verso la digitalizzazione dell’economia, il downstream cresce anche per effetto dei cambiamenti nel comparto manifatturiero e nel segmento dei lanci spaziali, ossia l’upstream. La riduzione dei costi di accesso all’orbita, l’uso di componenti commerciali e la miniaturizzazione dell’hardware fanno immaginare nuove attività in orbita bassa terrestre, come la ricerca e sviluppo e la manifattura in orbita, nonché i servizi robotici per la manutenzione, riparazione e assistenza in orbita di diverse infrastrutture orbitali.
Oggi si parla anche di una possibile economia lunare o asteroidale: quest’ultima, una prospettiva ancora più lontana. Si tratta di mercati in fase embrionale, che promettono sviluppi futuri tanto interessanti quanto incerti. Tali nuove frontiere sono però esposte a un rischio normativo e a un rischio di distorsione del mercato.
Il rischio normativo consiste nella possibilità che gli adeguamenti delle norme internazionali sull’esplorazione e sullo sfruttamento delle risorse extra-terrestri non tengano il passo degli sviluppi tecnologici. In queste condizioni possono formarsi consuetudini operative capaci di avvantaggiare i first mover a scapito di chi arriva dopo.
Il rischio di distorsione del mercato, invece, riguarda la struttura delle partnership tra pubblico e privato. Oggi molte attività commerciali nello spazio si basano su una domanda alimentata soprattutto dai governi, un meccanismo essenziale nelle fasi iniziali di sviluppo del settore. Tuttavia l’aspettativa di una domanda futura su cui si fondano alcuni investimenti potrebbe non materializzarsi, o non essere sufficiente a sostenere economicamente le infrastrutture sviluppate.
Questi rischi impongono quindi un approccio prudente e incrementale nello sviluppo dei progetti relativi, accompagnato da valutazioni rigorose degli esperti sia nelle aziende sia nelle agenzie spaziali.
