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venerdì 31 maggio 2019

Le grandi domande della vita: Vita da astronauti

cc @stefacrono @astrilari @GeeKuna @Pillsofscience @Scientificast @mediainaf @malamiao @gruppolocale @md64
Come avevo promesso nell'ultimo articolo del resoconto dei tre giorni passati alla Altec, ho pensato bene di dedicare una puntata speciale alla vita nello spazio. L'idea è rispondere a tre domande particolari che, in qualche modo, sono emerse o che hanno trovato risposta durante questi tre giorni: come si fa a diventare astronauti? cosa vuol dire microgravità? e infine perché frutta e verdura fresche si degradano più in fretta rispetto alla Terra?
Iniziamo, dunque, il nostro viaggio nello spazio!
Lavoratori dell'era spaziale

Gagarin - via commons
L'era spaziale viene ufficialmente fatta iniziare il 4 ottobre del 1957 quando venne lanciato nello spazio lo Sputnik, il primo satellite artificiale dell'uomo. A inviarlo sopra le teste degli abitanti della Terra furono i russi, che inizialmente erano in vantaggio in quella che è oggi nota come la corsa allo spazio. Guidata dalle pressanti richieste di politici e militari, fu l'avanguardia e la parte più evidente e spettacolare della Guerra fredda dove la scienza giocò un ruolo fondamentale, sfruttando la contingenza politica per spillare i soldi necessari per far avanzare le conoscenze sceintifiche e sviluppare nuove tecnologie.
Passarono poco meno di 4 anni dal lancio dello Sputnik che ecco i russi riescono a mandare il primo uomo nello spazio, Jurj Gagarin: era il 12 aprile del 1961 e il cosmonauta sovietico, secondo la leggenda, disse dall'alto della sua posizione:
La terra vista dallo spazio è un posto bellissimo senza confini né barriere.
Gli Stati Uniti, in enormi difficoltà, sotto la spinta di John Fitzgerald Kennedy, decisero a quel punto di puntare al bersaglio grosso: la Luna. E così il 21 dicembre del 1968 Frank Borman, Jim Lovell e William Anders, equipaggio dell'Apollo 8, compirono la prima orbita intorno alla Luna. Nel frattempo i sovietici avevano affidato il loro programma lunare a Sergei Korolev, l'uomo che aveva portato Gagarin a orbitare per primo intorno alla Terra. Il presidente Khrushchev, intanto, aveva rifiutato di sviluppare un programma congiunto con gli Stati Uniti per portare l'uomo sulla Luna e, col senno di poi, fu una cattiva scelta: tutti gli uomini chiave, infatti, morirono in seguenza uno alla volta. L'astronauta Vladimir Komarov, morto durante l'incidente della prima Soyuz, Gagarin e lo stesso Korolev lasciarono i sovietici senza i punti di riferimento, di fatto costringendo l'Unione Sovietica ad abbandonare il programma dell'uomo sulla Luna, ma riuscendo con successo a far andare e tornare le sonde Zond 5 e Zond 6.
Gli Stati Uniti, invece, piantarono la bandiera statunitense sul suolo lunare il 20 luglio del 1969 con Neil Armstrong. Per cui, dopo questo lungo ricapitolo della corsa allo spazio siamo pronti per rispondere alla domanda che preme di più ai lettori: cosa serve per diventare astronauta?
Vediamo quali sono i punti così come sono stati raccontati da Marco Cinato alla Altec durante la tre giorni passata lì settimana scorsa:
  • Possedere una laurea di tipo scientifico
  • Avere un'ottima conoscenza della lingua inglese e possibilmente anche di quella russa (è abbastanza scontata la richiesta del russo, visto che circa metà della Stazione Spaziale Internazionale è gestita dai russi e che russi sono i razzi per arrivarci, ma non è obbligatoria, anche perché un'infarinatura di russo viene comunque insegnata agli astronauti selezionati)
  • Godere di perfetta salute fisica
  • Avere un'età preferenziale tra i 27 e i 35 anni (ovviamente all'assunzione: come ha dimostrato Paolo Nespoli è possibile avere ben più di quei 37 anni per andare proficuamente nello spazio)
  • Aver maturato significative esperienze nel settore spaziale
  • Avere una licenza di pilotaggio
  • Avere un patentino da sub
Inoltre, almeno in Italia, è necessario appartenere all'aereonautica militare: uno scienziato italiano, fino a che queste cose non cambieranno, non finirà mai sulla Stazione Spaziale Internazionale o in una qualche futura missione oltre tale limite, a meno di non lavorare per un qualche altro paese del mondo.
Caduta infinita
Quando si vedono i video provenienti dalla Stazione Spaziale Internazionale, si possono apprezzare gli astronauti e gli oggetti intorno a loro fluttuare senza cadere. Inoltre nello spazio gli astronauti si muovono come se non esistesse alcuna direzione privilegiata: questa, infatti, esiste sulla Terra a causa della presenza dell'accelerazione di gravità. Bisogna, allora, concludere che la gavità è nulla sulla Stazione Spaziale? La Stazione orbita a una velocità di circa 27600 km/h a una quota compresa tra i 400 e i 410 km dalla superficie terrestre. Se scriviamo l'espressione dell'accelerazione di gravità $g$ in funzione della massa $M$ del pianeta \[g = G \frac{M}{r^2}\] vediamo che l'accelerazione di gravità sarebbe all'incirca $8.7 \, m/s^2$ alla quota di $400 \, km$ (dove $G$ è la costante di gravitazione universale, $r$ la distanza dal centro della Terra).
Le persone e gli oggetti all'interno della Stazione Spaziale, però, si trovano in una condizione di così detta microgravità a causa del moto circolare della Stazione stessa. Quando un oggetto viene fatto ruotare intorno a un punto, su questo oggetto vengono generate due forze: una forza centripeta e una centrifuga. Quella centripeta è, ad esempio, quella generata dalla tensione della corda con la quale abbiamo legato l'oggetto che stiamo ruotando, o nel caso della Stazione Spaziale quella della gravità della Terra. Quella centrifuga è, invece, generata dalla velocità orbitale \[a_c = \frac{v^2}{r}\] Quando questa eguaglia l'accelerazione di gravità, allora la Stazione si trova in perfetto equilibrio con la Terra. Tale equilibrio, in natura, non è facilmente raggiungibile, innanzitutto perché l'orbita della Stazione intorno alla Terra non è perfettamente circolare, come abbiamo visto dai dati delle quote. Questo vuol dire che la Stazione, in realtà, cade verso la Terra con un'accelerazione piccolissima, da cui il nome di microgravità con cui viene indicata. Questo vuol dire che qualunque oggetto all'interno della Stazione sperimenta la stessa micro accelerazione di caduta, da cui il fluttuare di oggetti ed esseri umani.
La caduta stessa della Stazione implica, però, che questa va monitorata costantemente non solo per la manutenzione ordinaria e straordinaria, ma anche per riportarla periodicamente sulla sua orbita.
Mangiare nello spazio: frutta e verdura

Glenn nella tuta spaziale Mercury - via commons
Mandare gente nello spazio implica anche nutrirla. Il problema venne risolto, all'inizio, dando creme e pappine all'interno di tubetti di dentifricio, come per Gagarin a bordo della Vostok che si nutrì con un paio di tubetti di purea di carne e un tubetto di crema al cioccolato.
Forse anche a causa della nausea di Gherman Titov durante il volo della Vostok 2, si pensò bene di studiare nel modo migliore possibile il problema della nutrizione degli astronauti. Uno dei primi esperimenti in tal senso fu il pasto orbitale di John Glenn del 1962 intorno alla Terra: l'astronauta statunitense, infatti, dimostrò che la condizione di microgravità non influenzava negativamente la deglutizione degli alimenti.
I primi cibi erano molto simili ai dadi da cucina, a polveri liofilizzate e a liquidi e creme contenuti dentro dei tubetti da dentifricio. Questo genere di alimenti, però, non soddisfaceva gli astronauti. Pur non eliminando del tutto alimenti di questo genere, oggi si tende a portare in orbita alimenti progettati ad hoc, spesso variazioni dei piatti nazionali di ciascun astronauta accando a menu abbastanza standard.
Progettare il cibo spaziale non è, però, così banale come si potrebbe pensare vedendo i video degli astronauti mentre mangiano. Il cibo che viene portato sulla Stazione Spaziale INternazionale deve rispondere ad alcuni criteri particolari: deve essere nutriente, facilmente digeribile e gradevole; leggero, ben confezionato, veloce da assemblare e con pulizia minima, e quest'ultimo punto ad esempio rende le piadine preferibili al pane a causa dell'assenza (o comunque della minore produzione) di briciole da parte delle prime; infine non deve dare grossi problemi di immazinamento, aprirsi facilmente e ridurre al minimo gli sprechi.
Anche per questo, per quanto frutta e verdura fresche siano molto richieste dagli astronauti, vengono mandate con cautela nello spazio. Innanzitutto c'è il problema dell'odore: frutta e verdura fresche sono caricate tra le 16 e le 24 ore prima del lancio. All'arrivo alla Stazione, gli odori intensi dovuti allo stipaggio in un ambiente chiuso, possono generare della nausea negli astronauti. Inoltre, una volta giunti sulla Stazione, tali alimenti tendono a degradare abbastanza in fretta e vanno consumati in due o tre giorni al massimo, soprattutto per via degli odori prodotti all'interno di una struttura che viene arieggiata solo attraverso ventilatori e condizionatori. D'altra parte i tempi di degradazione della frutta anche sulla Terra non sono molto lunghi e dipendono dal tipo di frutta (ad esempio le mele hanno tempi di conservazione più lunghi, almeno sulla Terra) e dalle condizioni climatiche e atmosferiche. Una possibile soluzione potrebbe allora essere portare un sistema di refrigerazione nello spazio o creare una camera con atmosfera controllata. Nell'attesa che ciò avvenga, magari con una delle future Stazioni Spaziali(1), è interessante chiudere con un paio di applicazioni tecnologiche per rendere più confortevole la vita degli astronauti nello spazio: da un lato ecco la macchinetta del caffé sviluppata da Lavazza per permettere innanzitutto agli astronauti italiani di godere di questa calda bevanda con il gusto più simile possibile al corrispettivo terrestre; dall'altro è stata sviluppata una stampante 3d in grado di "stampare" gli alimenti solidi, come un hamburger di carne. In questo caso, poiché la microgravità impedisce il suo funzionamento usuale, il beccuccio della stampante deposita i pezzi di alimento letteralmente a pochi millimetri dal vassoio, in modo tale che l'alimento stesso aderisca alla superficie, per poi sollevarsi e produrre un eventuale secondo strato, che per via delle tensioni superficiali, aderisce a quanto si trova di sotto, e così via.
Insomma: buon appetito a tutti, che siate sulla Terra o nello spazio!
  1. Il futuro della vita nello spazio è ancora non molto chiaro. Da un lato la vita della Stazione Spaziale Internazionle viene prolungata (si parla di arrivare addirittura al 2030), dall'altro sono in valutazione progetti per Stazioni Spaziali costruite insieme con i privati, presumibilmente staccate dalle Stazioni statali di russi e cinesi. Ovviamente tutto sarà subordinato al possibile ritorno sulla Luna, questa volta con una installazione stabile (sul suolo o in orbita intorno al nostro satellite è ancora da vedere) e alla possibile missione umana su Marte. 

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