#AESASpazio: L'esplorazione Umana nello Spazio: dallaTerra alle stazioni commerciali e oltre...verso la Luna

Luca Pittalis
2 giorni fa
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Di recente, lo scorso 2 marzo, abbiamo avuto l’occasione di essere partecipi a una conferenza tenutasi presso il Circolo dei Lettori, al Palazzo Graneri della Roccia, dal titolo “L'esplorazione Umana nello Spazio: dalla Terra alle stazioni commerciali e oltre... verso la Luna”.

La conferenza ha visto come relatrice la Dott.ssa Annamaria Piras, professionista con oltre 35 anni di esperienza nel settore spaziale, membro della Federazione Aeronautica Internazionale e direttrice del programma in orbita bassa, oltre che dei primi programmi delle missioni Artemis all’interno del dominio Esplorazione di Thales Alenia Space. La dottoressa Piras ha ricoperto un ruolo di primo piano nello sviluppo dei moduli abitabili della Stazione Spaziale Internazionale, contribuendo in modo significativo alle attività del settore. Nel corso dell’intervento sono state trattate le principali sfide dell’esplorazione spaziale, il contributo dell’industria e della ricerca, e i nuovi scenari aperti dalle stazioni spaziali commerciali, fino al ritorno dell’uomo sulla Luna con il programma Artemis, preludio alle future missioni verso Marte.

Intervento di Annamaria Piras

Parlando di esplorazione umana nello spazio, a oggi si è soliti discutere quasi solamente della presenza fisica in orbita bassa terrestre, con distanze paragonabili a quelle della Stazione Spaziale Internazionale (ISS), pari al più a diverse centinaia di chilometri. Per le frontiere successive, quali la Luna e poi Marte, attualmente possiamo fare riferimento solo alla robotica, non avendo ancora le tecnologie adatte alla protezione dalle radiazioni e a diverse altre insidie che troveremo durante il percorso.

Partendo dall’inizio ma dalla fine, il primo momento da ricordare parlando di esplorazione è senza dubbio la missione Artemis 1, ormai nel lontano 2022, dove è avvenuto il lancio del dimostratore SLS che sarà nuovamente utilizzato tra poche settimane, consentendo a quattro astronauti di tornare in prossimità della Luna. In questa prima missione sono stati utilizzati dei manichini per sostituire le sagome delle persone, così da comprendere le situazioni in cui gli astronauti si sarebbero dovuti trovare nel loro viaggio verso il nostro satellite.

Quello di Orion (capsula dell’SLS contenente gli astronauti) è il primo progetto legato alla Luna dove l’Europa è stata responsabile di alcuni sistemi critici per la missione, quali i pannelli solari del modulo e il sistema di propulsione della capsula, sempre da noi prodotto. Quest’ultimo porterà gli astronauti fino a L2, punto più distante dell’orbita dove verrà collocato il Gateway, la stazione spaziale lunare sempre più prossima all’assemblaggio.

Dopo più di 25 anni dall’inizio della costruzione della Stazione Spaziale Internazionale, abbiamo capito quasi tutto quello che ci permetterà di passare a una fase di commercializzazione, così che per diversi prodotti si possa creare una vera e propria industria paragonabile e in certi casi superiore a quello a cui è stato possibile dare luce finora sulla Terra. La vita della ISS è per ora garantita fino al 2030, scadenza che verrà probabilmente estesa ulteriormente, in attesa di alcuni agenti privati che ne prenderanno l’eredità, per poi distaccarsene con i propri moduli e con obiettivi per la prima volta commerciali e non scientifici.

Spesso tra le persone c’è molto dubbio in merito alle motivazioni che ci spingono ad andare verso la Luna e lo spazio in generale, e forse questo è in parte anche colpa nostra, essendo che raramente vengono citati i ritorni (detti “spin-off”) delle attività di esplorazione e ricerca, individuabili nelle infinite tecnologie che sono nate fuori dall’atmosfera per poi avere un gigantesco impatto anche sulla Terra. Per nominarne uno solo tra innumerevoli possibili, il defibrillatore è nato come strumento per aiutare gli astronauti, ed è solo dopo che questo è stato impiegato per trasformare radicalmente l’approccio medico a un certo genere di emergenza, così come in questo periodo sta avvenendo con la ricerca delle cellule cancerogene e della loro riproduzione in ambienti di micro-gravità.

Come per un sottomarino, l’obiettivo primario in ambienti pressurizzati nello spazio è di garantire la sopravvivenza degli astronauti, con dei sistemi che quindi devono essere estremamente affidabili, consentendo quanto più possibile il riciclo di ogni singolo consumabile a bordo, partendo dall’acqua (riutilizzata al 98%, urine incluse) e fino alla stessa aria, usata come primordiale propellente di propulsione per consentire alla ISS di correggere il proprio tragitto ed evitare potenziali impatti con oggetti di varia natura.

Sui 135 voli totali dello Shuttle, ben 64 hanno portato a bordo esperimenti italiani, e del totale volume pressurizzato della ISS, più del 50% è stato costruito proprio a Torino, in Thales Alenia Space. Tale presenza ci ha consentito di avere un ruolo chiave unico per l’esplorazione spaziale, tanto che tutt’ora siamo considerati un’eccellenza mondiale, con collaborazioni ora sempre più frequenti anche per l’ambito commerciale, dove aziende provenienti da ogni angolo del globo si stanno avvicinando al settore spazio.

L’assemblaggio della ISS è durato circa 10 anni e attualmente questa ricopre una superficie di 900 metri quadrati, più o meno l’equivalente di un campo da calcio, divisi tra moduli di varia natura, ognuno con una sua funzione specifica. Il singolo elemento della stazione ha uno spessore sottilissimo, pari a circa 4 millimetri, con una complessità enorme da un punto di vista di progettazione, sia per dover resistere al lancio che all’effettiva durata operativa, inizialmente di 10 anni ma poi estesa diverse volte, fino ai quasi 30 anni attuali. Lo spessore interno è ricoperto da un rivestimento termico adatto a gestire temperature dai -150°C ai +120°C, senza che dall’interno venga percepita quasi alcuna variazione, con temperature che oscillano dai 15°C ai 25°C. Oltre al rivestimento termico c’è poi la protezione meteoritica, fondamentale per frenare ogni possibile oggetto esterno che potrebbe collidere con la ISS, evitando la potenziale depressurizzazione e conseguente perdita degli astronauti.

Parlando dei moduli, “Columbus” è il laboratorio scientifico dove vengono eseguiti numerosi esperimenti, separati da altre aree della stazione per consentire a questi di non avere alcun tipo di disturbo esterno. “Nodo 2” invece è un modulo dotato di ben sei porte, così da permettere l’ampliamento della stazione, e a cui si affiancano il modulo giapponese, il modulo logistico e il “Nodo 3”, ambiente principale per la vita degli astronauti, dotato di frigorifero, bagno e sede per l’allenamento degli abitanti della stazione, fondamentale in condizioni di micro-gravità. Ogni modulo ricorda vagamente la forma di una lattina, ma internamente la complessità degli ambienti è enorme: ogni singolo elemento ha circa 800 componenti, divisi tra avionica, pompe, ventilatori, valvole e molto altro, con in totale più di 100km di cavi e 10km di tubi per l’acqua, e dove ogni elemento elettronico è anche operabile meccanicamente, nel caso in cui dovessero esserci malfunzionamenti di qualsiasi tipo.

Parlando di moduli, ovviamente non si può non citare la cupola, luogo preferito degli astronauti, ricavata da un pezzo pieno per gestire al meglio la differenza di pressione tra l’interno e l’esterno. Oltre a essere un incredibile luogo per l’osservazione della Terra, questa è in realtà vitale per le operazioni extra-veicolari, dove i due astronauti esterni alla stazione vengono sempre supervisionati da un terzo interno, che dalla cupola dirige accuratamente le operazioni. In merito all’uscita dalla ISS, tutto avviene tramite l’air-lock, modulo statunitense che consente di passare dall’interno all’esterno della stazione, affiancato da un sistema europeo “in miniatura”, primissimo commerciale e non scientifico, utilizzato non per gli astronauti ma per microsatelliti e rifiuti di vario genere, facilmente rilasciati nello spazio facendo uso di questo sistema.

Le attività extra-veicolari (EVA) richiedono un addestramento di 2 anni, da aggiungere ai 4 di training generale già normalmente richiesti per qualsiasi astronauta. Il giorno dell’attività vengono dedicate circa 4-6 ore alla preparazione precedente all’uscita dalla stazione, per un periodo di lavoro effettivo non superiore alle 6 ore e un riposo successivo pari a circa 2/3 giorni, necessario per via dello sforzo elevatissimo che queste richiedono. Durante le attività gli astronauti sono sempre attaccati a delle maniglie e usano pochissimo i piedi, motivo per cui è necessario che la disposizione esterna della stazione sia adeguata alla loro percorrenza sulla superficie esterna della stessa.

Per arrivare nei pressi della stazione, le capsule utilizzate sono la Soyuz russa e più recentemente la Dragon americana di SpaceX, e speriamo che in futuro potremo arrivarci anche con una totale autonomia europea. Il nostro ruolo attualmente è limitato alla porzione dei moduli, che per il settore commerciale si espanderà ulteriormente, essendo che Thales già è operativa nella realizzazione di tre moduli per la stazione privata di Axiom, in partenza per il 2029 (o più probabilmente per il 2030), ognuno dei quali sarà potenzialmente indipendente ed espandibile tramite delle apposite porte assiali e radiali.

Parlando finalmente della Luna, in futuro ci ritroveremo davanti ad un ambiente assai differente, non essendoci una totale assenza di gravità e un intervallo di temperature di lavoro parzialmente diverso. La vera differenza è però nelle radiazioni, che a 400km di distanza dalla Terra (come per la ISS) è più che sostenibile da astronauti e sistemi elettrici, mentre a 400.000km è estremamente più complessa da gestire. Oltre questo, sono esponenzialmente differenti anche i tempi di transito per andare e tornare dal satellite (nell’ordine di giorni e non di ore), e le modalità di comunicazione, essendo che il Gateway non sarà costantemente collegato con la Terra, come invece avviene per la ISS.

Le missioni Artemis si divideranno in due fasi: la prima prenderà luogo con il Gateway, ormai in ritardo di quattro anni, mentre la seconda prevederà la costruzione di un piccolo villaggio autonomo sulla superficie della Luna. Orion è invece la capsula che trasporterà i quattro astronauti, i quali risiederanno nell’European Service Module, settore europeo caratterizzato dai sistemi che forniscono il supporto di vita per gli abitanti di Orion. La capsula è progettata per stare in orbita per circa un mese, con una durata massima in caso di emergenza superiore ai due mesi; nella fase di discesa per il ritorno sulla Terra, il rivestimento termico esterno viene consumato per intero, obbligando la capsula a essere restaurata al suo stato di funzionamento per i voli successivi.

Il Gateway lancerà nel 2027 con il suo primo modulo, e similmente alle stazioni commerciali, anche questo sarà del tutto autonomo fin dall’inizio, con la presenza di diverse porte che ne consentiranno l’ampliamento successivo. Uno dei due moduli complessivi di Gateway avrà un attacco logistico, con un sistema di allunaggio per l’arrivo degli astronauti e per il seguente trasferimento sullo Human Landing System, una navicella che scenderà sulla Luna con lo scopo di raccogliere campioni che poi grazie a Orion verranno portati sulla Terra.

L’orbita di Gateway sarà al quanto peculiare, essendo che questa prenderà una forma estremamente ellittica, con il punto massimo dell’orbita che arriverà fino a L2, a circa 65.000km dalla superficie della Luna. Questa scelta è molto atipica ma estremamente utile per il funzionamento di Gateway, sia per le manovre che questa dovrà compiere che per la facilitazione della conseguente analisi di missione.

Halo, il primo dei due moduli di Gateway, ha un diametro di “soli” 3 metri, inferiori ai 4,5 tipici delle sezioni della ISS, e questo è dovuto principalmente alla mancanza di un lanciatore che sarebbe in grado di portare volumi di quel genere fino alla Luna. In ogni caso, la superficie abitabile di Gateway sarà di 125 metri quadrati, decisamente inferiori a quelli della ISS, ma che saranno ottimizzati tramite ogni forma di miniaturizzazione, così da consentire agli astronauti di muoversi agilmente anche in spazi piuttosto ristretti. Per dimostrare la vita operativa dei moduli, ci sono diversi test (della durata di un mese ciascuno) che verificano ogni punto della struttura, con più di 1500 sensori posizionati per assicurarsi che non ci siano problemi con la gestione della pressione, sia in situazioni standard (in orbita) che in configurazioni mobili (come nel caso del lancio dalla Terra), così da avere la assoluta certezza che non si abbiano perdite di aria maggiori di qualche microlitro al giorno. L’assemblaggio e il posizionamento degli elementi del modulo seguono poi molto da vicino anche il consiglio degli stessi astronauti, tanto che il clima è di continua cooperazione, così che poi questi possano trovarsi al meglio una volta in orbita.

Per lo Human Landing System, attualmente i due lander candidati sono di SpaceX e Blue Origin, a cui si affiancheranno altri enti per la produzione dei moduli abitativi lunari. In questo secondo aspetto, l’Europa è in prima linea, tanto che già è stato firmato un accordo tra l’Agenzia Spaziale Italiana (ASI) e la NASA, per la fornitura di un modulo chiamato MPH (Multi-Purpose Habitat), una sorta di roulotte mobile dove gli astronauti potranno soggiornare anche per più di una settimana.

L’Europa è all’avanguardia anche per quanto concerne l’arrivo dei rifornimenti, con il progetto Argonaut che atterrerà sulla superficie per portare elementi utili sia agli astronauti che alle piccole basi che verranno costruite nei prossimi decenni. Per essere autonomi, tuttavia, dovremo anche avere la capacità di generare le risorse direttamente sulla Luna, tramite l’ISRU (In-Situ Resource Utilization), gestendo autonomamente anche le forti escursioni termiche, grazie a delle basi che saranno costruite al di sotto della superficie, dove la temperatura è costantemente a -43°C, non ideale per l’uomo ma costante e quindi più facilmente gestibile.

Il salto verso Marte, infine, avrà un valore scientifico gigantesco, essendoci sul pianeta tracce di vita, segni dell’acqua e interminabili fonti di conoscenza per la storia del nostro Sistema Solare. Il Gateway è fondamentale per alimentare quelle tecnologie che ci consentiranno di raggiungere anche Marte, con delle missioni che non dureranno sei mesi come nel caso della ISS, ma potenzialmente anche numerosi anni.

In chiusura, citando il Pianeta Rosso non è possibile non parlare di ExoMars, collaborazione inizialmente prevista tra Europa e Russia, che in seguito alla guerra è diventato un progetto del tutto occidentale. La prima parte di della missione è avvenuta del 2016, con l’invio di un satellite in orbita marziana per le comunicazioni tra Marte e la Terra, mentre la seconda sarebbe stata prevista per il 2020 ma ha subito dei forti rallentamenti, sia per la collaborazione con la Russia che per la pandemia del Covid-19, e prevederà il lancio di un rover per il raccoglimento e lo studio di campioni di roccia sulla superficie.

E questo è tutto, siamo nati nella nostra culla ma non siamo destinati a restarci.

Conclusione

Ringraziamo il pubblico per aver partecipato alla conferenza e il Circolo dei Lettori per la collaborazione in tutte le fasi dell’organizzazione, oltre naturalmente alla Dott.ssa Piras per la disponibilità e la grande volontà di condividere la sua esperienza e le sue conoscenze con tutti noi.

Speriamo di rivedervi ai prossimi eventi, a presto!