Se, a volte, vi fosse capitato di intravedere, nel cielo notturno, una luce piuttosto forte e non lampeggiante, che attraversava l’orizzonte da parte a parte, molto probabilmente stavate osservando la Stazione Spaziale Internazionale (ISS), una “casa nello Spazio”, all’interno della quale ingegneri, fisici e astronauti svolgono il loro lavoro e vivono la loro quotidianità, come tutti gli esseri umani. Essa orbita in media a 400 Km dalla superficie terrestre con una velocità di rivoluzione di 30.000 Km/h, impiegando circa 90 minuti per compiere un giro del pianeta e compiendo quasi 16 orbite complete in un giorno.
Composizione della Stazione
Se si fotografa la ISS in piano, con punto di vista frontale, è possibile individuare due direzioni principali di sviluppo: la prima, da sinistra a destra, costituita sostanzialmente da una impalcatura che serve a disimpegnare la parte pressurizzata della stazione dai grandi pannelli solari, unica fonte di energia a bordo. L’energia messa a disposizione dall’impianto fotovoltaico è di circa 120 kW, distribuita alle varie utenze sottoforma sia di corrente continua che alternata (necessaria, per esempio, per le apparecchiature avioniche). La seconda direzione, perpendicolare alla prima, è quella lungo la quale si sviluppa tutta la parte pressurizzata, costituita dai moduli cilindrici delle nazioni e degli enti partecipanti al progetto ISS. All’interno dei moduli la pressione viene mantenuta uguale a quella terrestre a livello del mare, cioè 1013,25 Pascal circa.
Assemblaggio
L’assemblaggio della ISS è cominciato nel novembre del 1998. Quasi tutte le missioni in quest’ambito sono state compiute dallo Space Shuttle, unico vettore in grado di trasportare sia i moduli che gli astronauti addetti al loro montaggio. Prima del 2003 (anno segnato dal tragico incidente dello Shuttle Columbia), le operazioni sono state svolte tramite numerose ore di lavoro da parte degli uomini a bordo; l’assemblaggio è stato reso possibile grazie al manovratore robotico, il Canadarm, piccolo ma strategico contributo al progetto ISS da parte della CSA, l’Agenzia Spaziale Canadese; quest’ultimo ha facilitato le manovre di ancoraggio dei moduli al corpo della stazione, tramite delle operazioni di centraggio di un target fisso, mentre gli astronauti possono assicurarsi al braccio stesso per svolgere le loro operazioni. In seguito, la sorte del programma ISS è entrata in una fase incerta, caratterizzata da un arresto del montaggio dei moduli e una riduzione del numero usuale di astronauti a bordo, a causa delle sempre meno frequenti visite alla Stazione da parte degli Shuttle. Il 2006 è l’anno della ripresa dei lavori in grande stile, grazie al lancio dell’Atlantis e l’assemblaggio di un nuovo set di pannelli solari. Nel corso degli anni sono stati aggiunti nuovi moduli, un secondo braccio robotico e una piattaforma esterna per gli esperimenti, progetti entrambi sviluppati dalla JAXA, l’Agenzia Spaziale Giapponese, e una cupola, una “finestra” sull’universo, trasportata dall’Endeavour nel febbraio 2010 e progettata interamente a Torino dall’Agenzia Spaziale Italiana, affrontando notevoli problematiche ingegneristiche legate all’isolamento termico e alla prestanza strutturale. Con la fine del programma Shuttle, i veicoli americani sono stati sostituiti dalle Soyuz russe.
Periodicamente (4 volte l’anno) vengono lanciati dei moduli-cargo, pressurizzati e dotati di portelli, all’interno dei quali i membri dell’equipaggio possono rifornirsi di materiale inviato dalla Terra e, d’altra parte, rispedire a Terra tutto ciò di cui non hanno più bisogno, insieme ai risultati dei loro lavori di ricerca.
Attualmente, la Stazione Spaziale Internazionale si estende su un’area grande all’incirca quanto un campo da calcio e comprende due segmenti principali: quello occidentale, formato dai moduli giapponesi, europei e statunitensi, che si sviluppano intorno al nodo 2, e quello russo.
L’equipaggio
La Stazione Spaziale Internazionale è continuamente “abitata” da gruppi di massimo sei cosmonauti, poiché gli attracchi per le sonde sono due e ogni sonda può trasportare al massimo tre persone. A bordo della Soyuz, al momento del lancio gli astronauti si trovano all’interno del modulo di rientro, unica parte della sonda destinata a tornare sulla Terra. Nelle fasi successive al lancio, il razzo sgancia i booster di combustibile vuoti, e la sonda è pronta per mettersi in orbita e avvicinarsi alla Stazione tramite dei piccoli motori elettrici correttori di assetto. Intanto è reso disponibile agli uomini a bordo anche il modulo orbitale, uno spazio in più all’interno del quale essi possono muoversi durante l’avvicinamento. Al momento del rientro, anche quest’ultimo modulo verrà fatto saltare con delle piccole cariche esplosive e solo il modulo di rientro riporterà a casa i membri della navicella. L’attracco alla Stazione avviene quasi sempre in maniera automatica, ma gli astronauti vengono preparati a gestire le operazioni manualmente in caso di guasto del sistema automatizzato. Una volta giunto sulla stazione, il periodo di residenza dell’equipaggio è di circa sei mesi.
Adattamento
Nello spazio, gli astronauti sono sotto posti a condizioni e ritmi di vita molto particolari. Innanzitutto l’assenza di peso, dovuta alla ridotta gravità: questo fenomeno ha delle importanti conseguenze sulla struttura ossea e sulla massa muscolare, abituata a sorreggere un peso minore e che al rientro sulla Terra deve invece riadattarsi alla condizione di peso normale. Perciò il programma giornaliero degli astronauti comprende un certo numero di ore da dedicare all’attività fisica, soprattutto di rinforzo muscolare e cardiovascolare. Altri sintomi del cosiddetto “mal di spazio” possono essere senso di nausea, vomito, mal di testa. L’insieme di queste manifestazioni prende il nome di SAS, Sindrome da Adattamento allo Spazio.
Attività di ricerca
La programmazione giornaliera viene elaborata dai centri di controllo sparsi sulla Terra (ad esempio Houston), che ogni giorno trasmettono all’equipaggio come organizzare la loro giornata lavorativa (e non solo). Nei giorni feriali sono previste 10 ore di lavoro, che si riducono a 5 nei giorni festivi.
L’attività di ricerca svolta a bordo della ISS all’interno dei vari laboratori (Destiny, Columbus, Kibo) è importante perché consente di svolgere esperimenti in ambienti sterili, grazie alle glovebox. Queste sono delle scatole all’interno delle quali la pressione viene mantenuta sempre al di sotto rispetto a quella esterna, così, in caso di perdita o fuoriuscita di materia, non si rischia la contaminazione dell’intera stazione. Le ricerche riguardano ambiti sia propriamente ingegneristici, fisici e astronomici che d’interesse comune: dalla microgravità e l’influenza che essa ha sul comportamento dei fluidi ai raggi cosmici e alla materia oscura, dalla medicina biomolecolare alla meteorologia, dalla scienza dei materiali allo studio dei combustibili.
Attività extraveicolare e gestione delle emergenze
Per quanto riguarda invece la manutenzione di parti esterne alla Stazione, il programma di addestramento dei cosmonauti prevede simulazioni delle condizioni di galleggiamento tipiche dello spazio. Queste vengono effettuate in piscine all’interno delle quali si cerca di riprodurre l’ambiente di lavoro: innanzitutto lo scafandro e i sistemi ad esso collegati, dei sub che cercano di ridurre l’effetto di galleggiamento,, la durata realistica delle operazioni (in media circa 6 ore). Nello spazio, la situazione è semplificata grazie all’assenza di aria all’interno dello scafandro: gli astronauti in attività extraveicolare sono assicurati con doppi cavi al braccio robotico o a una parte della Stazione, così come ogni altro oggetto di lavoro; la pressione all’interno dello scafandro è mantenuta a circa un terzo rispetto a quella terrestre, per ridurre gli sforzi necessari a muoverlo; per questa ragione, prima di qualsiasi operazione nello spazio, viene effettuata una respirazione con ossigeno puro, onde evitare che l’azoto presente nei polmoni possa, a una pressione esterna più bassa, fuoriuscire e creare delle bolle (rischio embolia).
Il programma di addestramento prevede, ovviamente, una gestione delle emergenze e dei malfunzionamenti principali, per esempio nel caso di fuoco a bordo non controllato o di depressurizzazione della struttura a seguito di un impatto con veicolo in avvicinamento o ancora di avvelenamento dell’aria: nella parte occidentale della stazione, infatti, il sistema di raffreddamento è realizzato con ammonio (sostanza altamente tossica), posto, per una scelta ingegneristica non felicissima, a una pressione più alta rispetto a quella del circuito interno; per cui, nella malaugurata ipotesi di una rottura dell’impianto refrigerante, la fuoriuscita di ammonio potrebbe propagarsi infettando l’aria all’interno della Stazione.
Data la complessità della Stazione, è impossibile per un astronauta conoscere le soluzioni a ogni tipo di malfunzionamento (ci sono circa 17.000 diversi avvisi). Perciò i cosmonauti sono tenuti a risolvere situazioni in cui vi sia una perdita di assetto della ISS, condizione abbastanza sfavorevole poiché le antenne radio non sarebbero più orientate correttamente verso Terra, impedendo le comunicazioni con il centro di controllo, e allo stesso tempo i pannelli solari non darebbero più l’energia necessaria al sostentamento dei sistemi elettronici. Per tutti i malfunzionamenti minori è il centro di controllo a Terra che indica la soluzione adatta.
Sviluppi futuri
Si pensa che l’assemblaggio della Stazione possa essere completato entro il 2012 e che il progetto ISS possa durare fino al 2015, con una quasi certa estensione della vita operativa fino al 2020. I programmi di ricerca che si stanno sviluppando di più e che vedono maggiori sbocchi sono quelli legati allo studio dell’antimateria e delle particelle elementari. E’ importante, quindi, cominciare a pensare anche a un dopo, a un oltre ISS, che possa garantire a questi progetti il futuro che meritano.
di Michele Mione
