SCIENZ@SCUOLA/ Un Astronauta a Scuola. Conversazione con Paolo Nespoli

- Paolo Bartesaghi, int. Paolo Nespoli

L’attuale progresso scientifico e tecnologico deve molto al settore aerospaziale. L'astronauta Paolo Nespoli ha incontrato alcuni studenti dei licei rispondendo alle loro domande.

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Il progresso scientifico e tecnologico attuale deve molto agli studi compiuti e ai risultati raggiunti in campo aerospaziale. Quarant’anni di missioni in orbita non hanno avuto valore puramente simbolico e non sono esauribili nell’immagine, così fortemente radicata nell’immaginario collettivo, di una bandiera lasciata sul suolo lunare. Una figura di rilievo nel panorama aerospaziale italiano, l’astronauta Paolo Nespoli dell’European Space Agency (ESA), ha incontrato gli studenti dei licei dell‘Istituto Sacro Cuore di Milano. Quattro domande, preparate dagli studenti, sono state l’occasione per un dialogo stimolante con un protagonista, da cui è emersa un ‘immagine realistica del lavoro di un astronauta.

Volto forse meno noto di quello di altri astronauti italiani, Nespoli nasce a Milano nel 1957.
Dopo aver conseguito il Bachelor of Science in Aerospace Engineering e il Master of Science in Aeronautics and Astronautics presso la Polytechinc University di New York, entra nel 1991 nella Astronaut Training Division del Centro Europeo Astronauti dell’ESA a Colonia in Germania, come ingegnere addetto all’addestramento degli astronauti. Dal 1996 lavora presso il Johnson Space Center della NASA a Houston in Texas diventando, nel 1998, membro effettivo dello European Astronaut Corps dell’ESA.
[A sinistra: Paolo Nespoli in una foto ufficiale della NASA]
Attualmente, insieme a Umberto Guidoni e Roberto Vittori, rappresenta l’Italia nella XVII Classe Astronauti NASA, la classe de I pinguini, come i suoi trentun componenti hanno scelto di chiamarsi.

Perché l’uomo ha bisogno di andare nello spazio?

Andiamo nello spazio anzitutto perché in orbita attorno alla Terra è possibile ricostruire un ambiente a gravità quasi nulla che rende possibile effettuare ricerche ed esperimenti scientifici altrimenti non realizzabili sulla Terra.
In un laboratorio terrestre, infatti, non è possibile in alcun modo schermare l’effetto della gravità. L’unica possibilità è immaginare un laboratorio in caduta libera nel campo gravitazionale terrestre.
[A destra: “I Pinguini”, la XVII classe di astronauti NASA, cui appartiene Paolo Nespoli]
La NASA utilizza in effetti una torre alta 145 metri, la Zero Gravity Research Facility, contenente un veicolo nel quale, in caduta libera, si possono creare condizioni di microgravità per almeno 5 secondi. In ambito terrestre si può estendere questo tempo fino a circa 20-25 secondi su aerei appositamente predisposti per compiere traiettorie paraboliche, aerei che normalmente usiamo, nel periodo di addestramento, per abituarci alla condizione di assenza di peso. Se però vogliamo condurre esperimenti di durata maggiore e nelle stesse condizioni occorre fare in modo che il laboratorio cada, per così dire, in continuazione, ovvero sia in orbita intorno alla Terra.
Non è dunque, come spesso erroneamente si pensa, la riduzione del valore di g, accelerazione di gravità, a produrre una situazione di assenza di peso; infatti a 400 km dal suolo, altezza media di un’orbita bassa, g si riduce dal noto valore medio di 9,8 m/s2 a non meno di 8,7 m/s2 .
È, invece, il moto di rivoluzione del satellite, della stazione orbitale o della navetta a ricreare, in accordo al principio di equivalenza, condizioni assimilabili a quelle di assenza della forza di gravità.

Chi o cosa può trarre vantaggi da tali condizioni?

La scienza dei materiali, per esempio, ha spesso necessità di ridurre al minimo la presenza di una direzione privilegiata, imposta dalla gravità sulla Terra, durante la crescita di cristalli (nello spazio si ottengono, infatti, cristalli di dimensioni maggiori e più omogenei) o durante la produzione di nuove leghe o più in generale nella sintesi di materiali innovativi.
D’altra parte il comportamento di molti sistemi fisici in condizioni ambientali di microgravità si può discostare anche notevolmente rispetto a quello terrestre. Molti studi sono condotti dalla NASA, per esempio, sui fenomeni di combustione. Pensiamo a come apparirebbe la fiamma di una candela in assenza di gravità. Sulla Terra il gas combusto, caldo e meno denso, sale verso l’alto, apportando nuovo combustibile alla base della fiamma; ma in assenza di gravità non ci sarebbero moti convettivi e la fiamma ben presto si spegnerebbe.

Più in generale, lo sviluppo di tecnologie legate ai viaggi nello spazio ha trovato e trova indirettamente applicazioni in campi civili e industriali terrestri, infilandosi sino in alcuni dettagli della vita quotidiana della gente, come è stato per l’invenzione del Velcro, sfruttato appositamente come tecnica di fissaggio senza colle durante i viaggi delle navette spaziali.
[A destra: il satellite XMM-Newton, lanciato dalla base di lancio europea nella Guyana francese il 10 dicembre 1999, porta tre telescopi a raggi X ciascuno dei quali contiene 58 specchi concentrici ad alta precisione]
Anche le scienze mediche hanno tratto molte informazioni dal comportamento dell’organismo umano in simili condizioni: in assenza di gravità i liquidi corporei risalgono (per questo la prima sensazione provata dagli astronauti in orbita è un fastidioso senso di gonfiore), il sistema cardiovascolare lavora diversamente e la struttura ossea non è più sollecitata dalla forza peso; molti studi condotti, per esempio, sul problema della demineralizzazione delle ossa negli astronauti hanno avuto notevoli ripercussioni nel trattamento dell’osteoporosi a terra.
Ma non è solo la ricerca di condizioni di microgravità a rendere lo spazio importante per la vita a terra. Solo dallo spazio è possibile osservare nella sua globalità il nostro pianeta: l’ESA, da tempo, è impegnata sui due fronti di esplorazione e monitoraggio della Terra dallo spazio, attraverso una serie di satelliti tra i quali i noti satelliti meteorologici Meteosat, inviati in orbita geostazionaria a partire dal 1977, o il satellite Envisat che dal 2001 sorveglia lo stato di salute del pianeta. Ma non solo: unicamente un telescopio spaziale, in orbita a 600 km di altezza, può fornire immagini del cosmo così spettacolari come quelle che Hubble ha prodotto dal 1990 a oggi.
L’osservazione dell’universo, di galassie in particolare, nell’infrarosso è stata rivoluzionata dal satellite Infrared Space Observatory (ISO) dell’ESA, che è stato operativo dal 1995 al 1998; così l’astronomia a raggi X ha ricevuto notevole impulso con l’invio di nuovi telescopi, quali l’Xray Multi Mirror denominato XMM-Newton, fuori dall’atmosfera.
E queste sono solo alcune delle ragioni che rendono lo spazio importante per lo sviluppo e il progresso della vita sul nostro pianeta.

 

 

 

Dove può arrivare l’uomo nello spazio?

 

 

Quando si parla di spazio e, in particolare, di missioni umane nello spazio si intende di norma lo spazio prossimo alla Terra.
[A sinistra: la Stazione Spaziale ISS in volo; sullo sfondo la superficie della Terra]
Negli ultimi vent’anni, se ci limitiamo alle missioni americane, la possibilità di raggiungere orbite intorno alla Terra è stata garantita dalla flotta delle navette spaziali Shuttle (Columbia, Atlantis, Challenger, Discovery, Endevour); con ben 113 missioni alle spalle, gli Shuttle hanno rappresentato anche per l’Europa, che non possiede un vettore proprio, la principale via d’accesso allo spazio.
Una navetta può restare in orbita, però, al più 14 o 15 giorni (a volte sono gli stessi astronauti a chiedere di prolungare la missione di un giorno oltre il termine fissato); chiaramente questo pone un limite superiore alla durata degli esperimenti da condursi a bordo. Soprattutto per questa ragione, attualmente gli sforzi internazionali sono in gran parte orientati alla costruzione della nuova Stazione Orbitale, la International Space Station (ISS). Si tratta della più grande struttura mai costruita nello spazio.
Il suo assemblaggio, iniziato nel novembre del 1998, dovrebbe terminare nel 2006, dopo ben cinquanta missioni, anche se già si sono accumulati ritardi nei tempi di costruzione. La sue dimensioni finali la vedranno estesa quasi come un campo di calcio, con un volume abitabile interno di circa 1.200 m3. Un volume enorme se confrontato con quello effettivamente disponibile sulle navette spaziali Shuttle, non superiore a quello di un piccolo locale. In orbita a un’altezza di 400 km, la ISS ha un periodo orbitale di 92 minuti; i tre attuali e i sei o sette futuri membri di equipaggio permanente vedranno dunque sorgere e tramontare il Sole ogni tre quarti d’ora, anche se l’ora di bordo sarà quella del meridiano di Greenwich.

 

 

 

Come può vivere l’uomo nello spazio?

 

 

Per quanto si sia fatto di tutto per ricreare entro lo Shuttle e la ISS un ambiente favorevole all’organismo umano, la vita di bordo deve a ogni istante confrontarsi con le conseguenze dell’assenza di gravità. Alcune delle quali sono, per noi a Terra, assolutamente impensabili.

L’atmosfera artificiale nello Shuttfe, per l’80% di azoto e il 20% di ossigeno, viene mantenuta a una pressione di circa 1 atmosfera. Se però fosse ferma, l’aria espirata da un astronauta tenderebbe ad accumularsi di fronte alla sua bocca, poiché, a differenza di quanto accade sulla Terra, non esistono moti convettivi che tendano a portarla verso l’alto, lasciando il posto ad aria fresca.
[A destra: Paolo Nespoli all’interno della Stazione Spaziale ISS]
Questo problema si manifesta soprattutto durante il sonno, quando la posizione di naso e bocca non cambia di molto: si produrrebbe un concentrazione locale di anidride carbonica via via crescente, poiché si continuerebbe a respirare la stessa aria, sempre più povera di ossigeno.
Questo comporta la necessità di un impianto di circolazione dell’aria che la rinnovi e la tenga sempre in movimento. D’altra parte ciò impedisce agli astronauti di prendere sonno in una qualsiasi posizione della cabina (cosa in sé possibile non essendoci nello spazio posizioni più o meno comode) perché il flusso d’aria costante li porterebbe inevitabilmente verso le bocchette di aspirazione, ostruendo il passaggio dell’aria stessa. Si rende allora necessario uno sleeping bag ancorato alle pareti della cabina in cui gli astronauti possano trascorrere le otto ore previste per il sonno.
Un altro esempio: per bere si potrebbero usare tranquillamente normali cannucce; il problema è che, in assenza di peso, l’adesione del liquido alle pareti della cannuccia porta allo svuotamento del contenitore in cui è inserita e al formarsi di una bolla di liquido fluttuante nello spazio; si è dovuta, quindi, studiare una speciale cannuccia dotata di valvola.
O ancora: non è possibile fare una doccia perché l’acqua non cade e ci si lava in un nube di gocce d’acqua che vengono poi aspirate; non si possono consumare cibi che possano sbriciolarsi e tutti i cibi devono passare da una stazione di reidratazione; si è anche dovuto produrre un dentifricio commestibile da inghiottirsi dopo aver lavato i denti, e si potrebbero aggiungere infiniti altri dettagli.
Tutto quello che sulla Terra possiamo dare per scontato, nello spazio diventa un problema da affrontare e risolvere.

 

 

 

Quali uomini possono andare nello spazio?

 

 

Del lavoro di un astronauta il più delle volte appare soltanto la partecipazione a una missione, quando ciò faccia ancora notizia; si perde, invece, quasi del tutto l’enormità del lavoro di studio e addestramento che precede una missione nello spazio.
Diventare astronauti non è per nulla semplice: oltre ai requisiti di base fisici e scolastici (è necessaria una laurea in fisica, ingegneria, scienze naturali o medicina), occorre essere selezionati in un concorso a cui, nel mio caso, hanno preso parte 490 candidati. I successivi corsi sono sia lezioni teoriche, sia lezioni di addestramento ai simulatori e in laboratori.
[A sinistra: Il simbolo della missione STS 107 del Columbia con il nome degli astronauti scomparsi nell’incidente del 31 gennaio 2003]
Lo spettro di competenze richiesto e estremamente ampio. Per indicarne alcune: la perfetta conoscenza della lingua inglese e, da alcuni anni, russa; la capacità di effettuare analisi mediche e fisiologiche; conoscenze geologiche acquisite anche mediante lunghi field trip nei siti del pianeta più interessanti da questo punto di vista; conoscenza dei dettagli costruttivi della navetta Shuttle e della ISS, mediante visita a tutti i centri di ricerca NASA e alle ditte costruttrici di componenti.
A ciò sono da aggiungersi i molteplici corsi di sopravvivenza in mare, in terra e in volo in cui ci troviamo a dover affrontare pericoli reali, non simulati. In uno di questi corsi venimmo lasciati, per esempio, all’inizio di un canyon lungo 60 km, nel deserto dello Utah, senza cibo e con un equipaggiamento ridotto quasi solo a un telo di plastica, con la sola richiesta di attraversarlo tutto, per essere poi ripresi all’altro capo.
In tutto ciò è richiesta una notevole capacità di coordinarsi con i componenti di un gruppo e una notevole persistenza. Ma dovrei forse dire che il requisito principale richiesto è l’essere capaci di imparare, di porsi di fronte a situazioni nuove, anche impreviste, con l’atteggiamento di chi è pronto e aperto a ricercare nuove soluzioni e non si lasci sopraffare dalle difficoltà. Perché, non dobbiamo mai dimenticarlo, si tratta pur sempre di un lavoro di frontiera; le stesse navette Shuttle sono veicoli ancora sperimentali, dopo più di vent’anni di attività dal primo viaggio, il 12 Aprile del 1981, del pioniere degli Shuttle, il Columbia.
E proprio il recente incidente al Columbia lo ha tragicamente ricordato non solo a noi, ma anche all’opinione pubblica mondiale.

 

 

 

A cura di Paolo Bartesaghi
(Docente di Matematica e Fisica al Liceo Scientifico)

 

 

 

 

© Pubblicato sul n° 17 di Emmeciquadro








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