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La NASA ed il bagno spaziale da 23 milioni di dollari sulla ISS

Per aiutare i suoi astronauti ad andare coraggiosamente in bagno, la NASA ha appena spedito un bagno spaziale sulla Stazione Spaziale Internazionale.

Categorie Agenzie spaziali · Missioni spaziali

Usare il bagno nello spazio potrebbe non essere l’aspetto più affascinante dei viaggi spaziali, ma oggi gli astronauti hanno molti più comfort rispetto a quelli che hanno volato nei decenni precedenti. Ecco il bagno da 23 milioni che la NASA ha portato sulla ISS.

Storia dei bagni spaziali

Quando l’astronauta Alan Shepard doveva “andare”, non aveva un bagno spaziale da 23 milioni sulla ISS, ma faceva semplicemente pipì nella sua tuta spaziale sulla rampa di lancio durante la missione Apollo 11. Alcuni anni dopo, nel 1969, gli astronauti urinavano in maniche a forma di preservativo che incanalavano la pipì in una vescica di raccolta indossata sotto i capi di abbigliamento dell’astronauta, le maniche venivano sostituite quotidianamente poiché le fuoriuscite si verificavano abbastanza frequentemente.

Defecare era ancora più complicato: gli astronauti essenzialmente si attaccavano una borsa che raccoglieva i loro scarti. Non era una configurazione agevole come possono testimoniare Tom Stafford e l’equipaggio dell’Apollo 10. Durante la missione, Stafford ha dovuto avvertire i suoi compagni di equipaggio che aveva mancato il bersaglio: si dice che abbia detto su una trascrizione della missione della NASA “Prendimi un tovagliolo in fretta. C’è uno stronzo che fluttua nell’aria”.

I primi periodi dei voli spaziali erano frustranti a causa degli odori all’interno degli abitacoli. Gli scienziati sapevano poco di come l’ambiente spaziale influiva sul corpo umano, quindi la NASA chiedeva ai suoi astronauti di riportare tutti i loro sacchetti di feci per analisi più approfondite. Mentre erano sulla superficie lunare, tuttavia, gli astronauti dell’Apollo non potevano esattamente aprire un lembo della loro tuta quindi, durante le sessioni di moonwalking, gli astronauti indossavano un pannolino.

Quando la NASA ha lanciato Skylab negli anni ’70, è stata la prima volta che un apparato vagamente simile a una toilette è stato installato sulle navicelle spaziali statunitensi. L’unità rudimentale consisteva in un foro nel muro che risucchiava l’urina e le feci nei sacchi di raccolta. Successivamente, l’equipaggio avrebbe dovuto asciugare le proprie feci in uno scompartimento speciale per riportarle sulla Terra. Gli astronauti hanno dovuto aspettare il lancio del programma Shuttle nel 1981 per ricevere un tipo di hardware simile ad un bagno terrestre. Quello strumento era essenzialmente una ciotola di metallo con un tubo di aspirazione e un imbuto da usare per l’urina.

La NASA sta anche studiando l’idea di come estrarre l’acqua dai rifiuti solidi in modo che anch’essa possa essere riciclata per le missioni con equipaggio. L’acqua è un bene prezioso nello spazio e gli studi hanno dimostrato che le feci contengono fino al 75% di acqua in massa. In questo momento, questa quantità va sprecata. Se l’acqua potesse essere estratta con successo dalle feci degli astronauti, potrebbe fornire più fonti di acqua riciclata.

Gli scienziati hanno anche dimostrato che l’urea potrebbe essere utilizzata per materiali da costruzione o fertilizzante. L’urea è il secondo composto più comune nelle urine dopo l’acqua e un team di ricercatori europei ha dimostrato all’inizio di quest’anno che l’urea potrebbe essere mescolata con la polvere lunare (nota come regolite) e utilizzata come materiale da costruzione. Il materiale risultante, noto come geopolimero, è simile al cemento e potrebbe essere utilizzato per costruire strutture come piattaforme di atterraggio e habitat sulla luna.

La toilette non è uno dei posti preferiti sulla ISS. Ma senza di essa, la stazione sarebbe inutile.

NASA

Il nuovo Universal Waste Management System, bagno spaziale da 23 milioni di dollari

Il nuovo Universal Waste Management System. Test acustico.
Bagno spaziale da 23 milioni di dollari
Universal Waste Management System (test acustico), Credit: NASA

I processi biologici umani più elementari diventano difficili fuori dal pianeta a causa in parte della mancanza di gravità. La NASA ha lanciato una nuova toilette spaziale, l’Universal Waste Management System (UWMS), sulla Stazione Spaziale Internazionale durante la 14a missione di rifornimento del contratto di Northrop Grumman a settembre. Un’altra unità UWMS sarà installata a Orion per il test di volo Artemis II che invierà gli astronauti in una missione di 10 giorni oltre la Luna e ritorno.

La nuova toilette è arrivata alla Stazione Spaziale Internazionale il 5 ottobre come parte di un carico di rifornimento. L’astronauta Chris Cassidy e i suoi colleghi russi, Ivan Wagner e Anatoly Ivanishin, hanno disimballato e installato il carico sulla stazione.

La NASA ha impiegato sei anni e 23 milioni di dollari per elaborare il progetto del nuovo vaso portatile ad alta tecnologia. Quel costo copre in realtà due bagni: gli astronauti installeranno il primo sulla stazione spaziale e, se si comporta come previsto, un secondo viaggerà sulla luna come parte della prossima missione Artemis 2 dell’agenzia, che dovrebbe essere lanciata nei prossimi anni. Il nuovo bagno da 23 milioni sulla ISS potrebbe essere utilizzato anche su futuri lander lunari con equipaggio o su veicoli spaziali diretti su Marte.

L'”Universalità” in UWMS è la chiave: il concetto di design centrale può essere facilmente integrato in diversi veicoli spaziali e sistemi di supporto vitale. Su piattaforme come la stazione spaziale dove vivono e lavorano gli astronauti per lunghi periodi di tempo, l’UWMS alimenterà l’urina pretrattata in un sistema rigenerativo, che ricicla l’acqua per un ulteriore utilizzo. Per missioni di durata più breve, come Artemis II, l’UWMS funziona anche con un sistema in cui i rifiuti non vengono pretrattati con prodotti chimici e vengono semplicemente stoccati per lo smaltimento. “Ricicliamo circa il 90% di tutti i liquidi a base d’acqua sulla stazione spaziale, inclusi urina e sudore“, spiega l’astronauta della NASA Jessica Meir.

“Quello che cerchiamo di fare a bordo della stazione spaziale è imitare gli elementi del ciclo naturale dell’acqua della Terra per recuperare l’acqua dall’aria. E quando si tratta della nostra urina sulla ISS, il caffè di oggi è il caffè di domani!”

Jessica Meir
Visita alla toilette della Stazione Spaziale Internazionale

Durante la progettazione del nuovo bagno, gli ingegneri hanno dovuto tenere conto del fatto che lo spazio è limitato all’interno della futura capsula spaziale della NASA, chiamata Orion. Quindi qualsiasi potenziale toilette doveva essere compatta ed efficiente quanto i modelli attualmente utilizzati sulla ISS. Gli ingegneri della NASA hanno progettato un bagno delle dimensioni di quello di un camper che è circa il 65 percento più piccolo e il 40 percento più leggero di quelli attualmente in uso. È anche più efficiente dal punto di vista energetico.

La nuova toilette funziona essenzialmente allo stesso modo dei suoi predecessori. Questo perché tutti i servizi igienici spaziali si basano su un principio importante: l’aspirazione. In assenza di gravità, tutto tende a galleggiare. I rifiuti prodotti dagli astronauti devono essere tirati nella toilette, altrimenti potrebbero finire alla deriva intorno alla stazione spaziale. Per urinare, gli astronauti usano un imbuto attaccato a un tubo che usa un ventilatore per tirare l’urina in un serbatoio. Per defecare, gli astronauti si siedono su un tubo che si affida allo stesso ventilatore per mettere le loro feci in un sacchetto di raccolta.

Il nuovo bagno da 23 milioni sulla ISS è un cilindro compatto alto circa 28 pollici e presenta lo stesso tipo di sistema di ventilazione del precedente. Ha anche un compattatore di rifiuti rimovibile in cui gli astronauti possono depositare i loro escrementi. Ogni volta che un astronauta si libera, la sua attività viene risucchiata in un sacchetto. Una volta terminato, l’astronauta sigillerà il sacchetto e spingerà la confezione nel contenitore. Quindi installano un nuovo sacchetto e il processo si ripete fino a quando il contenitore è pieno. Quando il contenitore si riempie, il bagno potrebbe non avere sempre un odore così “fresco”. Il contenitore di raccolta contiene circa 30 depositi. Una volta che il cestino è pieno, il contenuto viene poi scartato con il resto della spazzatura nello spazio esterno, che tende a “cadere” verso l’atmosfera terrestre, e a decomporsi con essa.

Il nuovo design del bagno da 23 milioni sulla ISS e l’inclusività femminile

Donna in un treno con un astronauta all'esterno. bagno da 23 milioni sulla iss

Il nuovo WC funziona più o meno allo stesso modo del vecchio, ma differisce dai design precedenti in un modo fondamentale: l’inclusività. Storicamente, i servizi igienici spaziali sono stati progettati per accogliere gli uomini, ma non questo bagno da 23 milioni di dollari sulla ISS. La NASA afferma di aver lavorato diligentemente con le astronaute dell’agenzia per migliorare sia la forma dell’imbuto che il sedile del nuovo bagno da “23 milioni di dollari”.

“Il design dell’imbuto è stato completamente rimodellato per adattarsi meglio all’anatomia femminile. E in particolare questa è una preoccupazione quando i membri dell’equipaggio stanno cercando di fare le due operazioni contemporaneamente.”

McKinley

Le donne dell’equipaggio hanno fornito input che hanno contribuito a ridisegnare la forma e la lunghezza dell’imbuto, la sua posizione accanto al water, nonché la forma del sedile. McKinley ha continuato con: “C’era un problema di prossimità, quindi il sedile e l’imbuto per l’urina sono stati entrambi progettati per migliorare l’esperienza per l’equipaggio femminile”.

Il nuovo bagno da 23 milioni di dollari sulla ISS ha anche uno speciale sistema integrato che pre-tratta l’urina prima che venga trasmessa al sistema di supporto vitale della stazione per essere riciclata per l’acqua. L’urina può occasionalmente contenere materiale solido che rimane bloccato all’interno della toilette, accumulandosi nel tempo. Per mitigare ciò, la NASA impiegherà una soluzione altamente acida per abbattere eventuali depositi che potrebbero essere presenti nelle urine. Gli ingegneri hanno utilizzato una speciale tecnica di stampa 3D per modellare parti resistenti agli acidi per la toilette con metalli robusti come il titanio e altre leghe durevoli

“L’acido che usiamo come pretrattamento è molto forte”, ha detto Jim Fuller, project manager per il nuovo bagno presso la Collins Aerospace, durante la conferenza stampa di prelancio. “È così forte che ci sono pochissimi metalli di cui la NASA è a conoscenza che possono resistere a questo pretrattamento per un lungo periodo di tempo”.

Un altro aggiornamento è che la nuova toilette è automatica. L’attuale toilette richiede agli astronauti di azionare un interruttore per attivarla, ma la nuova ventola della toilette si accende automaticamente quando gli astronauti rimuovono l’imbuto dalla sua culla o sollevano il coperchio.
Cassidy ha installato la nuova toilette accanto all’attuale toilette nel segmento statunitense della stazione spaziale. Tuttavia, gli astronauti hanno iniziato a prepararsi per il suo arrivo lo scorso anno, installando un nuovo stallo per il wc aggiornato. Durante quel processo, la vecchia toilette ha creato una perdita che ha messo gli astronauti in difficoltà per l’assorbimento dell’acqua. La perdita è stata solo l’ultima di una serie di problemi che il modello attuale ha avuto nel corso degli anni, tra cui un ventilatore dell’urina difettoso nel 2008 e un intasamento dovuto all’accumulo di calcio nel sistema di trattamento dei rifiuti liquidi nel 2010.

L’UWMS, il bagno da 23 milioni della ISS include poggiapiedi e appigli per gli astronauti per evitare che si allontanino. Ognuno si posiziona in modo diverso mentre ne usufruisce e il feedback coerente degli astronauti ha indicato che le tradizionali cinghie per le cosce erano una seccatura.

Salviette, guanti e carta igienica vengono smaltiti in sacchetti a tenuta stagna. I rifiuti solidi in singoli sacchetti a tenuta stagna sono compattati in un contenitore di stoccaggio fecale rimovibile. Un piccolo numero di contenitori fecali viene riportato sulla Terra per la valutazione, ma la maggior parte viene caricata in una nave mercantile che si brucia al rientro attraverso l’atmosfera terrestre. Attualmente, i rifiuti fecali non vengono elaborati per il recupero dell’acqua, ma la NASA sta studiando questa capacità.

L’importanza dei sistemi di supporto vitale

Astronauta con la sua tuta spaziale, indispensabile come supporto vitale per un essere umano nello spazio. bagno da 23 milioni sulla iss

Per prepararsi al suo eventuale utilizzo nello spazio, la toilette è stata ampiamente testata a terra, con ingegneri che l’hanno orientata in molte direzioni diverse per garantire che l’aspirazione funzionasse.  Il sistema di supporto vitale rigenerativo sulla stazione spaziale è fondamentale per ridurre la necessità di lanciare acqua supplementare dalla Terra.

Il bagno da 23 milioni sulla ISS potrebbe non essere necessario per missioni lunari iniziali che saranno di durata inferiore. Le missioni di andata e ritorno su Marte, tuttavia, richiederanno circa due anni e non ci saranno opportunità per completare l’approvvigionamento idrico. L’obiettivo della NASA è raggiungere tassi di riciclaggio del 98% prima delle prime missioni umane a bordo di un veicolo di trasporto su Marte proposto. La stazione spaziale è attualmente l’unico luogo di prova nello spazio per convalidare il supporto vitale a lungo termine e i sistemi di riciclaggio.

Nello spazio, ogni parte del ciclo dell’acqua è fondamentale per la sopravvivenza e i progressi tecnologici possono fare una differenza fondamentale nell’efficienza e nel successo della missione. Mentre ci prepariamo a riportare gli umani sulla Luna con Artemis e aspettiamo con impazienza la prima missione umana su Marte, i sistemi di supporto vitale svolgeranno un ruolo importante nel mantenere i nostri astronauti sani e al sicuro mentre vivono, lavorano e imparano più lontano che mai dalla Terra.

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