venerdì, 23 Ottobre, 2020

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La Stazione Spaziale Internazionale compie 20 anni

La Stazione Spaziale Internazionale - ISS (International Space Station) compie 20 anni di continua presenza umana nello spazio.

La Stazione Spaziale Internazionale – ISS (International Space Station) compie 20 anni di continua presenza umana nello spazio.
Il più ambizioso e complesso progetto internazionale mai condotto iniziò nel 1998 dalle steppe del Kazakistan con il lanciò del primo modulo, il cargo Zarya, a bordo di un razzo Proton.
Qualche giorno dopo, lo Shuttle Endeavour, con a bordo 6 astronauti, agganciò il modulo statunitense Unity Node 1, iniziando la fase di costruzione durata per oltre 13 anni.

Dall’Ottobre del 2000, quando il primo equipaggio di astronauti raggiunse i primi due segmenti della ISS, oltre 240 individui da 19 diverse nazioni hanno visitato la stazione, fino ad un massimo di 6 alla volta. Oltre 4200 tra ricercatori, ingegneri e scienziati da più di 100 nazioni hanno lavorato a progetti condotti a bordo.

Distribuzione dei ricercatori di progetti svolti a bordo della ISS
Credits: NASA

La Stazione Spaziale Internazionale offre una piattaforma unica per esperimenti di differente natura: studi sulla Terra, spazio, biologia, psicologia e fisiologia umana per elencarne solo qualcuno. La ISS è la missione che più esprime le potenzialità di una collaborazione globale nello spingere l’ingegneria oltre i limiti umani.

I numeri della Stazione Spaziale Internazionale

La ISS orbita intorno alla Terra su una traiettoria leggermente ellittica a circa 420 chilometri di quota e con una inclinazione di 51° rispetto all’equatore. Il 90% della traiettoria orbitale della ISS passa sopra zone abitate.
Gli astronauti a bordo possono assistere a 16 albe e 16 tramonti ogni giorno viaggiando a circa 29000 km/h, oppure 8 km/s.

Stazione Spaziale Internazionale: pannelli
Tramonto sull’Italia dalla ISS
Credits: ISS

La Stazione Spaziale Internazionale pesa intorno alle 420 tonnellate ed è larga quasi 110 metri, di cui 1000 metri cubi sono il volume dei moduli pressurizzati e quindi abitabili. I 16 moduli pressurizzati permettono di agganciare fino a 8 velivoli contemporaneamente, tra Soyuz, Shuttle, Dragon, ATV, H-II e Progress.
Per generare tutta l’energia elettrica necessaria vi sono 4 pannelli solari lunghi 73 metri ciascuno (quanto un Airbus A380) che producono complessivamente da 75 a 90 kW di potenza.

Stazione Spaziale Internazionale: pannelli
Alcuni dei pannelli solari a bordo della stazione
Credits: NASA

La stazione è totalmente autonoma: oltre il 93% dell’acqua di scarico viene riciclata. Solo una piccola quantità, insieme ai rifiuti, viene trasferita in una capsula cargo e fatta bruciare in atmosfera.
Dal 1998 sono state compiute oltre 230 EVA (Extra – Vehicular Activities), di cui 173 con tute americane e 54 russe con durate sempre crescenti, fino ad arrivare anche a 7 ore consecutive.

La stazione spaziale internazionale permette anche lo studio quotidiano del 5° stato di materia attraverso il Cold Atom Lab: in precedenza, per osservarlo era necessario imporre apposite condizioni di microgravità, come la caduta da un palazzo.

Un laboratorio in ambiente di microgravità

L’orbita bassa terrestre fornisce condizioni per una piattaforma di ricerca con caratteristiche uniche. Bisogna però specificare che la condizione di microgravità non è causata dall’altezza a cui orbita la stazione, come spesso è stato detto.
Infatti la forza di gravità è praticamente uguale tra superficie e orbita bassa (400 km di quota) perché rispetto al raggio della Terra (circa 6670 km) il cambiamento di quota non è molto rilevante. La condizione di microgravità è invece dovuta al moto stesso della stazione: la velocità orbitale garantisce l’immissione in orbita e genera una forza centrifuga opposta a quella di gravità.

Stazione Spaziale Internazionale: cupola
Il braccio robotico Canadarm 2 visto dalla cupola
Credits: NASA

L’importanza di poter usufruire di una piattaforma di test in queste condizioni ha dirette conseguenze in un vastissimo campo di applicazioni.
Ad esempio, i lunghi viaggi interplanetari o, in un futuro meno prossimo, i viaggi interstellari richiedono materiali e tecnologie complesse e resistenti all’ambiente radioattivo spaziale. Sono quindi necessari numerosi test sperimentali in orbita per certificare queste nuove tecnologie.

La gravità da sempre ci impone una fisica naturale delle cose, ne sono un esempio la meccanica dei fluidi e la termodinamica. Nello spazio, questa condizione di microgravità cambia totalmente la fenomenologia: i liquidi si comportano diversamente e la combustione segue processi differenti. Lo studio di questi comportamenti è vitale per lo sviluppo di nuove tecnologie: ad esempio il processo di formazione di una spugna metallica (materiale leggero e utilizzato per i moderni velivoli civili) può essere meglio regolato in condizioni di microgravità permettendo di creare un materiale con prestazioni migliori.

Studio delle forze di capillarità nei liquidi nel Capillary Flow Experiments-2 Vane Gap-1 (CFE-2 VG1)
Credits: NASA

Infine, nell’ottica di sviluppare avamposti in orbita, sulla Luna o su Marte, è necessario renderli totalmente autonomi, anche per la produzione di cibo e ossigeno. E’ quindi molto importante uno studio accurato del processo di crescita delle piante nello spazio per capirne l’evoluzione e le capacità di sviluppo.

L’astronauta T.J. Creamer lavora sul Advanced Plant Experiments on Orbit-Cambium (APEX-Cambium)
Credits: NASA

Il futuro della ISS

I partners principali della missione International Space Station sono NASA, Roscosmos, CSA, ESA, JAXA. Oltre alle agenzie spaziali americana, russa, canadese, europea e giapponese un grandissimo numero di aziende è stato incluso per lo sviluppo di questo campo da calcio orbitante.
L’Italia, tramite l’Agenzia Spaziale Italiana (ASI), è stata protagonista nella costruzione della stazione. Aziende come Thales Alenia e Leonardo hanno fortemente contribuito allo sviluppo di interi moduli attualmente in orbita. Tra tutti i moduli quello più famoso è senza dubbio la cupola.

Stazione Spaziale Internazionale: cupola
L’astronauta Alexander Gerst si affaccia alla cupola
Credits: ESA

La cupola è un modulo di osservazione grande circa 2 metri x 1.5 metri che dispone di 6 oblò trapezoidali più uno circolare sul lato superiore. E’ facile capire il perché ogni giorno ciascun astronauta trascorra un po di tempo all’interno di questa finestra sul mondo.

Il progetto della ISS prevede che la stazione rimanga in funzione fino al 2024. Non si esclude però la possibilità di estendere la data di fine missione oltre il 2028, soprattutto grazie alle partnership commerciali con i privati.
Infine è possibile che alcuni moduli possano essere recuperati per nuovi progetti, come la futura stazione in orbita lunare.

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