Tradotto da Lucilla Croce Ferri

l’astronauto danese dell’ESA Andre Kuipers vede la Terra dalla finistra della ISS Immagine cortesemente messa a disposizione da ESA/NASA

Nel primo di due articoli, Shamim Hartevelt-Velani e Carl Walker della Agenzia Spaziale Europea ci fanno fare un giro per la Stazione Spaziale Europea.

Che cos’è la ISS?

Immaginate una schiera di pannelli solari splendenti che si estendono da un supporto centrale per circa 100 m in lunghezza. Moduli cilindrici pressurizzati sono attaccati in varie posizioni lungo il supporto. Gi astronauti vivono e lavorano dentro questi moduli. Alcuni moduli sono laboratori; altri forniscono un luogo di soggiorno per l’equipaggio, compresa una cucina e un’area per gli esercizi sportivi. Ulteriori moduli pemettono di immagazzinare acqua, cibo, equipaggiamento ed esperimenti e contengono un sistema per il riciclaggio di aria e acqua ed una lavanderia. Dei nodi connettono i diversi moduli e forniscono un punto di aggancio per i veicoli che arrivano dalla Terra.

Fantascienza? No, questa struttura stupefacente esiste dal 20 novembre 1998, quando il primo blocco chiamato “Zarya” (“alba” in russo) fu lanciato in orbita da un missile russo Proton da Baikonur nel Kazakhstan. La Stazione Spaziale Internazionale (ISS) è la più grande struttura fatta dall’uomo che mai abbia volato nello spazio. È una collaborazione tra l’Agenzia Spaziale Europea (ESA)w1, l’Agenzia Aerospaziale Statunitense (NASA)w2, l’Agenzia Spaziale Federale Russa (Roscosmos)w3, l’Agenzia Spaziale Canadese (CSA)w4 e l’Agenzia Giapponese per le Esplorazioni Aerospaziali (JAXA)w5. Il continuo montaggio della stazione viene fatto usando i bracci robotici dello Space Shuttle e della ISS e con l’aiuto degli astronauti che completano il lavoro svolgendo attività extraveicolari (EVAs o passeggiate spaziali) nel vuoto dello spazio.

Sullo sfondo del buio dello spazio e dell’orizzonte della Terra, questa foto, fatta da un menbro dell’equipaggio della ISS, mostra lo Space Shuttle Discovery (STS-120) e una navicella Soyuz Immagine cortesemente messa a disposizione da ESA/NASA

La ISS fornisce un’opportunità unica di condurre ricerche pionieristiche in numerosi campi scientifici. Paragonata alle prime stazioni spaziali, la ISS fornisce molte più opportunità di svolgere dozzine di esperimenti, sia all’interno della stazione sia in speciali punti di attracco esterni. Questo perchè la ISS ha un volume interno più grande, ha a disposizione più capacità di calcolo, più potenza elettrica ed un periodo di missione molto lungo che permette agli scienziati di condurre esperimenti su periodi più prolungati con un continuo flusso di dati.

La gravitá influenza quasi tutto quello che facciamo sulla Terra. In orbita gli effetti di questa forza praticamente spariscono e sono sostituiti da condizioni di micro-gravità o “assenza di peso”. Gli astronauti fluttuano nello spazio e sono in grado facilmente di portare pesanti pezzi di equipaggiamento. In queste condizioni, gli scienziati possono testare e modificare le teorie esistenti, che potrebbero portare a nuove scoperte e progressi.

Viaggiando verso la ISS

Dal maggio 2009, la ISS sarà abitata permanentemente da un equipaggio di sei astronauti dagli Stati Uniti, dal Canada, dal Giappone, dalla Russia e dall’ESA. Gli equipaggi vengono cambiati durante l’anno, ma la permanenza media è di sei mesi. Gli equipaggi sono composti da nazionalità miste, la combinazione delle quali dipende dall’accordo tra i governi. Tutti gli equipaggi devono saper parlare e scrivere bene in inglese e in russo.

Astronauti Pam Melroy, STS-120 comandante (sinistra); Peggy Whitson, comandante della Spedizione 16; e Stephanie Wilson, specialista nella missione STS- 120 posano per una foto nel modulo di servizio Zvezda della ISS mentre lo Space Shuttle Discovery è agganciato alla Stazione Immagine cortesemente messa a disposizione da ESA/NASA

L’equipaggio raggiunge la ISS o con la capsula russa Soyuz, lanciata da Baikonur, o con lo Space Shuttle americano, lanciato da Cape Canaveral in Florida, Stati Uniti. Dalla Terra ci vogliono circa dieci minuti perchè gli astronauti raggiungano l’orbita. Durante il lancio dello Space Shuttle ci sono forti rumori e pesanti vibrazioni mentre il motore principale brucia l’idrogeno liquido e l’ossigeno. Dopo la partenza, la velocità aumenta in fretta e la forte accelerazione schiaccia gli astronauti nei loro sedili, mentre le forze di accelerazione aumentano da 1 fino a 4 g, come negli otto volanti più veloci.

Presto lo Shuttle raggiunge i 10 km sopra il livello del mare, la quota di crociera degli aerei di linea. La temperatura scende sotto lo zero ed è a questo punto che lo Shuttle incontra la più alta resistenza nell’atmosfera. Quando lo Shuttle sale ancora più in alto, l’orizzonte si incurva e gli astronauti incontrano per la prima volta il buio dello spazio. Dopo due minuti, lo Shuttle raggiunge una quota di 45 km e sta viaggiando a 4.5 volte la velocità del suono.

Quattro minuti più tardi, lo Shuttle raggiunge una quota di 130 km e viaggia a 15 volte la velocità del suono. Il serbatoio centrale di carburante ora è vuoto e si separa, distruggendosi nell’atmosfera. I motori principali vengono spenti ma lo Shuttle continua a muoversi attraverso lo spazio perchè ora non c’è più la resistenza dell’aria. Gli oggetti all’interno sembrano senza peso e tutto quello che non è fissato inizia a fluttuare.

Le vibrazioni finiscono e il silenzio circonda la navicella. Lo Shuttle raggiunge una velocità pari a 22 volte quella del suono (28000 km/ora) e una quota di quasi 400 km; ora è nello stesso piano orbitale della ISS. Lo Shuttle comincia ad inseguire la Stazione – è 10000 km indietro e più basso in altezza e altri due giorni sono necessari per l’incontro e l’aggancio, per essere sicuri che tutti i controlli di sistema siano stati effettuati. L’aggancio ha luogo molto lentamente per evitare incidenti.

Ricerca a bordo

La nostra comprensione delle scienze della vita, della fisica e della chimica è quasi interamente basata su osservazioni e teorie influenzate dalla onnipresente forza di gravità. Sulla ISS, la ricerca portata avanti in un ambiente in assenza di peso permette agli scienziati di testare e modificare teorie esistenti.

Per esempio, le proprietà dei materiali sono determinate dalla loro struttura fine e influenzate dalle imperfezioni che si formano prevalentemente durante il passaggio dallo stato liquido a quello solido. Questo processo è influenzato dalla gravità in un modo molto complesso. Studiando la solidificazione in micro-gravità è possibile capire meglio come la gravità influenzi il processo sulla Terra. Come risultato di questa ricerca effettuata nello spazio, gli ingegneri possono migliorare i processi di produzione usati sulla Terra per fare strutture più economiche, più robuste e più affidabili.

Vista della ISS presa nel novembre 2007 dallo Space Shuttle Immagine cortesemente messa a disposizione da ESA/NASA

Gli astronauti fanno anche esperimenti di biologia, medicina e psicologia umana. Le attività dell’ESA in questo settore si stanno focalizzando attualmente sull’effetto della gravità sullo sviluppo e il mantenimento del tessuto osseo e sull’influenza dei medicinali. I primi voli spaziali a lungo temine avevano rivelato non solo che vivere nello spazio portava ad una perdita di massa ossea, ma anche che questa perdita variava da quantità trascurabili fino al 20% dei minerali ossei, dopo 6-8 mesi nello spazio.

È noto che il deterioramento della qualità delle ossa è la caratteristica principale dei malati di osteoporosi sulla Terra. La stessa perdita di massa ossea e di qualità può essere osservata anche in equipaggi spaziali sani. Analizzando questi problemi simili, abbiamo una probabilità maggiore di risolverli entrambi. La ricerca nell’ultimo decennio ha fatto significativi progressi e oggi si sa molto di più che dieci anni fa. Gli esperimenti nello spazio ci stanno aiutando a capire il mantenimento delle ossa, e può aiutare gli equipaggi spaziali a mantenere la loro massa ossea anche passando più tempo in un ambiente in assenza di peso.

Nel prossimo numero di “Scienza a Scuola”, leggerete di come gli astronauti vivano nello spazio e come il loro corpo si adatti alle condizioni di micro-gravità.

Riferimenti sul web

w1 – Per ulteriori informazioni sull’Agenzia Spaziale Europea vedi: www.esa.int. Per informazioni sulle risorse educative dell’ESA vedi sotto.

w2 – Per ulteriori informazioni sulla NASA vedi www.nasa.gov

w3 – Per ulteriori informazioni su Roscosmos, vedi: www.roscosmos.ru

w4 – Per ulteriori informazioni sull’Agenzia Spaziale Canadese, vedi: www.space.gc.ca

w5 – Per ulteriori informazioni sull’Agenzia Giapponese per le Esplorazioni Aerospaziali, vedi: www.jaxa.jp/index_e.html

Risorse

Per una intervista completa con Thomas Reiter, vedi:

Warmbein B (2007) Down to Earth: interview with Thomas Reiter. Science in School 5: 19-23. www.scienceinschool.org/2007/issue5/thomasreiter

Per altri articoli sul tema, vedi:

Wegener A-L (2008) Un laboratorio nello spazio: intervista con Bernardo Patti. Science in School 8: 8-12. www.scienceinschool.org/2008/issue8/bernardopatti/italian

Williams A (2008) Il veicolo automatico di trasporto – sostenere l’Europa nello spazio. Science in School 8: 14-20. www.scienceinschool.org/2008/issue8/atv/italian

Molte centinaia di immagini, video e animazioni sul volo umano sono disponibili sul sito ESA e possono essere usati per scopi educativi: www.esa.int/esa-mmg/mmg.pl?collection=Human+Spaceflight

L’ESA ha prodotto molto materiale educativo sulla ISS:

Un pacchetto di materiale educativo stampato per gli insegnanti della scuola primaria e secondaria è disponibile in tutte le 12 lingue dell’ESA. Il materiale si basa su tutte le affascinanti attività legate al costruire, lavorare e vivere a bordo della ISS e fornisce informazioni ed esercizi per l’insegnamento in classe. È a disposizione di tutti gli insegnanti degli stati membri dell’ESA e può essere ordinato gratis online: www.esa.int/spaceflight/education

Una versione interattiva del kit educativo sulla ISS è disponibile sul sito: www.esa.int/spaceflight/education

Ora è disponibile “Robotica Spaziale”, l’ultimo di una serie di quattro DVD con lezioni sulla ISS, che coprono temi inerenti al curriculum scolastico europeo e che si basano sul Progetto “Gravità Zero”.

Quest’anno sarà disponibile un nuovo DVD sulla fisica dell’ATV (il Veicolo Automatico di Trasferimento). I DVDs possono essere ordinati gratis dagli insegnanti: www.esa.int/spaceflight/education

L’ ESA sta sviluppando anche una serie di lezioni online per gli studenti delle scuole elementari e secondarie e per i loro insegnanti. Vedi: www.esa.int/SPECIALS/Lessons_online

Un nuovo kit sulle esplorazioni spaziali sarà a disposizione nel 2008

Ulteriori dettagli e materiale educativo:

Sito dell’Agenzia Spaziale Europea -Educazione: www.esa.int/education

Sito dell’Agenzia Spaziale Europea- Eucazione sul Volo Umano: www.esa.int/esaHS/education.html

Shamim Hartevelt-Velani è insegnante in una scuola secondaria e lavora attualmente con un contratto presso il Centro Europeo di Ricerca e Tecnologia Spaziale (ESTEC) nel Direttorato del Volo Umano. È l’esperta di didattica nel gruppo che si occupa dell’educazione.

Carl Walker è uno scrittore ed editore associato all’ESA che lavora a ESTEC. Scrive e fa l’editore di un’ampia gamma di libri ed altro materiale di comunicazione sui voli spaziali e sul programma spaziale europeo.