Tradotto da Lucilla Croce Ferri

L’astronauta ESA Kuipers ed il suo college della NASA Foale mangiano formaggio daneseper coloazione a bordo della ISS Immagine cortesemente messa a disposizione dall ESA

Come fanno gli astronauti a mangiare, dormire e a lavarsi? Shamim Hartevelt-Velani, Carl Walker e Benny Elmann-Larsen dell’Agenzia Spaziale Europea indagano nel secondo articolo sulla ISS.

Vita a bordo della Stazione

Di Shamim Hartevelt-Velani e Carl Walker

Com’è la vita per gli astronauti a bordo della Stazione Spaziale Internazionale (ISS)? L’ambiente terrestre che ricorda di più la microgravità sperimentata sulla ISS è l’acqua, questo è il motivo per cui gli astronauti si allenano in grandi piscine. All’interno della ISS, gli astronauti possono giocare con gocce d’acqua fluttuanti e, invece di camminare, possono darsi una spinta dalle pareti e volare nell’aria.

Gli astronauti esperimentano l’alba e il tramonto 16 volte in un giorno, perchè la ISS orbita attorno alla Terra ogni 90 minuti. È difficile adattarsi e dormono una media di 5-6 ore per giorno piuttosto delle 7-8 ore di sonno che assaporano sulla Terra. Tuttavia osservano una stretta pianificazione lavoro/sonno. La mancanza di sonno può essere certamente dovuta all’eccitamento nelle prime fasi di “mancanza di peso”, alle magnifiche vedute della Terra e del buio del cosmo.

Una grande finestra installata nel laboratorio Kibo permette di vedere la Terra Immagine cortesemente messa a disposizione dall ESA

L’equipaggio passa circa 160 ore-uomo per settimana facendo esperimenti scientifici, il resto del loro tempo è dedicato alla manutenzione, ad attività di controllo della Stazione e a passeggiate spaziali. Le passeggiate spaziali (o attività extra-veicolari, EVAs) sono necessarie per la costruzione, la manutenzione e l’installazione delle componenti scientifiche al di fuori della Stazione. Domenica generalmente è un giorno di riposo, anche se alcuni esperimenti continuano e devono essere monitorati.

Passeggiata spaziale per riparare il pannello solare della Stazione Immagine cortesemente messa a disposizione dall ESA

Gli astronauti devono prendere molta cura di se stessi a bordo, e la loro salute e sicurezza hanno la prioritá. Devono essere in buone condizioni fisiche e mentali. Mangiano tre pasti al giorno e i pasti sono importanti per l’equipaggio per socializzare. C’è una zona-cucina, dove si può scaldare il cibo, un frigorifero e un tavolo. Sul pavimento ci sono dei cavi per bloccare i piedi, in modo tale da tenere gli astronauti in posizione seduta, ma spesso mangiano fluttuando in giro. Del Velcro è usato per assicurare i vari contenitori di cibo sul tavolo ed evitare che volino via. La maggior parte del cibo è liofilizzato, surgelato, stabilizzato termicamente o pronto per l’uso. Questi trattamenti e le condizioni di mancanza di peso fanno in modo che il gusto del cibo sia spesso modificato (qualcosa come quando tentate di mangiare avendo il raffreddore).

La varietà di nazionalità a bordo richiede che la dieta venga scelta attentamente. Gli astronauti possono far sapere le loro preferenze in fatto di dieta prima di partire sulla ISS, ma sono liberi di cambiare idea durante la missione, purchè il valore nutrizionale (2800 calorie per giorno) sia mantenuto. Il cibo è consegnato periodicamente dalla Terra per mezzo di un veicolo da trasporto (tipo l’ ATV dell’ESA o i veicoli russi Progress).

Ci sono anche cibi e bevande deidratati che vengono ricostituiti aggiungendo acqua. Vengono usate siringhe per riidratare singole porzioni di cibo e evitare perdite: l’acqua è una comodità preziosa. Trasportare acqua sulla ISS è molto costoso, così parte dell’acqua viene riciclata dalla stessa cabina tramite condensazione. Siccome l’acqua deve essere conservata, viene usato del dentifricio che non fa schiuma. Per l’igiene personale vengono usate delle salviette umide. Gli astronauti faranno la loro prima doccia quando ritorneranno sulla Terra.

L’astronauta italiano dell’ESA Paolo Nespoli visto durante un pasto a bordo della ISS Immagine cortesemente messa a disposizione dall ESA

L’astronauta italiano dell’ESA Paolo Nespoli, specialista nella missione STS-120, si riposa nel suo sacco per dormire nel modulo Harmony della ISS, mentre lo Space Shuttle Discovery è attaccato alla Stazione Immagine cortesemente messa a disposizione dall ESA

Nello spazio non c’è un “su” e un giù”. Il dormire richiede l’avvolgersi in una sacca per dormire appesa alla parete. Gli astronauti usano tappi per le orecchie per tener lontano sia il rumore dei sistemi vitali necessari che girano in continuazione che i suoni causati dall’espansione e contrazione termica della stessa ISS. Cercano di assicurare le loro braccia che fluttuano, che potrebbero bloccare i tubi che fanno circolare l’aria nella ISS e causare in uno scomparto un pericoloso incremento di anidride carbonica.

La temperatura è mantenuta ad un livello confortabile da un sistema di aria condizionata così che gli astronauti possano portare abiti leggeri. La pressione dell’aria è mantenuta uguale a quella sulla Terra. Durante il lancio e l’atterraggio o quando fanno passeggiate spaziali fuori dalla ISS, gli astronauti indossano speciali tute spaziali presurrizzate per proteggerli dalle condizioni esterne.

Gli uomini e le donne scelti come astronauti lavorano come gruppo. Il loro allenamento li aiuta a sopportare la mancanza di sfera privata e a vivere in un tale ambiente per vari mesi di fila. Questo ambiente diventa la loro casa.

Effetti fisiologici di un ambiente “senza peso”

Di Benny Elmann-Larsen, Fisiologo Senior dell’ESA

Gli esseri umani e gli altri esseri viventi si sono adattati alla vita sulla Terra per milioni di anni, in condizioni che comprendono la gravità della Terra (1 g), un particolare livello di temperatura e di umidità e una certa pressione di ossigeno. Queste sono le condizioni “normali” per noi.

Quando voliamo nello spazio, siamo inizialmente esposti a forze più intense durante il lancio. I piloti dei moderni jet da combattimento possono essere esposti spesso a circa 9 g (da paragonare ai 4 g durante il lancio dello Space Shuttle), che sono considerati il limite che il corpo umano possa sostenere per alcuni secondi senza danno.

Sulla Terra, la gravità ci aiuta a dire qual è il sopra e il sotto e a sentire se ci stiamo muovendo. I sensori nel nostro sistema di equilibrio e movimento (in particolare nell’interno dell’orecchio e gli occhi) usano la gravità come riferimento. Su una navicella spaziale la mancanza di gravitá rende difficile dire dov’è il sopra e il sotto. Durante le prime ore o giorni di “mancanza di peso”, gli astronauti spesso provano una discordanza tra i sensori nel loro sistema di equilibrio, che coordina gli impulsi provenienti dai loro occhi e dall’interno delle orecchie (che registrano il movimento e la velocità) e le articolazioni e i muscoli. In molti astronauti questo causa qualcosa simile al mal d’auto sulla Terra, che è anch’esso causato dalla confusione nel sistema equilibrio-movimento-vista. Gli astronauti non si sentono bene e hanno la nausea fino a quando il loro corpo ha “imparato” le nuove regole, cioè ha dato diverse priorità ai diversi segnali nervosi. Alla fine, viene raggiunta una condizione stabile, in cui l’informazione visiva dell’astronauta diventa dominante.

Leopold Eyharts si sottopone all’allenamento fisico nella ISS Immagine cortesemente messa a disposizione dall ESA

Appena il normale effetto della gravitá sparisce all’interno dell’astronave, ogni parte del corpo, che è comunemente influenzata dalla gravità, si comporta in modo diverso. Il carico delle ossa è diverso poichè lo scheletro non deve portare un corpo con un peso e per i muscoli è molto più semplice far muovere gli astronauti.

Anche la circolazione del sangue è influenzata nello spazio. Il cuore è una pompa ed un muscolo allo stesso tempo: le contrazioni muscolari spingono il sangue per il corpo e questa circolazione (che è influenzata dalla gravità) fa in modo che la pompa abbia sempre un rifornimento di sangue per muoversi. Se il ritorno di sangue al cuore è insufficiente, pomperà volumi sempre più piccoli e alla fine collasserà.

La ISS il 20 agosto 2001 Immagine cortesemente messa a disposizione dall ESA

Quello che succede alla circolazione sanguigna nello spazio è simile a quello che succede sulla Terra se tu sei sdraiato. La circolazione lavora meglio ad una certa pressione sanguigna (questo è il motivo per cui possiamo avere dei problemi se la nostra pressione sanguigna è troppo alta o troppo bassa). Quando siamo sdraiati, il sangue ritorna al cuore più facilmente, così che il cuore non deve pompare così forte come quando stiamo in piedi. Se il sistema circolatorio non si adatta a questa nuova situazione, la pressione sanguigna crescerà . Perciò le arterie nel sistema sistemico (che porta sangue ossigenato dal cuore al resto del corpo) si rilassano, permettendo al sangue di fluire con minor resistenza e riportando la pressione sanguigna alla normalità. Quando il cuore si riempie di sangue (diastole), il muscolo del cuore si rilassa di più di quando siamo in piedi, facendo in modo che un volume di sangue maggiore venga pompato per battito, ma con un numero di battiti al minuto minore.

Questo è molto simile a quanto avviene inizialmente quando gli astronauti si trovano in assenza di peso: la mancanza di gravità fa in modo che il sangue ritorni più facilmente al cuore, riducendo il bisogno di pompare forzatamente, e si sposta dalle gambe degli astronauti al loro torace e alla loro testa. Le loro facce tendono a tumefarsi e le loro cavità nasali a gonfiarsi. Questo spostamento di fluido aumenta inizialmente il volume di sangue poichè più acqua entra nel flusso sanguigno, proveniente per lo più dai tessuti delle ganbe. D’altro canto quest’acqua supplementare diluisce un po’ il sangue e, dopo alcuni giorni, i reni cominciano ad espellere più sali ed acqua per imitare la situazione normale sulla Terra. Anche se le facce possono rimanere leggermente tumefatte e le cavità nasali gonfie, la situazione migliora dopo pochi giorni.

(Questo processo inizia sulla piattaforma di lancio se gli astronauti devono attendere nei loro sedili, giacendo sulla schiena per due ore o più. Quando alla fine lasciano i loro sedili in orbita, spesso c’è la coda per il bagno!)

Una volta ritornati sulla Terra, la gravità spingerà di nuovo quei liquidi nelle gambe e lontano dalla testa, il che potrebbe far in modo che gli astronauti si sentano deboli quando si alzano in piedi. Ma nel momento in cui iniziano a bere di più, i loro livelli di liquidi ritornano normali nel giro di alcuni giorni.

Alle fine cosa fa sopportare ad un astronauta il pericolo, il “malessere da spazio”, le condizioni ristrette e la mancanza di sfera privata? Science in School lo ha chiesto all’astronauta tedesco Thomas Reiter.

“[Diventare astronauta] era un sogno che avevo da bambino. Quando avevo sei, sette, otto anni seguivo tutte le attività spaziali. Quando avevo 11 anni ho seguito il primo atterraggio lunare. Anche allora sognavo di diventare astronauta. A quel tempo non era molto comune in Europa entrare in questa professione, ma io sono stato fortunato. Quando ci fu un processo di selezione, nel 1986 credo, avevo proprio l’età giusta e i giusti requisiti. Non ci pensai due volte se partecipare o no. E ha funzionato! I momenti più eccitanti sono senz’altro il lancio e fare attività extraveicolare... è veramente molto molto eccitante e chiunque abbia la possibilità di essere lassù non vede l’ora di lasciare la Stazione almeno per alcune ore. Ci sono momenti interessanti anche all’interno, quando si scoprono bei panorami della Terra o del cielo stellato. E c’è il rientro: quelli sono i punti culminanti da un punto di vista personale ed emotivo.

L’astronauta ESA Thomas Reiter aiuta l’astronauta della NASA Jeff Williams ad indossare la tuta spaziale per una attività extravecolare Immagine cortesemente messa a disposizione dall ESA

Risorse

Per il primo dei due articoli, vedere:

Hartevelt-Velani S, Walker C (2008) La Stazione Spaziale Internazionale: un appoggio nello spazio. Science in School 9: 62-65. www.scienceinschool.org/2008/issue9/iss/italian

Per una intervista completa con Thomas Reiter ed altri articoli relativi da Science in School vedere:

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

Wegener A-L (2008) Un laboratorio nello spazio: intervista con Bernardo Patti. Science in School 8: 8-12. http://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: www.esa.int/esa-mmg/mmg.pl?collection=Human+Spaceflight e possono essere usati per scopi educativi.

L’ESA ha prodotto molto materiale educativo sulla Stazione Spaziale Internazionale (ISS):

• Un pacchetto di materiale educativo stampato per gli insegnanti della scuola elementate e superiore 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


• Una serie di DVD con lezioni sulla ISS copre gli argomenti relativi ai programmi della scuola europea. Le lezioni si basano sul Progetto Gravità Zero e sono quattro. L’ultima, Robotica Spaziale, è ora disponibile per tutti gli insegnanti degli stati membri dell’ESA e può essere ordinata gratis online: www.esa.int/spaceflight/education


• Un nuovo DVD sulla fisica coinvolta nel Veicolo Automatico di Trasferimento (ATV) sarà pronto nel 2008. I DVD possono essere ordinati gratis dagli insegnanti su: www.esa.int/spaceflight/education


• L’ESA sta sviluppando anche una serie di lezioni online per gli studenti delle scuole elementari, delle superiori ed i loro insegnanti. Vedere: www.esa.int/SPECIALS/Lessons_online


• Un nuovo kit sulle esplorazioni spaziali per le scuole elementari sarà a disposizione nel 2008.


• Ulteriori dettagli e materiale educativo:

Sito dell’ESA -Educazione: www.esa.int/education

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

Come parte del simposio “International Astronautical Federation’s 2008, Celebrando i dieci anni della Stazione Spaziale Internazionale”, alcuni membri dell’equipaggio della ISS hanno risposto alle domande degli studenti sul vivere e lavorare sulla ISS. Il video può essere guardato online: www.iafastro.org/index.php?id=541

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.
Benny Elmann-Larsen è un fisiologo esperto dell’ESA. Ha lavorato come biologo di missione nelle due missioni Spacelab (1985 e 1993) e nelle due missioni verso la Stazione Spaziale MIR (1994 e 1995), nella seconda delle quali ha lavorato a stretto contatto con Thomas Reiter. Ha coordinato i primi studi europei di simulazione di condizioni spaziali tramite lunghi periodi di riposo a letto nel 2000-2002 ed ora è l’editore di Human Spaceflight Science Newsletter, prodotto per conto del Dipartimento di Ricerca e Operazioni all’ESA.