Un laboratorio nello spazio: intervista con Bernardo Patti Understand article

Traduzione di: Mirko Benedetti. Bernardo Patti è il responsabile della missione Columbus presso l’Agenzia Spaziale Europea. È ingegnere e ha lavorato nel settore delle centrali nucleari prima di passare alla tecnologia spaziale. Poco prima del lancio di Columbus ha parlato con Anna-Lynn…

Che cos’è Columbus?

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a disposizione dall’ESA

Columbus è il nome di un laboratorio di ricerca che invieremo nello spazio per agganciarlo alla Stazione Spaziale Internazionale [ISS]w1. È un modulo aggiuntivo della stazione, che contiene tutte le strumentazioni necessarie a svolgere esperimenti nello spazio. Verrà caricato a bordo della navetta spaziale Atlantis, che sarà lanciata all’inizio del 2008 dal Centro Spaziale Kennedy in Florida.

Che aspetto ha questo laboratorio spaziale?

Columbus ha forma cilindrica. É lungo approssimativamente 7 metri ed ha un diametro di 4 metri e mezzo. La strumentazione all’interno è sistemata in modo estremamente razionale.

Abbiamo dovuto lavorare parecchio per individuare il design più adatto a sfruttare nel modo migliore i 75 m3 di volume. Adesso Columbus può ospitare tre membri di equipaggio e contiene tutti gli apparati di ricerca essenziali. Le attrezzature per la ricerca individuale comprendono apparati ad alta tecnologia con cassetti di equipaggiamento e spazi di lavoro estraibili.

Che tipo di ricerca verrà condotta con Columbus?

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Columbus è un laboratorio multidisciplinare. Contiene quattro diverse installazioni per condurre esperimenti nell’ambito delle scienze dei materiali, scienze dei fluidi e scienze della vita. In tutti questi campi vogliamo studiare gli effetti dell’assenza di peso su diversi campioni che stiamo inviando dalla Terra.

Biolab, per esempio, è una strumentazione per esperimenti biologici su microrganismi, cellule, tessuti, piccole piante ed invertebrati. Vogliamo scoprire che effetto ha la gravità – e la mancanza di gravità – su tutte le forme di organismi viventi. Uno dei primi esperimenti che condurremo nell’ambito di Biolab consisterà nell’osservare come crescono le radici di una pianta di piccole dimensioni, tipo la rucola. Senza la sollecitazione della gravità si svilupperanno verso l’alto, verso il basso o in una direzione completamente diversa?

Nel Modulo europeo di fisiologia, presente all’interno del Columbus, verranno sperimentati gli effetti delle permanenze prolungate nello spazio sul corpo umano, di cui verrà testato lo stato di salute. Speriamo anche di raggiungere conoscenze decisive su importanti problematiche terrestri, come il processo di invecchiamento, i disturbi dell’equilibrio, l’osteoporosi e la distrofia muscolare.

Il Laboratorio di Scienze dei Fluidi rivelerà, se tutto va bene, quelle dinamiche delle sostanze liquide e gassose che non possono essere studiate sulla Terra, essendo alterate dalla forza di gravità e dai suoi effetti. Esamineremo, tra l’altro, fenomeni come i flussi e le instabilità indotte dai gradienti di tensione superficiale e dalle forze delle radiazioni termiche, le instabilità collegate all’abbinamento tra calore e trasferimento di massa, le proprietà termo-fisiche dei fluidi, i meccanismi di ebollizione ed i fenomeni di raggiungimento del punto critico.

Nel Laboratorio di scienze dei materiali verranno effettuati esperimenti per esaminare vari materiali, così da migliorare lo conoscenza delle loro proprietà. Scioglieremo e solidificheremo i metalli, sottoponendoli a differenti condizioni e atmosfere.

Inviare nello spazio campioni terrestri per sottoporli ad esame non comporta forse un impegno considerevole?

Comporta senza dubbio un impegno considerevole, ma ne vale la pena. Tutte le questioni su cui stiamo orientando le nostre ricerche non potrebbero essere affrontate nei laboratori terrestri, perchè la gravità è una forza radicalmente pervasiva sul nostro pianeta. So che può risultare paradossale il fatto che sia più facile capire certi fenomeni terrestri nello spazio, lontano dal loro contesto naturale, ma la gravità rende semplicemente impossibili alcuni esperimenti e non permette di cogliere molti piccoli effetti che invece possono essere studiati in orbita.

Quali sono le sfide di una missione come quella del Columbus?

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La sfida principale è stata quella di costruire un laboratorio che sulla Terra peserebbe almeno 50 tonnellate con un diametro poco superiore ai quattro metri, mantenendolo sufficientemente leggero da potere essere mandato nello spazio. Columbus pesa intorno alle 12 tonnellate, che è all’incirca il carico massimo che la navetta spaziale Atlantis può trasportare.

Siamo riusciti a dotare il Columbus di un ambiente dove l’equipaggio può lavorare in condizioni confortevoli. Inoltre, il Columbus è in grado di ospitare tutte le apparecchiature scientifiche in uno spazio pressurizzato. Può operare per 10 anni in orbita. Diversamente da una nave, che ha bisogno di essere portata in secca e riparata, il Columbus avrà la capacità di individuare automaticamente eventuali danni ed iniziare un’autoriparazione mentre è ancora in attività. L’intera struttura può diventare operativa mediante un unico lancio spaziale.

Che cosa la emoziona personalmente del progetto?

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Come ingegnere sono stato particolarmente stimolato dalle sfide del design e della progettazione. Tuttavia, anche lo spazio e l’assenza di peso esercitano un notevole fascino: la progettazione spaziale e il viaggio nello spazio condividono il fatto di superare le tradizionali barriere umane e tecnologiche. Tutto ciò è davvero emozionante e rappresenta un grande passo nell’esplorazione del cosmo.

In una prospettiva più legata alla quotidianità, ciò che mi appassiona davvero nel progetto è il suo carattere internazionale. La Stazione Spaziale Internazionale è un progetto che scaturisce dalla collaborazione di cinque diverse agenzie spaziali. A parte l’Agenzia Spaziale Europea (ESA), che conta da sola 17 Stati membri europei, sono coinvolte anche l’Amministrazione nazionale statunitense per l’aeronautica e lo spazio (NASA) e le agenzie spaziali canadese, russa e giapponese.

Ho a che fare quotidianamente con persone di Paesi differenti e talvolta parlo diverse lingue nello stesso giorno. È gratificante per noi vedere tanti Paesi che sostengono un tale sforzo per realizzare un progetto così ambizioso e assistere allo sviluppo di una sana competizione tra le nazioni.

La curiosità e la scienza vanno oltre i confini nazionali e le differenze storiche. Sono forze intense e unificanti, che colmano divari geografici e culturali.

In che modo insegnanti e allievi possono trarre vantaggio da Columbus?

Al momento ci stiamo concentrando sull’obiettivo di collegare il Columbus alla Stazione Spaziale Internazionale in condizioni di sicurezza e i primi tempi saranno dedicati alla sua messa a punto e allo svolgimento di esperimenti. Tuttavia potrebbe anche darsi che in futuro trasmetteremo delle lezioni dal Columbus oppure delle lezioni che riguardano il laboratorio, proprio come è stato fatto dalla Stazione Spaziale Internazionale [vedi la sezione Risorse]. Columbus inaugura nuove, innumerevoli possibilità e sono certo che alcune di queste non possiamo ancora nemmeno concepirle.

Mentre andiamo in stampa il modulo Columbus si è collegato alla Stazione paziale internazionale

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Atlantis col suo equipaggio di sette componenti è tornato sulla Terra in tutta sicurezza dopo quasi 13 giorni di permanenza nello spazio, compresi nove giorni di attracco alla Stazione spaziale internazione, per collocare in orbita il primo avamposto umano permanente europeo. Due astronauti dell’Agenzia Spaziale Europea, il tedesco Hans Schlegel e il francese Léopold Eyharts, hanno viaggiato verso la Stazione Spaziale Internazionale; Schlegel ha fatto ritorno sulla Terra con Atlantis, mentre Eyharts è entrato a far parte dell’equipaggio della Stazione Spaziale Internazionale e tornerà sulla terra alla fine di marzo, dopo aver svolto una serie di esperimenti, sia nel laboratorio che in altre installazioni scientifiche già operanti nella stazione.

L’Agenzia Spaziale Europea continuerà a contribuire alle operazioni della Stazione Spaziale Internazionale, lanciando veicoli automatici di trasporto (ATVs, in inglese) senza equipaggio, progettati per condurre esperimenti scientifici e consegnare dotazioni di supporto all’equipaggio (come cibo e vestiario), fluidi e propellenti. Il primo ATV, il Giulio Verne, sarà lanciato l’8 marzo tramite un vettore Ariane 5.w2
Contemporaneamente alla nascita del Columbus è sorta in Europa una rete di nove Centri per operazioni e supporto agli utenti (USOCs, in inglese), che faciliterà il collegamento tra gli apparati scientifici di bordo e i ricercatori, consentendo a questi ultimi di controllare i loro esperimenti, ricevendo dati sui loro esiti in tempo reale. Con la consegna di ulteriori strumenti scientifici al laboratorio Columbus tramite future missioni logistiche, la rete USOC sarà impegnata in un maggior volume di attività.

Columbus è stato concepito per consentire lo svolgimento di circa 500 esperimenti all’anno nei prossimi dieci anni, in ambiti scientifici che comprendono la biologia cellulare e vegetale, l’astrobiologia, la fisiologia umana, le scienze dei fluidi e dei materiali, la fisica fondamentale, il rilevamento a distanza e la tecnologia remota. Per la comunità scientifica e per il settore della ricerca e sviluppo industriale a livello europeo è appena cominciata una nuova era.

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Web References

  • w1 – Alla Stazione Spaziale Internazionale sarà dedicato un articolo in un prossimo numero di Science in School. Visitate il sito www.scienceinschool.org
  • w2 – Per maggiori informazioni sui veicoli automatici di trasporto consultate il seguente articolo in questo numero di Science in School:Williams A (2008) Il veicolo automatico di trasporto – sostenere l’Europa nello spazio. Science in School 8. www.scienceinschool.org/2008/issue8/atv/italian

Resources

  • L’ESA ha realizzato numerosi sussidi didattici dedicati alla Stazione Spaziale Internazionale (ISS):
  • Un kit formativo a stampa sull’ISS per insegnati della scuola primaria e secondaria è disponibile in tutte le 12 lingue dell’ESA. I kit riguardano le affascinanti attività legate alla costruzione, al lavoro e alla vita a bordo della Stazione Spaziale Internazionale e forniscono informazione di base ed esercizi per l’insegnamento in classe. Sono disponibili a tutti gli insegnanti di scuola dei Paesi membri dell’Agenzia Spaziale Europea e possono essere ordinati gratuitamente on line: www.esa.int/spaceflight/education
  • Una versione interattiva del kit formativo sull’ISS è disponibile sul sito: www.esa.int/spaceflight/education
  • Una serie lezioni in DVD sull’ISS tratta temi compresi nei curricula scolastici europei. Una lezione riguardante i veicoli automatici di trasporto dovrebbe essere pubblicata nell’estate del 2008. Il DVD può essere ordinato gratuitamente dagli insegnanti: www.esa.int/spaceflight/education
  • L’ESA sta anche sviluppando una serie di lezioni on line per gli studenti delle scuole primarie e secondarie e per i loro insegnanti. Consultate il sito: www.esa.int/SPECIALS/Lessons_online
  • Ulteriori informazioni e sussidi didattici possono essere reperiti sul sito web didattico dell’Agenzia Spaziale Europea: www.esa.int/esaED/
  • e sul sito web didattico dedicato al volo spaziale umano dell’Agenzia Spaziale Europea: www.esa.int/esaHS/education.html

Institution

ESA

Review

Questo articolo potrebbe dare l’avvio a meravigliose discussioni sulla gravità, la microgravità o le condizioni di caduta libera, su come la gravità terrestre influisca sul comportamento chimico e fisico delle sostanze e dei corpi e su come possiamo riprodurre un ambiente quasi privo di gravità che orbita intorno alla Terra. Viene subito in mente il cosiddetto principio di equivalenza di Einstein, che spinge a domandarsi come la caduta libera possa essere equivalente all’assenza di forza gravitazionale. Il comportamento del corpo umano nello spazio e al rientro nell’ambiente terrestre può stimolare un’affascinante dibattito interdisciplinare tra le scienze chimiche e quelle biologiche.


Marco Nicolini, Italia




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