Luca Parmitano sulla ISS. Credits: ESA/NASA
Da oggi, 2 novembre 2020, sono esattamente vent’anni che la Stazione Spaziale Internazionale è costantemente abitata. Il 2 novembre 2000 arrivò alla Stazione la prima storica Expedition 1, con i tre astronauti William Shepherd, Yuri Gidzenko e Sergei Krikalev. La presenza di un laboratorio orbitale ci ha permesso in 20 anni di raggiungere incredibili traguardi scientifici, sociali e tecnologici. In questo articolo abbiamo cercato di scalfire la punta dell’iceberg per osservare alcuni di questi risultati e obbiettivi.
Uno degli aspetti più importanti della ISS è quello di trovarsi in condizioni di microgravità. Questo ovviamente non significa che sulla Stazione Spaziale non c’è gravità, ma trovandosi in orbita è proprio questa la percezione. Sulla Terra, il comportamento di tutti i fluidi è pesantemente soggetto alla gravità, che spesso non permette di studiare con precisione altre caratteristiche fondamentali degli stessi fluidi. Sulla ISS queste misurazioni sono invece permesse.
Senza le misurazioni fatte sulla ISS mancherebbero i dati di fluidodinamica a moltissime applicazioni sulla Terra. Per esempio, alle industrie farmaceutiche molti di questi dati sono utili per capire il comportamento delle molecole per creare nuovi farmaci. La comprensione della fluidodinamica ha permesso anche molte ricerche su come avviene lo stoccaggio di energia, sia nelle batterie, sia negli impianti di produzione solare. Questi sono piccoli progressi che nel complesso hanno contribuito a rendere la produzione di energia solare per grandi impianti più conveniente di quella da centrali al carbone, risultato raggiunto nel 2019.
Capire il funzionamento delle molecole in microgravità e come queste vengono modificate applicandoci dei campi magnetici ha permesso di creare una nuova serie di freni per le automobili ad alta velocità e di sospensioni dei carrelli degli aerei. A questo si aggiunge anche lo studio di come fluidi e materiali solidi interagiscono fra loro, materia ancora più interessante in materiali organici. Questi ultimi studi sulla ISS permettono di comprendere meglio come gli alimenti ammuffiscono sulla Terra. Un’applicazione difficile da immaginare mentre pensiamo alla Stazione Spaziale Internazionale.
A questi pochi esempi si aggiungono studi di fisica dei materiali, molte volte effettuati all’esterno della ISS. Come laboratorio scientifico ogni singolo centimetro della Stazione è infatti sfruttato al meglio, esterno compreso. La superficie esterna permette ad esempio di misurare come le radiazioni esterne dello spazio interagiscono con vari tipi di materiali, ma anche le conseguenze degli scambi termici, che fra il giorno e la notte, all’esterno della ISS possono arrivare anche a centinaia di gradi. Sbalzi che si verificano inoltre circa ogni ora e mezza.
L’assenza di gravità ha già dimostrato grandi risultati nell’eliminazione di impurità nei reticoli cristallini delle fibre ottiche, il che ne aumenta drasticamente le prestazioni. Con l’enorme abbassamento del costo per il raggiungimento dell’orbita non è azzardato pensare alla creazione di stazioni commerciali dedicate alla produzione di materiali ad alte prestazioni, particolarmente richiesti per applicazioni mediche.
Per permettere una permanenza di 20 anni nello spazio, sono stati progettati i sistemi di filtraggio più avanzati al mondo, che garantiscono un riciclo praticamente totale di tutta l’acqua contenuta a bordo, dall’urina degli astronauti al loro sudore. Questo ha permesso di raggiungere nuovi livelli tecnologici nelle tecnologie di riciclo e filtraggio, necessari per applicazioni nei paesi del terzo mondo come per i futuri viaggi su Marte.
Allo stesso tempo, la comprensione di come funziona il nostro corpo umano nello spazio, ci ha permesso applicazioni mediche anche a Terra. Un esempio sono le Advanced Diagnostic Ultrasound in Microgravity, microstazioni presenti sulla ISS che permettono agli astronauti di eseguire delle operazioni diagnostiche di base direttamente sulla ISS. Gli stessi macchinari sono stati modificati ed applicati ad operazioni di telemedicina in zone altrimenti inaccessibili da ambulanze e medici qui sulla Terra.
Un altro esempio è la tecnologia laser per correggere i difetti della vista, che da anni gode di un incredibile miglioramento alla precisione delle operazioni dopo aver adottato i sistemi di tracciamento degli occhi utilizzati originariamente sulla ISS.
Dalla tecnologia robotica sviluppata dall’Agenzia Spaziale Canadese e usata per le braccia robotiche della stazione si è ad esempio sviluppato il Image-Guided Autonomous Robot, un sistema robotico che identifica e agisce sulle cellule tumorali.
La Stazione spaziale internazionale si trova in una posizione eccellente per l’osservazione della Terra, essenzialmente per due motivi. Innanzitutto la quota a cui orbita, molto bassa, permette di sorvolare circa il 90% delle zone abitate della Terra, variando costantemente il momento della giornata in cui avviene il sorvolo. Questo, che rappresenta il secondo grande vantaggio, permette osservazioni con illuminazioni variabili.
Sopratutto nei primi anni 2000, questo era un vantaggio incredibile sui satelliti di osservazione terrestre tradizionali, che si trovavano per lo più in orbite geostazionarie o in alternativa orbite terrestre medio-alte. Anche grazie all’esempio della ISS, e ai vari sistemi di osservazione che negli anni sono stati montati sulla stazione, si è capito l’importanza dei satelliti in orbita terrestre bassa anche per fotografare la superficie terrestre. Anche per tutte le tecnologie satellitari presente e future la ISS rappresenta un vero e proprio laboratorio di test. Prima della stazione si doveva lanciare un intero satellite di prova per testare un nuovo strumento di osservazione, come si ancora spesso con quei dispositivi che “altro non sono” che dimostratori tecnologici.
Senza le osservazioni dirette della ISS mancherebbero moltissimi dati attualmente utilizzati per monitorare l’alta atmosfera, osservare i livelli dei mari, mappare il movimento dei pesci e dei ghiacciai ecc. Tutti questi dati non sono usati per solamente per scopi specifici. L’assenza di un laboratorio di ricerca di base come la ISS avrebbe ricadute indirette sul lavoro di biologi, geologi, geografi, allevatori, oceanografi e milli altri…anche i politici.
Le operazioni a bordo della ISS sono rette da un trattata internazionale, firmato da tutti i paesi fondatori della ISS, chiamato Space Station Intergovernmental Agreement (IGA). Questo vuol dire che ogni attività a bordo della ISS è fatta nel pieno rispetto di questo accordo.
In un periodo di forti frizioni, sopratutto fra USA e Russia, è particolarmente importante avere un trattato come questo, rispettato da entrambe le parti. Innanzitutto funge da esempio, in modo che nuovi accordi possano imparare da quello della ISS e venire creati in modo più semplice. Gli alti livelli di tecnologia in gioco permettono inoltre contaminazioni di tutte le parti partecipanti. Per vivere a bordo della ISS serve inoltre massima collaborazione fra tutte le parti. Questo vuol dire costante comunicazione, addestramenti congiunti e adozione di standard tecnologici.
Senza tutti questi esempi di collaborazione, l’intero clima sarebbe più cubo, senza numerosi esempi di come si possa collaborare. La creazione di una collaborazione internazionale ha permesso inoltre a moltissimi astronauti di molti paesi di salire nello spazio, un fenomeno da non trascurare.
Avere un astronauta nello spazio crea moltissimi indotti sul territorio. Un astronauta è una figura eccezionale, quasi un superuomo, in grado di ispirare e creare un’intera generazione di nuovi ingegneri, scienziati, ricercatori ecc.
In questo breve elenco abbiamo solo scalfito alcune delle tecnologie che impattano sulla vita sulla Terra. Oltre ai pochi esempi, abbiamo parlato di fisica dei materiali, medicina, osservazione della Terra e geopolitica. Oltre a questo i settori in cui la ISS interviene sono però infiniti: dall’educazione all’astrofisica, dall’ingegneria all’idroponica.
Dopo 20 anni di permanenza continua nello spazio siamo solo all’inizio dell’esplorazione umana dello spazio. Nel 2020 siamo all’alba dell’inizio della costruzione della stazione spaziale cinese, della prima stazione spaziale privata e della prima stazione spaziale sulla Luna.
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