SOPRAVVIVERE NELLO SPAZIO

La sopravvivenza dell’uomo oltre i confini dell’atmosfera

Come promesso, dopo l’articolo su Marte, ecco l’ultimo pezzo riguardante la sopravvivenza umana oltre i confini dell’atmosfera.

La macchina umana si è sempre contraddistinta per la sua irrefrenabile volontà di superare i propri limiti, per la sua insaziabile voglia di spingersi oltre i confini imposti e per la sua caparbietà di portare a termine sfide che un attimo prima sembravano impossibili. In anni e decenni di studi e osservazioni abbiamo scoperto migliaia, milioni di galassie, abbiamo catalogato miliardi di stelle, pianeti ecc… Vederli però è un conto, ma raggiungerli è un altro. Ora come ora sarebbe praticamente impossibile portare degli esseri umani al di fuori del sistema solare, abbiamo messo piede sulla Luna e prossimamente forse lo metteremo su Marte; ma il pianeta rosso per ora è la nostra meta più lontana. Ma in un futuro uno di questi pianeti che oggi osserviamo al telescopio magari un giorno sarà colonizzato dagli umani. Senz’altro la sovrappopolazione in cui andiamo in contro un giorno potrebbe costringersi ad emigrare, per evidenti limiti di spazio vitale e per trovare altre risorse.

Già al giorno ad oggi diciamocelo:

la Terra comincia ad andarci stretta…

Con l’avanzare della scienza in tutti i suoi grandi rami (fisica, chimica, biologia, medicina, astronomia ecc…) la nostra civiltà è cresciuta e la vita si è allungata rendendo il cambio generazionale più alto, ma non solo; i nuovi modelli di società creati e fattori quali l’urbanizzazione hanno facilitato l’incremento demografico. La popolazione mondiale che era in ascesa controllata fino al 1800 si è ritrovata a partire dalla rivoluzione industriale (ma in particolare dopo il 1950) a crescere a dismisura.

Siamo passati da un miliardo e mezzo di abitanti a inizio 1900, a superare quasi i 7 miliardi di abitanti nel 2010; sono solo 100 anni di storia!

Come si nota in questo grafico la crescita demografica dell’ultimo centennio è impressionante in confronto a quella dei millenni precedenti.

Secondo le stime degli scienziati dal 2050 in poi la popolazione potrebbe superare i 10 miliardi di individui.

In un futuro imprecisato la popolazione mondiale potrebbe raddoppiarsi, triplicarsi, quadruplicarsi. Se ipoteticamente il progresso della medicina troverebbe le cure a tutte le malattie che portano alla morte, se un governo mondiale permetterebbe cibo, cure, sicurezza a tutti gli esseri viventi e impedirebbe le guerre, se la scienza potrebbe prevedere ed evitare le catastrofi e le calamità naturali, se la maggior parte dei cibi verrebbero creati in laboratorio per soddisfare l’apporto nutritivo di tutta la popolazione o se addirittura verrebbe sconfitta la vecchiaia e si morisse giovani (magari a 300 anni!), di motivi per morire c’è ne sarebbero sempre meno e a questo punto potrebbe diventare necessario compiere stermini di massa o selezionare solo “i migliori” per evitare la sovrappopolazione oppure, molto meglio, trovare nuovo spazio abitativo al di fuori della Terra per permettere la sopravvivenza di tutti. In uno scenario come questo, quasi fantascientifico, sarebbe veramente necessario spingere la razza umana oltre i confini dell’atmosfera; vivere in astronavi, in colonie spaziali o trasferirsi su altri pianeti (Marte in primis). Immaginate un enorme crescita della popolazione umana diffusa e disseminata al di fuori della Terra, su vari pianeti in varie galassie (miliardi e miliardi di umani sparsi su più sistemi stellari); un espansione del genere unita a una grande conoscenza delle leggi dell’universo potrebbe portare l’essere umano a sopravvivere di più di qualunque altra razza mai esistita, potrebbe portare l’uomo a non estinguersi mai e quindi a sconfiggere la dura legge di madre natura. Anche se il Sole si spegnerebbe o la Terra cesserebbe di esistere per noi non sarebbe un problema (non saremmo più vincolati dal nostro pianeta o dalla nostra stella) e potremmo vivere fino alla fine dei tempi ed estinguerci solamente con la fine dell’universo.

Detto questo torniamo ai giorni nostri…

Ad oggi (giugno 2013) nessun essere umano si è mai spinto di persona oltre i confini della Luna, l’ultima volta che abbiamo messo piede sul nostro satellite è stato nel dicembre del 1972 (missione Apollo 17), quindi è da più di 40 anni che il limite della Luna non viene superato, inteso come destinazione più lontana raggiunta dall’uomo nello spazio.

Siamo stati, però, molti attivi all’interno della ISS (Stazione spaziale internazionale) dove gruppi di astronauti (da due a sei) si susseguono per studiare gli effetti fisici e psicologici del corpo umano nello spazio, per sviluppare nuove tecnologie per missioni spaziali di lunga durata, ma non solo; la stazione orbitale è un vero e proprio laboratorio di ricerca dove vengono condotti esperimenti di medicina, fisica, biologia, biologia molecolare, biochimica, meteorologia, anatomia, chimica, astronomia e per osservare la Terra e studiarla.

Per quanto riguarda le missioni robotiche invece possiamo dire di aver raggiunto diversi traguardi, ad esempio la sonda Voyager 1 è in assoluto l’oggetto umano più distante dalle Terra, partito nel 1977, alla data del 3 maggio 2013 si trova nell’eliopausa (la zona in cui i venti solari vengono fermati dallo spazio interstellare) a ben 18,567 miliardi di km dal Sole.

Ma ci sono altre tre sonde spaziali che sono uscite dal nostro sistema solare:

• Voyager 2 lanciata anch’essa nel 1977 ora si trova a più di 15 miliardi di km di distanza dal Sole;

• Pioneer 10 lanciata nel 1972 ha concluso la sua missione nel 1997 ed ora è in rotta verso la stella Aldebaran (nella costellazione del Toro è la quarta stella più vicina al Sole) alla velocità di circa 12 km al secondo arriverà nei pressi della stella fra ben 2 milioni di anni, nel 2010 si trovava a circa 15,7 miliardi di km dalla nostra stella;

• Pioneer 11 o G partita nel 1973 se ne sono persi i contatti nel 2009, a quella data si trovava a meno di 12 miliardi di km dal Sole.

Dato che siamo in ambito sonde vale la pena ricordare anche Helios II lanciata nel 1976 per studiare il Sole quest’ultima è nota per i suoi due record:

• ha stabilito il record di oggetto che si è avvicinato di più al Sole (43 milioni di Km dalla stella);

• record di velocità raggiunta da un mezzo artificiale ben 252.792 km/h (70,2Km al secondo).

Nonostante questi record di velocità, una sonda per raggiungere un ipotetico pianeta simile alla Terra per studiarlo, in un punto imprecisato dell’universo, ci metterebe milioni di anni (veramente troppi) e molto probabilmente il mezzo non potrebbe neanche fisicamente durare per tempi così lunghi o rimanere efficiente. Con l’attuale tecnologia un mezzo spaziale solo per raggiungere il sistema stellare più vicino al nostro (ALFA CENTAURI) ci impiegherebbe più di 100 mila anni. Ad esempio per raggiungere in breve tempo la stella più vicina al Sole, Proxima Centauri, bisognerebbe viaggiare a velocità vicine a quelle della luce (299.792,458 km/s), cosa che per ora è impossibile, figuriamoci poi immaginare una missione umana; è fantascienza solo a parlarne!

Ma analizziamo cosa sappiamo attualmente dello spazio e della vita umana in esso: sorge subito una domanda…

Può sopravvivere un essere umano nello spazio aperto?

Assolutamente no; senza l’utilizzo di sofisticate tecnologie astronautiche quali la tuta spaziale, si muore soffocati in pochi minuti per mancanza di ossigeno.

Cos’è una tuta spaziale e come è fatta?

Si potrebbe definire la tuta spaziale una navicella, il suo utilizzo diventa necessario per gli astronauti quando devono intraprendere attività al di fuori del veicolo spaziale. La tuta difende il cosmonauta dall’ambiente spaziale, che è ostile alla vita, e lo fa innanzitutto permettendo all’astronauta di respirare ossigeno (puro per evitare emboli nel sangue). La tuta deve essere pressurizzata per proteggere l’astronauta dal vuoto dello spazio, senza la pressurizzazione gli organi interni (polmoni per primi) riporterebbero gravi danni interni. Inoltre la tuta deve difendere l’astronauta dalle temperature estreme dello spazio che variano da 120 gradi se colpiti dai raggi del Sole a oltre meno 100 gradi in sua assenza (queste temperatura sono riferite nello spazio prossimo alla Terra, ovvio che più si avvicina al Sole più le temperature diventano calde e viceversa fino ad arrivare quasi allo zero assoluto -270°C). La tuta deve difendere anche dai raggi cosmici e da eventuali lacerazioni, strappi o impatti con oggetti spaziali (micrometeoriti, detriti orbitali ecc…).

Una tuta spaziale è molto pesante (intorno ai 100kg, dipende poi dai vari modelli) indossarla sulla Terra comporterebbe uno sforzo eccessivo ma in assenza di gravità lo sforzo diminuisce drasticamente, ad esempio sulla Luna un peso di 70Kg pesa sugli 11kg. Ovviamente parliamo di forza peso e non di massa quella rimane immutata.

Sono oggetti molto costosi per farvi un idea nel 2009 costruire una tuta e mantenerla efficiente aveva un costo compreso tra i 13 e i 16 milioni di dollari.

I materiali usati per la costruzione di una tuta spaziale sono molteplici si va dal nylon, al poliestere, all’alluminio, alla gomma sintentica, alla fibra di vetro fino ad arrivare a materiali più complessi quali il polietilentereftalato (noto come PET), Dacron (fibra), Kapton, neoprene, Gore-Tex, policarbonato, NOMEX e il noto Kevlar.

Una tuta spaziale è solitamente rivestita da 12 strati di tessuti, da aggiungere a questi ci sono le strumentazioni (dispositivi di comunicazione e di monitoraggio della tuta, poi telecamere, luci, antenna… ), gli accessori (scorta d’acqua con tubicino ber bere, il MAG per la raccolta delle urine… ) e ovviamente il serbatoio per l’ossigeno, le batterie per l’alimentazione degli strumenti, la varia strumentazione per il controllo della temperatura e dell’umidità nella tuta e per l’eliminazione della CO2, lo stabilizzatore della pressione; se serve anche il cordone per rimanere legati al modulo ed eventualmente anche uno zaino a propulsione per potersi muovere liberamente nello spazio.

COME SOPRAVVIVERE NELLO SPAZIO?

Passare del tempo fuori dell’atmosfera terrestre comporta diversi problemi:

• RESPIRAZIONE: come umani abbiamo bisogno di respirare ossigeno ne deduciamo che per sopravvivere nello spazio è necessario un impianto di generazione d’ossigeno sempre funzionate ed efficiente, un sistema di ventilazione per il ricircolo dell’aria e un impianto per il riciclaggio dell’anidride carbonica.

• RADIAZIONI: c’è ne sono di vario tipo, i raggi cosmici ad esempio possono rovinare le apparecchiature elettroniche se non schermate a dovere, e danneggiare i tessuti degli astronauti, alte dosi di radiazioni possono comunque portare alla morte, tale evento è noto come avvelenamento da radiazioni. Le dosi di radiazioni ionizzanti assorbite da un organismo vengono misurate in rad o gray mentre gli effetti biologici sul corpo umano vengono misurati con i seviert o i rem.

Quante radiazioni può assorbire un essere umano?

Fino a 0,2 sievert non si riscontrano problemi, è calcolato che un corpo umano durante l’anno assorbe naturalmente fino a 3 millisievert (statistica italiana) le dosi assorbite aumentano in caso di radiografie, TAC, PET e molto di più in caso di radioterapia. Anche duranti voli di linea il corpo viene a contatto con radiazioni (raggi gamma).
Sulla stazione orbitale gli astronauti ricevono dosi di radiazioni pari a 1 milliesievert al giorno, queste radiazioni prolungate potrebbero causare tumori sul lungo periodo,  danni al sistema immunitario e cataratta.

Da 0,5 Sv fino a meno 1 Sv si possono avere dei sintomi anche gravi (sterilità temporanea) ma comunque transitori.

Da 1 Sv a 2 Sv: 10% di mortalità entro un mese.

2 Sv – 3 Sv: 35% di mortalità entro un mese.

4 Sv – 6 SV: morte in più della metà dei casi anche in meno di un mese.

Oltre 6 Sv: sopravvivenza impossibile oltre il mese.

Nel 1958 un impiegato di un laboratorio di ricerca nel Nuovo Messico ricevette una dose record di radiazioni (fino a 180 Sv) l’uomo non sopravvivesse neanche 2 giorni dall’incidente.

Purtroppo non esistono trattamenti medici che possano invertire gli effetti della radiazioni, e possibile gestire i danni causati agli organi, ridurre i sintomi e alleviare il dolore. Comunque anche con esposizioni non mortali possono aumentare la possibilità di sviluppare dei tumori in futuro.

• IRRAGIAMENTO SOLARE: la nostra atmosfera ci protegge dalla radiazioni solari ma nello spazio aperto non siamo più protetti, un pericolo è anche derivato dalle tempeste solari che generano una quantità enorme di radiazioni solari che possono essere letali.

• GRAVITA’ ZERO: quindi assenza di peso. Nati su un pianeta con un’accelerazione di gravità di 9,78 m/s² viene un po’ difficile abituarsi alla gravità zero dove niente ha peso e tutto è in caduta libera. Non essendoci nessuna forza di attrazione nello spazio aperto se noi, ad esempio, lanciassimo una pallina essa continuerebbe a procedere in una traiettoria rettilinea senza mai fermarsi alla stessa velocità con cui l’abbiamo lanciata (ovviamente se non incontra ostacoli o non entra nell’orbita di un oggetto astronomico quindi asteroidi, satelliti naturali, pianeti e stelle). Il primo sintomo, dovuto all’assenza di peso, che può avvertire un cosmonauta è il mal di spazio, condizione che comprende sintomi quali l’emicrania, nausea, vomito, capogiri e sonnolenza. Questa patologia dura qualche giorno ed è temporanea, a lungo termine si possono verificare casi di atrofia muscolare, osteopenia e indebolimento del sistema immunitario. In pratica l’esercizio fisico giornaliero a bordo è molto utile per prevenire effetti negativi sul fisico.

VIVERE IN UN VEICOLO SPAZIALE

Sulla Terra siamo abituati a certi canoni di vita che nello spazio vengono cambiati anche radicalmente per potersi adattare alla nuova situazione. Si passa da essere liberi di muoversi a dover stare chiusi in un ambiente ristretto, l’impatto psicologico può essere molte forte (nostalgia della Terra, solitudine, convivenza forzata, stress, paura, isolamento dalla società…). Le maggior parte di cose che sappiamo su questo argomento lo dobbiamo a tutti gli astronauti che hanno lavorato e lavorano nella stazione orbitale da ben 15 anni.

Vivere nello spazio comporta diverse difficoltà anche solo per curare l’igiene personale (lavarsi ad esempio risulta molto complicato, gli astronauti sull’ISS non si fanno una vera doccia per tutta la durata della missione, utilizzano delle salviette umidificate e sapone in tubetti).

COME SI LAVANO I DENTI GLI ASTRONAUTI:

Per quanto riguarda le scorie: quelle solide vengono immagazzinate e poi smaltite mentre i liquidi vengono riciclati e recuperati sotto forma di acqua potabile.

Le bevande sono in polvere e contenute in sacchetti di plastica, vengono consumate tramite un tubicino, aggiungendo l’acqua solo prima di utilizzarle.

Il cibo è quasi sempre in scatola o congelato e viene studiato per durare, occupare poco spazio ed essere nutriente sotto il profilo proteico, vitaminico ecc…

Le briciole prodotte da eventuali cibi devono essere tempestivamente raccolte per evitare l’intasamento della strumentazione di bordo.

Il grande astronauta Chris Hadfield ci mostra come si prepara un sandwich a gravita zero.

Gli astronauti dormono stipati dentro dei sacchi a pelo appesi al muro quindi in posizione verticale (dormire in piedi sulla Terra sarebbe scomodo ma nello spazio non essendoci forza di gravità i muscoli non sono gravati dal peso del corpo ed è possibile rilassarsi tranquillamente). Vengono assicurati al letto con delle cinture per evitare che il corpo si sposti nel sonno.

COME DORMONO GLI ASTRONAUTI:

Molte problematiche descritte fino ad ora sono comunque legate alla vita condotta dagli astronauti all’interno della stazione spaziale internazionale, è ovvio che in caso di viaggi verso altri pianeti o asteroidi sarebbero necessari sforzi immani per la riuscita. Non parliamo poi delle difficoltà derivanti da viaggi interstellari, comunque considerati impossibili da attuare ai giorni nostri, accontentatevi di Star Trek per ora!