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livello elementare.
ARGOMENTO: SVILUPPO DELLA TECNICA
PERIODO: XXI SECOLO
AREA: SPAZIO
parole chiave: NASA, motori nucleari, fisiologia degli astronauti
Nei film di fantascienza vediamo i futuri astronauti viaggiare verso destinazioni lontane vivendo all’interno di grandi astronavi. Nei lunghi anni di viaggio si sottopongono a turno a periodi di sonno, in cui le loro funzioni vengono rallentate in una forma di “ibernazione”. Una procedura che appare inquietante ma, alla luce delle conoscenze attuali, apparentemente inevitabile per contrastare gli effetti che un organismo umano subirebbe in un viaggio verso lo spazio esterno.
L’astronauta Piers Sellers durante la terza camminata nello spazio nel corso della missione STS-121 mentre esegue un test di riparazione delle mattonelle rinforzate carbonio-carbonio dello Shuttle – Autore NASA, Astronaut Michael Edward Fossum Piers Sellers spacewalk.jpg – Wikimedia Commons
Quali sono gli effetti a cui sono sottoposti gli astronauti?
Dopo aver subito una forte accelerazione per uscire dall’atmosfera, gli astronauti devono abituarsi a vivere in un ambiente senza gravità, una condizione tutt’altro che confortevole che richiede del tempo per abituarsi … si tratta di una condizione nota come Sindrome da Adattamento allo Spazio (SAS) e che colpisce molti astronauti e spesso comporta una sensazione fastidiosa di nausea, simile a quella che un pò tutti abbiamo sperimentato in condizioni di mare cattivo su un’imbarcazione.
Una condizione spesso solo passeggera ma che si unisce a delle ricadute fisiologiche importanti sui loro organismi, legate al nuovo ambiente senza peso in cui devono vivere. Tra le più importanti l’alterazione della distribuzione dei liquidi nel corpo, la perdita di propriocezione (la la capacità di percepire e riconoscere la posizione del proprio corpo nello spazio e lo stato di contrazione dei propri muscoli, senza il supporto della vista) ed un progressivo deterioramento del sistema muscolo-scheletrico.
Secondo un articolo di Claudio Ciccotti, I viaggi nello spazio: gli effetti negativi di un popolare sogno nel cassetto, in assenza di gravità la circolazione sanguigna e la distribuzione dei liquidi corporei vengono seriamente compromesse. In particolare, i liquidi corporei, non più soggetti alla gravità, tendono a risalire verso il petto e la faccia, motivo per cui gli astronauti ci appaiono nei collegamenti con la faccia gonfia e talvolta arrossata. La risposta corporea dei sensori della pressione sanguigna è un comando di eliminazione di tutti quei liquidi percepiti dal corpo come “in eccesso”, in parole semplici viene stimolata la diuresi che però è complicata dall’assenza di gravità. Una sensazione che non deve essere piacevole costringendo molti astronauti all’uso di un catetere per poter urinare. Ma non sono solo questi gli effetti, anche la loro vista subisce dei danni. Oltre all’aumento della pressione oculare, a causa dei liquidi, gli occhi subiscono un forte stress ossidativo che comporta un loro invecchiamento precoce. Contemporaneamente anche il sistema nervoso centrale e l’apparato vestibolare (responsabile dell’equilibrio), oltre che il cuore si modificano [1]. Quest’ultimo, non essendo sottoposto allo sforzo di dover pompare il sangue alla solita frequenza, tende ad assumere una forma sferica e più ridotta e col tempo va incontro a una capacità aerobica ridotta. Sebbene l’assenza di gravità alleggerisce gli sforzi fisici di qualunque movimento, ossa e muscoli dei viaggiatori si indeboliscono a causa dell’assenza di gravità, in quanto il calcio, anziché depositarsi sulle ossa, viene eliminato attraverso l’urina. La densità delle ossa, infatti, diminuisce dell’1% al mese a fronte di una diminuzione compresa tra l’1,1% e l’1,5% all’anno sulla Terra per uomini e donne anziani. Un effetto che porta all’osteoporosi ed a sviluppare calcoli renali a causa della disidratazione. Un altro effetto è l’allungamento vertebrale che può essere importante [2]. Questo comporta che gli astronauti, per prevenire la perdita di massa muscolare e il deterioramento osseo, debbono assumere più vitamina D e calcio del normale, e seguire metodicamente dei programmi specifici di esercizio fisico. Ecco la vera ragione per cui si vedono spesso impegnati in attività da palestra a migliaia di chilometri dal nostro pianeta. Un altro fattore ancora da valutare è la trasformazione nello spazio del microbioma ovvero di quei batteri dell’organismo umano che sono responsabili di diverse importanti funzioni tra cui il meccanismo della digestione.
Un problema ancora più complesso è come gestire l’esposizione alle radiazioni ionizzanti, cancerogene per il nostro organismo. Un astronauta della ISS è esposto a una dose di radiazioni dieci volte maggiore rispetto a quelle che lo investono sulla Terra, dove può contare sull’azione difensiva del campo magnetico e dell’atmosfera del nostro pianeta. Inoltre, questa dose radioattiva aumenta in caso di tempeste solari quando le radiazioni sono molto più intense. Secondo le ricerche effettuate, basate sulla quantità media di radiazioni subite dagli astronauti, per tenere al di sotto del 3% il rischio di formazione di tumori, il limite massimo di esposizione per un uomo dovrebbe essere di 268 giorni nello spazio, mentre per una donna 159. Numeri teorici e basati su dati ancora troppo esigui ma che fanno intravedere non pochi problemi per missioni lunghe come un viaggio su Marte.
Infine, come se non bastasse, i futuri navigatori dello spazio devono confrontarsi con problemi psicologici, fobie di diverso tipo che sono già state riscontrate in molti degli oltre 600 astronauti che hanno raggiunto lo spazio, causate dallo stress continuo ed allo sconvolgimento del ciclo circadiano che regola i normali periodi di sonno sulla Terra.
L’astronauta Samantha Cristoforetti sulla nella cupola della Stazione Spaziale Internazionale mostra il saluto vulcaniano in onore del Leonard Nimoy. L’attore, famoso per il suo ruolo di Mr. Spock nella serie Start Trek recentemente scomparso – NASA Samantha Cristoforetti honors Leonard Nimoy on ISS.jpg – Wikimedia Commons
Per ora si cerca di ridurre i tempi
In attesa di soluzioni che possano ricreare condizioni simili a quelle terrestri a bordo delle future astronavi, si stanno effettuando studi su come ridurre i tempi di trasferimento verso altri corpi terrestri. La NASA e la Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) hanno recentemente annunciato di aver avviato un progetto guidato dalla Lockheed Martin di Littleton, Colorado, per la progettazione, costruzione e collaudo di razzi a propulsione nucleare. Secondo quanto presentato, il team del programma Demonstration Rocket for Agile Cislunar Operations (DRACO) testerà un razzo a propulsione nucleare nello spazio già nel 2027, nato dalla collaborazione della NASA e della DARPA per promuovere lo sviluppo della tecnologia dei razzi termici nucleari.
Inutile dire che per la NASA, la propulsione nucleare è una delle capacità principali da conseguire sulla tabella di marcia per le missioni con equipaggio su Marte. Di fatto un razzo a propulsione nucleare consentirebbe un viaggio molto più breve verso il Pianeta Rosso, riducendo la complessità della missione e i rischi per l’equipaggio. Sebbene il progetto sia agli esordi gli scienziati ritengono che il nuovo motore potrà essere più del doppio efficiente dei razzi chimici convenzionali, il che significa che necessiterà molto meno propellente e potrà trasportare più attrezzature per scopi scientifici.
Concetto artistico del Dimostratore Rocket to Agile Cislunar Operations (DRACO), che sperimenterà un motore a razzo termico nucleare. La tecnologia di propulsione termica nucleare potrebbe essere utilizzata per le future missioni con equipaggio della NASA su Marte. Crediti: DARPANASA, DARPA Experts to Discuss Nuclear Rocket Program Developments | NASA
Secondo i termini dell’accordo con DARPA, Lockheed Martin è responsabile della progettazione, dell’integrazione e dei test dei veicoli spaziali mentre BWX Technologies, con sede a Lynchburg, Virginia, è responsabile della progettazione e costruzione del reattore nucleare a fissione che alimenterà il motore. Lo Space Technology Mission Directorate (STMD) della NASA è responsabile della gestione complessiva e dell’esecuzione del motore DRACO a propulsione nucleare.
Un impegno per l’agenzia spaziale americana che si unisce a quello con il Dipartimento dell’Energia e dell’industria su altre iniziative di tecnologia nucleare spaziale, tra cui il Fission Surface Power ed uno sforzo separato per esplorare possibili progetti per futuri veicoli spaziali termici nucleari. Si stima un impegno della NASA di 300 milioni di dollari di cui 250 milioni per i costi di progettazione e sviluppo del motore a propulsione nucleare, nonché la supervisione tecnica e l’esperienza del personale dell’agenzia. Non ultima la collaborazione con il US Space Force Command che fornirà il supporto per il lancio di DRACO.
Note
[1] . In assenza di gravità la circolazione sanguigna e la distribuzione di tutti i liquidi vengono seriamente compromesse
[2] Nel 2016 quando l’astronauta Scott tornò sulla Terra, visse anche un altro effetto sorpresa: notò di essere diventato più alto di ben 5 cm. In assenza di gravità la circolazione sanguigna e la distribuzione di tutti i liquidi vengono seriamente compromesse.
Fonti
i-viaggi-nello-spazio-gli-effetti-negativi-di-un-popolare-sogno-nel-cassetto
Viaggiare nello spazio: le conseguenze sul corpo umano
Quali sono le reazioni del corpo umano a un lungo volo spaziale? – LOfficina del Planetario
NASA, DARPA Partner with Industry on Mars Rocket Engine | NASA
NASA, DARPA Experts to Discuss Nuclear Rocket Program Developments | NASA
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