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La Stazione Spaziale Internazionale, l'Europa e l'Italia

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La tecnologia e l’esperienza europea costituiscono l’asse portante della Stazione Spaziale Internazionale (ISS), una piattaforma orbitante che, avvicinandosi al completamento, verrà sempre più utilizzata per ampliare i confini della scienza, della tecnologia e della medicina verso nuove ed emozionanti direzioni.

Il gigantesco laboratorio spaziale - spesso nitidamente visibile a occhio nudo durante i suoi passaggi notturni sul continente europeo - orbita a 400 kilometri dalla superficie terrestre ed è la base operativa di un gruppo internazionale di astronauti di entrambi i sessi.

Questo complesso titanico che orbita attorno alla Terra dà una spinta fondamentale per il futuro dell’Europa. Infatti, le nuove conoscenze apprese a bordo dell’ISS sono la vera e propria spina dorsale dello sviluppo e della realizzazione delle future iniziative di esplorazione spaziale. La ISS è di gran lunga il più importante e impegnativo programma di costruzione cooperativa mai intrapreso e deve gran parte del proprio successo al sostegno attivo offerto da numerosi paesi europei.

Lo straordinario progetto della ISS è stato discusso per la prima volta nel 1984, quando Europa, Giappone e Canada hanno deciso di prendere parte a una proposta di programma spaziale avanzata dagli USA. Nel 1993 la Russia ha aderito al gruppo diventandone il quinto partner internazionale. L’Agenzia Spaziale Europea (ESA) rappresenta 10 paesi europei che sostengono finanziariamente il programma - Belgio, Danimarca, Francia, Germania, Italia, Norvegia, Paesi Bassi, Spagna, Svezia, e Svizzera.

L’Europa è nel bel mezzo di una serie di missioni che vedranno aumentare il suo ruolo sia nella costruzione che nelle future attività della Stazione Spaziale. Dopo il volo di sei mesi a bordo dell’ISS di Thomas Reiter e la missione sullo Space Shuttle di Christer Fuglesang nel 2006, è stato il turno dell’astronauta dell’ESA di nazionalità italiana Paolo Nespoli, nell’Ottobre 2007. Come specialista di missione sul volo dello Space Shuttle STS-120, Nespoli ha svolto il compito di supervisore dell’assemblaggio e dell’installazione del modulo di connessione Nodo 2, chiamato Harmony, di costruzione italiana.

Il Nodo 2 è un modulo di forma cilindrica che ha preparato la strada all’assemblaggio in orbita del laboratorio di ricerca europeo, Columbus. Il modulo Nodo 3, ancora senza nome ma del tutto identico e costruito in Italia come Harmony, verrà assemblato durante una successiva missione sulla ISS.

Questi componenti cilindrici (6,7 m di lunghezza per 4,5 m di diametro) sono i fondamentali elementi di connessione tra i laboratori e i portelli di attracco per i veicoli spaziali in visita. Ciascun Nodo ha una sezione interna per lo stoccaggio di apparecchiature e altro materiale.

I Nodi sono stati realizzati in Italia per la NASA, finanziati dall’ESA, come parte di un accordo fra l’Agenzia Spaziale Italiana (ASI), l’ESA e la NASA. Offrono importanti risorse per la connessione e la gestione operativa della Stazione, oltre a funzionalità di produzione di acqua e generazione di ossigeno per il segmento americano della Stazione e spazio di stivaggio per le attrezzature.

A seguito della fornitura dei due Nodi dell’ESA, la NASA si è impegnata a lanciare in orbita il laboratorio europeo Columbus, che verrà trasportato sulla missione STS-122 dello Shuttle assieme agli astronauti dell’ESA Leopold Eyharts (Francia) e Hans Schlegel (Germania) ed offrirà a scienziati di tutta Europa l’opportunità di lavorare alla frontiera della ricerca in microgravità.

Durante i 10 anni di vita utile prevista per il laboratorio europeo, i ricercatori con base a terra – talvolta con un piccolo aiuto da parte dell’equipaggio della ISS – saranno in grado di condurre centinaia di esperimenti di scienza della vita, scienza dei materiali, fisica dei fluidi e moltissime altre discipline, tutti in assenza di peso.

Allo stesso tempo l’Europa si sta anche preparando a lanciare all’inizio del 2008 il proprio primo ATV (Automated Transfer Vehicle - Veicolo di Trasferimento Automatizzato). L’ATV verrà portato in orbita da un vettore Ariane 5, lanciato dallo spazioporto europeo nella Guaina Francese, in America Latina.

L’ATV dell’ESA è un veicolo per il trasporto di materiale privo di equipaggio. E’ completamente automatizzato e rifornirà regolarmente l’ISS di propellente, cibo e altri generi di necessità. Sebbene l’ATV non sia abilitato al trasporto di personale, gli astronauti avranno accesso alla sua stiva e ai suoi sistemi durante i sei mesi di attracco all’ISS.

L’ATV è il veicolo spaziale più complesso mai sviluppato in Europa e il suo ruolo sarà fondamentale per supportare su base regolare le operazioni a bordo della Stazione Spaziale.

Successivamente, sull’ISS verrà installato un Braccio Robotico Europeo (ERA – European Robotic Arm) della lunghezza di 11 metri, fornito dall’ESA. L’ERA verrà utilizzato per la manutenzione dei pannelli solari, le ispezioni e le operazioni di sostituzione sul segmento russo della ISS.

Inoltre, verso la fine del ciclo di costruzione, lo Space Shuttle lancerà la Cupola, un altro elemento realizzato in Europa sotto la guida italiana e finanziato dall’ESA, che ha funzione di controllo e osservazione e che verrà collegato al Nodo 3. Oltre a contenere postazioni di comando e controllo e altre attrezzature, la Cupola fornirà all’equipaggio della ISS un punto di vista panoramico per la guida delle operazioni esterne alla Stazione Spaziale e per l’osservazione della Terra.

Per la fine del 2010, quando la ISS avrà raggiunto il completamento programmato, quasi la metà delle missioni di assemblaggio avranno trasportato attrezzature di bordo e componenti di fattura europea e gli astronauti dell’ESA saranno membri regolari dell’equipaggio. Se a questo si aggiungono i contenitori cargo MPLM (Multipurpose Logistic Modules - Moduli Logistici Pressurizzati Multifunzionali), costruiti in Italia grazie a seguito di un accordo bilaterale tra l’Agenzia Spaziale Italiana (ASI) e la NASA, e i cinque ATV, è facile concludere che l’Europa ha costruito e fornito la maggior parte del dell’ambiente lavorativo pressurizzato dell’ISS.

Oltre alle dotazioni di bordo dell’ISS, l’ESA ha sviluppato anche un importante segmento di terra con vari centri di controllo e di supporto per gli utenti della Stazione (USOC – User Support Operation Centres), attraverso i quali il personale delle industrie e dell’ESA gestirà l’utilizzo e condurrà le operazioni a bordo del Columbus e dell’ATV. Tra questi centri, figura MARS, il centro di supporto di Napoli, che come USOC gestisce per conto dell’ESA l’utilizzo in tutta l’Europa del laboratorio di Scienza dei Fuidi (FLS – Fluid Science Laboratory) del Columbus.

Il laboratorio spaziale europeo Columbus

Il laboratorio Columbus è il principale contributo dell'ESA alla Stazione Spaziale Internazionale. La sua progettazione così come la disposizione sono simili a quelli dei tre moduli logistici polivalenti (MPLM) realizzati dall’Agenzia Spaziale Italiana (ASI) e utilizzati per il trasporto di esperimenti scientifici, materiali e rifornimenti verso la Stazione Spaziale per mezzo dello Space Shuttle. Ma a differenza dei moduli logistici temporanei che fanno il viaggio di andata e ritorno a Terra nella stiva di carico di uno Shuttle, Columbus diventerà una parte permanente dell’avamposto orbitante. Il laboratorio è stato progettato per collegarsi al resto della Stazione Spaziale per mezzo del modulo Nodo 2/Harmony.

La sua flessibilità fornisce ai ricercatori con base a terra, aiutati dall’equipaggio della Stazione, la possibilità di condurre centinaia di esperimenti nell’ambito della biologia, della scienza dei materiali, della fisica dei fluidi e di ogni altra ricerca che possa trarre vantaggio dallo svolgimento in un ambiente a microgravità. Gli esperimenti da svolgere nel vuoto dello spazio possono essere condotti all’esterno della cabina del Columbus, grazie alle quattro piattaforme di montaggio esterne per esperimenti tecnologici, l’osservazione della Terra e l’osservazione dello spazio.

Il laboratorio Columbus può montare 10 ‘’armadi’’ per esperimenti scientifici davvero all’avanguardia. I cinque moduli sperimentali già presenti nel Columbus al momento del lancio, sono il Biolab, il laboratorio di scienza dei fluidi (FLS), l’EPM (European Physiology Module – Moduli di Fisiologia Europei), e l’EDR (European Drawer Rack – Armadio a cassetti europeo) polivalente. L’MSG (Microgravity Science Glovebox) di realizzazione europea e la Human Research Facility della NASA, che si trovano già nel laboratorio americano Destiny, verranno allestiti dopo che Columbus attraccherà alla ISS.

Columbus dispone di un centro di controllo dedicato dislocato a Oberpfaffenhofen, presso Monaco di Baviera, in Germania. Da questo centro, i controllori da terra possono comunicare con il laboratorio mentre la Stazione Spaziale orbita attorno alla Terra, ma anche con gli altri ricercatori europei nei centri si supporto operativo e utenza (USOC) e con quelli di Stati Uniti e Russia.

Il veicolo di trasferimento automatizzato (ATV – Automated Transfer Vehicle)

Il Veicolo di Tasferimento Atomatico (ATV)

Il veicolo di trasferimento automatizzato (ATV – Automated Transfer Vehicle) dell’ESA ricopre un ruolo assolutamente essenziale, anche se meno appariscente del Columbus. Questa versatile navetta presterà servizio presso la Stazione Spaziale come trasporto merci, struttura di stoccaggio e rimorchiatore spaziale.

Il veicolo di trasferimento (ATV) è molto di più di un ‘’semplice’’ veicolo spaziale. Si tratta di un veicolo che riunisce i pregi e i vantaggi di una navetta da carico, di un modulo abitato, di un razzo vettore in un unico pacchetto. L’ATV costituisce il veicolo spaziale di maggiore complessità mai sviluppato in Europa. Giocherà un ruolo vitale per garantire la costante operatività della Stazione Spaziale.

Dopo il suo lancio, a bordo di una versione speciale del lanciatore pesante Ariane-5 di costruzione europea, l’ATV si avvicinerà e attraccherà automaticamente alla Stazione Spaziale, alla quale rimarrà agganciato per un periodo massimo di sei mesi. Trasporterà rifornimenti di propellente, componenti per esperimenti, alimenti ed acqua. Sebbene gli ATV non possano essere usati per trasportare personale, gli astronauti avranno accesso al carico trasportato e ai sistemi della navetta durante i sei mesi nei quali ogni veicolo rimarrà attraccato alla ISS.

Oltre a essere utilizzato per il trasporto di rifornimenti e attrezzature, la sua stiva, con un’atmosfera respirabile come quella sulla Terra, offrirà un prezioso spazio supplementare per lo stivaggio e le attività operative dell’equipaggio dell’ISS.

I motori dell’ATV potranno essere accesi periodicamente per contribuire al mantenimento della corretta altitudine orbitale da parte della Stazione Spaziale. Al termine della sua vita utile in orbita, l’ATV verrà riempito di rifiuti prima di essere sganciato e inviato in un’orbita di rientro che ne assicurerà un’innocua disintegrazione sulle acque dell’oceano. Il primo ATV, battezzato Jules Verne, volerà verso la Stazione Spaziale all’inizio del 2008.

Il Braccio Robotico Europeo (ERA)

Il Braccio Robotico Europeo (ERA) della lunghezza di 11 metri dovrebbe arrivare sull’ISS nel 2009, trasportato da un vettore russo Proton. L’ERA verrà agganciato al Laboratorio Polifunzionale Russo (MLM). Tra i suoi numerosi usi ci sono l’installazione dei pannelli solari e le operazioni di ispezione e assemblaggio relativi al segmento russo della ISS.

La Cupola

Lo Space Shuttle lancerà la Cupola, un modulo di osservazione e controllo costruito in Europa sotto la guida italiana nell’ambito di un accordo di scambio con la NASA. La Cupola, che sarà collegata al Nodo 3, pesa 1,8 tonnellate, ha circa due metri di diametro e un’altezza di circa 1,5 metri.

Il modulo presenta un ambiente di lavoro ‘a manica di camicia’ con sei finestre di forma trapezoidale e una finestra circolare sul lato superiore di circa 80 cm di diametro. Questa disposizione lo rende la finestra più ampia mai lanciata nello spazio.

Ciascun oblò è stato realizzato utilizzando tecnologie molto avanzate per proteggere i pannelli di silicio fuso da anni di esposizione alle radiazioni solari e dall’impatto con detriti spaziali. Oltre a contenere le postazioni di comando e controllo e altre attrezzature, la Cupola offrirà agli astronauti in orbita un punto di vista panoramico - sia per la guida delle operazioni all’esterno della Stazione Spaziale che per l’osservazione della Terra.

Ci si aspetta che La Cupola diventi uno dei punti preferiti della Stazione Spaziale sia per gli astronauti in visita che per l’equipaggio regolare. L’area di lavoro e osservazione, in cui l’atmosfera è respirabile come sulla Terra, contiene postazioni di comando e controllo e altre attrezzature. Grazie alla visuale panoramica a 360°, dalla Cupola si possono tenere simultaneamente sotto controllo le passeggiate spaziali, i veicoli spaziali in visita e le aree esterne dell’ISS.

La chiara visuale della Terra e dei corpi celesti permetterà di usare la Cupola per una varietà di applicazioni scientifiche nel settore delle osservazioni della Terra, dell’atmosfera e dell’universo, oltre a offrire importanti benefici psicologici all’equipaggio.

La ricerca a bordo della Stazione Spaziale Internazionale

Il Laboratorio di scienza dei Fluidi (FLS)

L’ambiente unico della Stazione Spaziale Internazionale (ISS) offre l’opportunità di vivere e lavorare in un laboratorio orbitante in assenza di peso e la ISS fornisce un’opportunità senza precedenti per studiare un mondo privo di gravità.

Questo è importante perché la gravità influenza quasi tutti i processi biologici, fisici e chimici che si svolgono sulla Terra - quindi eliminarla consente agli scienziati di scoprire la natura intima di questi processi.

Nel corso del tempo questo promuoverà una migliore comprensione di numerosi fattori, quali il ciclo di crescita delle piante, degli animali e la biologia degli esseri umani - tutti decisivi per ulteriori scoperte che possano essere vantaggiose per l’intera razza umana.

L’osservazione degli effetti della microgravità sugli esseri umani nello spazio ci fa capire meglio i meccanismi alla base di un gran numero di seri problemi medici riscontrati sulla Terra, come i problemi cardiovascolari, l’osteoporosi, i disturbi dell’equilibrio e la lombalgia. La ricerca svolta sulla ISS può dunque aiutare a sviluppare possibili cure per i disturbi associati.

La microgravità cambia radicalmente il comportamento del corpo umano. Lo studio di questi effetti sta già portando a risultati interessanti circa la salute umana, la prevenzione delle malattie e il loro trattamento. Questo include il funzionamento di cuore, polmoni e reni e facilita gli studi sui problemi cardiovascolari, la perdita di calcio osseo (osteoporosi), l’atrofia muscolare e i disordini ormonali. Alcuni problemi medici che devono essere tenuti nel debito conto per consentire la permanenza degli astronauti nello spazio possono essere correlati agli effetti dell’invecchiamento e dell’immobilità sui pazienti.

Dal momento che i governi europei si trovano a fronteggiare la realtà dell’invecchiamento della propria popolazione, questa ricerca può dimostrarsi cruciale per contribuire a limitare le spese sanitarie nel prossimo futuro. Le apparecchiature sviluppate per mantenersi in forma nello spazio e per il monitoraggio remoto della salute degli astronauti sono inoltre sempre più spesso adattate per l’uso negli ospedali e nei centri medici.

La ricerca medica sulla Stazione Spaziale è anche la tappa di passaggio verso la Luna e Marte. Sappiamo già che vivere in assenza di peso causa l’indebolimento di ossa e muscoli. Se gli esseri umani un giorno viaggeranno verso pianeti come Marte, dobbiamo comprendere gli effetti di viaggi così lunghi sul corpo umano. La ISS consente agli scienziati di studiare questi effetti e fornisce soluzioni per viaggi nello spazio di lunga durata. Allo stesso tempo, le tecnologie attualmente sviluppate per la ISS, come per esempio i sistemi per il supporto della vita e gli strumenti diagnostici avanzati, saranno utili per la progettazione del futuro ambiente di lavoro degli uomini su altri corpi planetari come la Luna e Marte.

La ISS è inoltre un insostituibile banco di prova per le tecnologie del futuro. Gli astronauti della Stazione Spaziale si occuperanno di ricerche in ogni stadio tecnologico: scienze di base, tecnologia avanzata e sviluppo di prodotti commerciali. Numerosi studi ed esperimenti si occuperanno della scoperta degli effetti della gravità sui processi fisici e chimici – e delle loro implicazioni per il miglioramento delle condizioni di vita sulla Terra.

Il laboratorio orbitante può dimostrarsi estremamente utile per ottimizzare i procedimenti di fabbricazione degli impianti produttivi sulla Terra. Le condizioni di microgravità consentono, per esempio, agli scienziati di studiare le proprietà dei materiali e la fisica di solidificazione e fusione in modi completamente nuovi. Tali esperimenti possono condurre alla scoperta di nuovi prodotti industriali che potranno essere utilizzati sulla Terra. Allo stesso modo, gli esperimenti sulla combustione e sulla fisica dei fluidi aiuteranno a sviluppare nuovi processi industriali con maggiore efficienza energetica o meno inquinanti.

Sebbene la motivazione di numerosi studi sia spesso originata da un puro interesse scientifico, le risposte a queste domande possono spesso essere applicate alla soluzione di problemi pratici. Per esempio, la ricerca spaziale può portare a tecniche di produzione innovative e più eco-compatibili per l’acciaio e i prodotti chimici, o per la realizzazione di centrali elettriche. In orbita, infatti, si potrà studiare con maggiore precisione materiali e processi di combustione rispetto a quanto possibile sulla Terra, grazie all’assenza della convezione - cioè di quelle correnti che provocano l’ascesa dell’aria o dei fluidi caldi, la discesa dell’aria o dei fluidi freddi, e quindi la loro mescolanza.

Per costruire la ISS, gli ingegneri hanno dovuto sviluppare numerose nuove tecnologie che ritengono, un giorno, poter aiutare gli esseri umani sulla Terra. Le tecnologie promettenti in futuro includono software informatico, sistemi di riscaldamento e raffreddamento con elevata efficienza energetica e costi ridotti, sistemi di purificazione di aria e acqua, progressi in materia di comunicazione e guida in remoto di apparecchiature mediche.

Inoltre, la ISS fornisce agli astronomi e agli scienziati che studiano il nostro pianeta natale una piattaforma flessibile per eseguire misurazioni e compiere osservazioni che non sarebbero possibili sulla Terra. Gli astronauti presenti a bordo della Stazione Spaziale spesso raccontano come la parte più straordinaria della loro esperienza sia stata l’osservazione del nostro pianeta.

l’orbita, sono chiaramente riconoscibili tanto le bellezze naturali della Terra quanto gli effetti che gli esseri umani hanno prodotto sul suo ambiente. Tutto ciò lascia gli astronauti con sensazioni nel contempo di ammirazione e di preoccupazione. La ISS verrà anche utilizzata come banco di prova tecnologico per gli strumenti che verranno successivamente posizionati sui satelliti di Osservazione della Terra per monitorare la salute del nostro pianeta.

Un altro aspetto di vitale importanza della Stazione Spaziale è la fonte di ispirazione che la presenza di astronauti in orbita terrestre fornisce ai bambini e agli adolescenti. I giovani, infatti, sono molto spesso ispirati dagli astronauti e la presenza di astronauti europei sulla Stazione Spaziale agirà in profondità su molti di loro - spingendoli sempre di più a seguire corsi di studi scientifici, tecnici e tecnologici.

Gli astronauti europei.

Gli astronauti europei membri del corpo degli astronauti dell’ESA – già esperti in missioni di lunga durata sulla stazione spaziale russa Mir – ora partecipano regolarmente alle missioni di Space Shuttle e Soyuz verso la ISS.

Oltre a supportare i voli di assemblaggio della Stazione Spaziale, gli astronauti europei ora sono membri regolari degli equipaggi internazionali permanenti. L’ESA addestra i propri astronauti presso lo European Astronaut Centre (EAC) di Colonia in Germania. Qui anche gli astronauti di altri paesi partner ricevono la formazione per l’utilizzo degli elementi europei della ISS, come il laboratorio Columbus o l’ATV.

Il ruolo che giocano è determinante per il futuro spaziale dell’Europa. Infatti, non si tratta soltanto di accumulare esperienza nelle attività operative dell’ISS ma anche di un investimento per un futuro ipotetico che potrebbe vedere cittadini europei sulla Luna e tra i primi esploratori a mettere piede su Marte.

Dal 2005 quando lo Space Shuttle USA è tornato a compiere missioni spaziali, il coinvolgimento dell’Europa nel volo spaziale umano è cresciuto sino a raggiungere i propri massimi storici. Tra il 2006 e il 2007 ci sono state, e alcune sono ancora in corso di realizzazione, cinque missioni con coinvolgimento di astronauti dell’ESA, un periodo davvero impegnativo che ha anche visto una serie di ‘esordi’ storici.

Fra questi ricordiamo che l’astronauta Thomas Reiter , di nazionalità tedesca, è diventato il primo membro europeo dell’equipaggio permanente della ISS (è stato il tecnico di volo degli equipaggi delle Expedition 13 e 14, trascorrendo più di sei mesi in orbita), mentre l’astronauta Christer Fuglesang, di nazionalità svedese, ha raggiunto Reiter in orbita a dicembre del 2006. E’ stato il primo caso in cui, nei suoi 8 anni di vita, l’ISS ha avuto a bordo due europei contemporaneamente. Questo tipo di scenario dovrebbe diventare sempre più frequente con l’ulteriore crescita e il completamento dell’ISS, soprattutto dopo l’aggancio di Columbus.

Dopo il volo dello scorso autunno di Paolo Nespoli con il Nodo 2/Harmony, altri due astronauti dell’ESA - Hans Schlegel e Leopold Eyharts - sono pronti per andare in orbita con una missione dello Space Shuttle questo Dicembre per consegnare il laboratorio Columbus. Quando la coppia di astronauti dell’ESA avrà finito di sovrintendere l’assemblaggio del laboratorio, Eyharts rimarrà per almeno due mesi per completare le procedure di entrata in servizio del laboratorio.

In futuro, gli equipaggi della Stazione Spaziale portati in orbita dalle navette americane Space Shuttle o da quelle russe Soyuz, trascorreranno una parte maggiore del proprio tempo lavorando su esperimenti. Sebbene numerosi esperimenti siano totalmente automatizzati, gli astronauti dovranno comunque monitorarli, effettuare regolazioni in tempo reale o reagire a eventuali problemi imprevisti.

Oltre a lavorare sugli esperimenti e a interagire con gli scienziati a terra, le responsabilità degli astronauti dell’ESA, come dei loro colleghi degli altri paesi partner – USA, Russia, Canada e Giappone - include anche la manutenzione e, se necessario, la riparazione della Stazione Spaziale e delle sue attrezzature.