Un tempo appannaggio della fantascienza, attraverso film come alieno (nella foto) e 2001:Odissea nello spazio , l'ibernazione o "animazione sospesa" potrebbe un giorno diventare un importante fattore abilitante per i viaggi nello spazio profondo. Credito:20th Century Fox
Se un'astronave fantascientifica non è dotata di iperguida, di solito è dotata invece di capsule di ibernazione. Nei film da 2001:Odissea nello spazio a Event Horizon, Alieno ai Passeggeri, astronauti immaginari vengono messi in "animazione sospesa" per attraversare la vastità dello spazio. Ora l'ESA ha studiato come l'ibernazione dell'equipaggio nella vita reale avrebbe un impatto sulla progettazione delle missioni spaziali.
Il letargo umano è stato oggetto di una ricerca iniziale nell'ambito dell'elemento Discovery delle Attività di base dell'ESA, quindi raccomandato come "tecnologia abilitante" chiave per lo spazio dal gruppo consultivo per la tecnologia futura dell'Agenzia, con conseguente "Team d'attualità" dedicato in ibernazione.
Ora il team SciSpacE dell'Agenzia ha chiamato la Concurrent Design Facility dell'ESA, una struttura multimediale che consente a team di esperti di eseguire valutazioni iniziali delle future missioni proposte, per valutare i vantaggi dell'ibernazione umana per un viaggio su un pianeta vicino, come Marte.
Partendo da una valutazione sullo stato attuale dell'arte nel letargo umano, con l'aiuto degli scienziati dell'ESA Topical Team dell'Università Ludwig Maximilian di Monaco e dell'Università di Goethe, Francoforte, il team CDF è andato a indagare per la prima volta sul potenziale impatto dell'ibernazione sulla progettazione della missione a livello di sistema. Hanno preso come riferimento uno studio di missione esistente per inviare sei umani su Marte e tornare indietro in un lasso di tempo di cinque anni.
"Abbiamo lavorato sulla regolazione dell'architettura del veicolo spaziale, la sua logistica, protezione contro le radiazioni, consumo di energia e progettazione complessiva della missione, " commenta Robin Biesbroek del CDF.
Un modulo abitativo di riferimento per una missione su Marte con equipaggio rispetto al suo equivalente basato sull'ibernazione. Credito:ESA
"Abbiamo esaminato il modo migliore per mettere in letargo una squadra di astronauti, cosa fare in caso di emergenza, come gestire la sicurezza umana e anche quale impatto avrebbe l'ibernazione sulla psicologia della squadra. Alla fine abbiamo creato uno schizzo iniziale dell'architettura dell'habitat e creato una tabella di marcia per raggiungere un approccio convalidato per ibernare gli umani su Marte entro 20 anni".
Lo studio ha scoperto che la massa del veicolo spaziale potrebbe essere ridotta di un terzo rimuovendo gli alloggi dell'equipaggio con una riduzione simile dei materiali di consumo, equivalente a diverse tonnellate di massa risparmiata. L'ibernazione avverrebbe in piccoli pod individuali che fungerebbero anche da cabine mentre l'equipaggio è sveglio.
Il presupposto era che sarebbe stato somministrato un farmaco per indurre "torpore", il termine per lo stato di letargo. Come animali in letargo, gli astronauti dovrebbero acquisire grasso corporeo extra prima del torpore. I loro baccelli dal guscio morbido verrebbero oscurati e la loro temperatura notevolmente ridotta per raffreddare i loro occupanti durante la loro prevista crociera Terra-Marte di 180 giorni.
La fase di crociera in letargo si concluderebbe con un periodo di recupero di 21 giorni, sebbene basato sull'esperienza del letargo animale, l'aspettativa sarebbe che l'equipaggio non subisse uno spreco osseo o muscolare.
Aree funzionali del modulo di ibernazione:(1) alloggi dell'equipaggio privato, (2) esercizio, (3) igiene e rifiuti, (4) sala da pranzo e guardaroba, (5) postazione di lavoro, (6) cambusa e cibo, (7) forniture mediche, (8) sistemi di supporto vitale e stivaggio, (9) forniture operative e di manutenzione. Generalmente, l'habitat è suddiviso in due zone di volumetria abitabile:gli alloggi dell'equipaggio che vengono utilizzati durante l'intera durata della missione, e i volumi per il reparto e la postazione di lavoro, preparazione e consumo del cibo, raccolta e igiene dei rifiuti, esercizio, medico, scopi operativi e di manutenzione che vengono utilizzati solo durante il tempo in cui l'equipaggio è sveglio e attivo. Credito:ESA
Una sezione trasversale del modulo di ibernazione che mostra i singoli alloggi che fungerebbero anche da capsule di ibernazione durante la fase di crociera. I baccelli dal guscio morbido avrebbero controlli termici individuali e isolamento flessibile, con ventola per la circolazione dell'aria e il controllo dell'umidità per evitare la formazione di condensa quando la temperatura si abbassa durante il letargo. I baccelli sarebbero anche ben schermati contro le radiazioni. (1) alloggi privati per l'equipaggio, (8) sistema di supporto vitale e stivaggio, (10) spazio di circolazione. Credito:ESA
L'esposizione alle radiazioni delle particelle ad alta energia è un pericolo chiave dei viaggi nello spazio profondo, ma poiché l'equipaggio in letargo trascorrerà così tanto tempo nei loro baccelli di ibernazione, quindi la schermatura, come i contenitori dell'acqua, potrebbe essere concentrata attorno a loro. E la ricerca esistente sull'ibernazione mostra che offre una protezione dalle radiazioni migliorata di per sé.
Ma con tutto l'equipaggio inabile per lunghi periodi di tempo, la missione dovrebbe essere progettata per operazioni in gran parte autonome, con un uso ottimale dell'intelligenza artificiale e del "rilevamento dei guasti, isolamento e ripristino" per mantenere un livello minimo di prestazioni del sistema fino a quando l'equipaggio non può essere rianimato.
"Da un po' di tempo l'ibernazione è stata proposta come uno strumento rivoluzionario per i viaggi umani nello spazio, " spiega Jennifer Ngo-Anh Team Leader SciSpacE. "Se fossimo in grado di ridurre del 75% il tasso metabolico di base di un astronauta - simile a quello che possiamo osservare in natura con grandi animali in letargo come alcuni orsi - potremmo finire con una massa sostanziale e risparmio sui costi, rendere più fattibili le missioni esplorative di lunga durata.
"E l'idea di base di mettere gli astronauti in letargo di lunga durata in realtà non è così folle:un metodo ampiamente comparabile è stato testato e applicato come terapia in pazienti traumatizzati in terapia intensiva e quelli che devono subire importanti interventi chirurgici per più di due decenni. i centri medici hanno protocolli per indurre l'ipotermia nei pazienti a ridurre il loro metabolismo per guadagnare sostanzialmente tempo, mantenere i pazienti in una forma migliore di quanto sarebbero altrimenti.
"Miriamo a costruire su questo in futuro, ricercando i percorsi cerebrali che vengono attivati o bloccati durante l'inizio del letargo, cominciando dagli animali e proseguendo con le persone».
