Veduta spezzata dell'intera struttura dell'habitat “villaggio spaziale uno”. Notare le corde di tensegrità e il radiatore al centro della struttura principale. Credito:Muhao Chen et al
Ci sono due approcci principali che l'umanità può adottare per vivere nello spazio. Quello più comunemente raffigurato sta colonizzando altri corpi celesti come la luna e Marte. Questo approccio presenta alcuni importanti svantaggi, compreso il trattamento di suoli tossici, polvere appiccicosa e pozzi a gravità.
L'alternativa è costruire i nostri habitat. Questi potrebbero essere situati ovunque nel sistema solare, potrebbe essere di qualsiasi dimensione consentita dalla scienza dei materiali, e hanno caratteristiche diverse, come la temperatura, clima, gravità, e anche le lunghezze del giorno. Sfortunatamente, siamo ancora molto lontani dal costruire qualcosa come un habitat a grandezza naturale. Però, ora siamo un passo più vicini a farlo con il rilascio di un documento da un team di Texas A&M che descrive un modo per costruire un habitat spaziale espandibile di cilindri concentrici che possono ospitare fino a 8, 000 persone.
Qualsiasi habitat che ospita molte persone dovrà affrontare alcuni importanti svantaggi della vita nello spazio. Gli autori del documento ne elencano esplicitamente cinque che il loro design dell'habitat spaziale stava cercando di affrontare:
L'esposizione a lungo termine alla mancanza di gravità provoca il caos sui corpi umani, causando di tutto, dalla disabilità visiva alla perdita di densità ossea. La maggior parte di questi problemi viene risolta da un'unica soluzione elegante:la gravità artificiale.
Non abbiamo (ancora) la tecnologia per consentire al Capitano Picard di stare sul ponte dell'Enterprise come se fosse in un edificio per uffici. Però, abbiamo qualcosa che si avvicina alla gravità artificiale:la forza centrifuga tramite rotazione. Questa è una soluzione semplice per fornire agli astronauti qualcosa di equivalente alla gravità. Quella soluzione non è stata testata, ma la maggior parte degli esperti concorda sul fatto che dovrebbe alleviare la maggior parte dei problemi di salute associati alla mancanza di gravità.
Robot della NASA costruito utilizzando i principi di tensegrità. Credito:NASA / Adrian Agogino &Vytas Sunspiral
Ci sono due importanti considerazioni di progettazione quando si realizza un sistema di gravità artificiale che eliminerebbe quei problemi di salute. La prima riguarda la dimensione dell'habitat che induce la gravità artificiale. Se il raggio di rotazione è troppo piccolo, può esserci una differenza significativa nella gravità percepita tra la testa e i piedi di una persona. Questo è noto per causare cinetosi, e renderebbe inutilizzabile qualsiasi habitat che inducesse tale effetto nei suoi occupanti.
La seconda considerazione si concentra sulla velocità di rotazione. Gli autori citano un articolo in cui si osserva che qualsiasi velocità di rotazione superiore a 4 RPM indurrebbe anche la cinetosi. Utilizzando il limite superiore della velocità di rotazione e il limite inferiore del raggio di rotazione si ottiene un raggio di 56 metri, alto circa quanto la Torre Pendente di Pisa. Un essere umano potrebbe vivere in un tale habitat senza la cinetosi indotta di una giostra, e senza gli impatti negativi sulla salute di fluttuare costantemente in zero-G.
Zero-G non è l'unico pericolo attorno a cui gli autori devono progettare. L'esposizione alle radiazioni a lungo termine è straordinariamente dannosa per gli esseri umani, aumentare significativamente i rischi di cancro e danni cellulari durante qualsiasi soggiorno prolungato nello spazio.
La soluzione degli autori a questo rischio è semplice:circondare l'intero habitat con cinque metri di regolite e acqua. Nel loro modello, l'acqua è racchiusa tra la regolite. Lo strato protettivo si troverebbe in quello che chiamano lo "scudo". Sarebbe situato all'esterno dell'habitat cilindrico e coperto di pannelli solari per alimentare l'habitat. La composizione dello scudo è stata scelta principalmente in base al facile accesso ai materiali:la regolite e l'acqua sono abbondantemente disponibili da luoghi con pozzi a gravità relativamente bassa (cioè, asteroidi e luna). La combinazione è anche nota per fermare i raggi cosmici e la radiazione solare.
Oltre a fermare qualsiasi potenziale radiazione, lo scudo aiuta il sistema di supporto vitale ruotando molto lentamente nel tentativo di dissipare alcuni dei gradienti termici presenti sulla struttura dell'habitat. Gli autori hanno calcolato una rotazione di 0,2 giri/min dello scudo, e un ampio "radiatore" attaccato al lato dell'habitat per raggiungere una temperatura interna di circa 300K (27C / 80F) nell'habitat.
Quella temperatura interna sarebbe stata ben accolta dagli occupanti non umani proposti dall'habitat:le piante. Le fattorie dell'habitat sarebbero poste alle due estremità del cilindro a forma conica, e sormontato da un soffitto in vetro trasparente. Sarebbero anche serviti da specchi giganti leggermente storti, riflettendo la luce solare in modo uniforme sulla superficie agricola.
Modello stampato in 3D della stazione spaziale con le varie importanti caratteristiche etichettate. Credito:Muhao Chen et al
Gli autori hanno calcolato che ogni occupante della stazione avrebbe bisogno di circa 300 m 2 di terreni agricoli per sostenerli. Con un habitat espanso che cresce fino a un raggio di 224 metri (52 piani separati alti 4 metri con un cilindro più interno di 20 metri), ci sarebbe abbastanza spazio agricolo e abitativo per ospitare 8000 persone.
Ma l'habitat inizialmente non sarebbe stato in grado di supportare tutte quelle persone. Il cilindro più interno con raggio di 20 metri potrebbe fungere da modulo "seme" da cui si costruiscono altri strati cilindrici. E quel processo di costruzione utilizzerebbe una tecnica collaudata di ingegneria meccanica:la tensegrità.
Tensegrity è un portmanteau coniato da Buckminster Fuller per descrivere un sistema di barre e corde intrecciate in cui le barre sono compresse e le corde sono tese. Permette ai progettisti di costruire delle strutture davvero incredibili, per non parlare degli spettacolari mobili che costruiscono alcuni YouTuber.
In termini di habitat spaziale, consente ai progettisti di sviluppare un piano di espansione in sei fasi che può essere ripetuto indefinitamente senza la necessità di disattivare i sistemi di supporto vitale man mano che l'habitat viene ampliato. Ogni espansione consente di aggiungere un cilindro aggiuntivo al complesso, e aggiunge quantità significative di spazio abitativo aggiuntivo senza interrompere la vita delle persone che vivono nei cilindri già installati. Tale espandibilità renderebbe qualsiasi struttura che utilizzi questo sistema economicamente molto più interessante di un habitat che deve mantenere un'unica forma. Quel fattore economico è una parte estremamente importante di qualsiasi futuro piano di progettazione, in quanto sarà il principale fattore trainante dell'espansione delle infrastrutture spaziali più in generale.
Un altro modo per ottenere valore economico sarebbe sfruttare una delle caratteristiche interessanti di questo stile di habitat cilindrico. Il centro del cilindro potrebbe fungere da "officina a gravità zero, " che consentirebbe agli occupanti di eseguire lavori che potrebbero essere difficili o impossibili in un pozzo a gravità, come la lavorazione di materie prime o lo sviluppo di nuovi tipi di prodotti farmaceutici.
Il cilindro centrale potrebbe anche svolgere un ruolo importante in un diverso motore economico per l'habitat:il turismo. I progettisti progettano uno spazio aperto centrale che è quasi interamente dedicato al parco. Questo sarebbe in parte per il benessere emotivo e psicologico degli occupanti a lungo termine dell'habitat, ma potrebbe anche fungere da grande attrazione turistica. Ciò sarebbe particolarmente utile in quanto il turismo servirà probabilmente come una delle principali forze economiche trainanti dei primi habitat spaziali.
Che il turismo sia davvero ancora lontano, e mentre i costi di lancio continuano a diminuire, finché non avremo l'infrastruttura in atto per estrarre asteroidi o la luna, è improbabile che venga costruito un grande habitat spaziale. Intanto, possiamo continuare a lavorare su nuove idee che potremmo eventualmente essere in grado di eseguire. Se solo non dovessimo spendere così tanto per sfuggire bene alla nostra stessa gravità.
