La settimana scorsa ho partecipato a Porto Rico a un convegno di ingegneria ambientale spaziale, di cui sono uno degli organizzatori, e qui vorrei spiegare che cosa facciamo. L’ingegneria ambientale sulla Terra non ha niente a che vedere con quella nello spazio: la prima deve preservare un mondo naturalmente favorevole alla vita, la seconda deve rendere vivibile un ambiente che alla vita è eccezionalmente ostile. Perfino i luoghi meno abitabili della Terra, come il deserto del Sahara, le cime dell’Himalaya o l’Antartide, sono estremamente confortevoli se confrontati con ciò che sta fuori dall’atmosfera.
Lo spazio è così ostile alla vita da essere mortale per molti fattori diversi, ognuno indipendente dagli altri: il vuoto, gli sbalzi di temperatura estremi, i micrometeoroidi e i detriti orbitali, le radiazioni, l’assenza di peso. Alcuni di questi fenomeni sono evidenti e immediati, altri sono probabilistici e si accumulano nel tempo. In particolare, l’assenza di peso produce inizialmente effetti modesti, ma col passare del tempo causa danni più gravi, come l’atrofia ossea e muscolare, che devono essere mitigati.
Durante il convegno il professor David Klaus dell’università del Colorado ha raccontato un esperimento mentale che propone ai suoi studenti per farli riflettere sui tanti problemi del controllo ambientale spaziale: che cosa si deve fare per tenere in vita un astronauta che si trovasse nudo nello spazio?
La prima causa di morte sarebbe il vuoto. L’astronauta potrebbe sopravvivere, rimanendo cosciente, solo per pochi secondi, prima di soccombere a una combinazione di fattori: ebollizione dei fluidi corporei, paralisi da emboli gassosi venosi, decompressione polmonare o rottura dei capillari, se trattiene il respiro, e infine asfissia. Prima di tutto bisogna quindi fornire un volume pressurizzato con ossigeno sufficiente a consentire una respirazione adeguata. Serve poi una protezione termica che prevenga la morte per congelamento o per surriscaldamento, oltre a fornire protezione dai micrometeoroidi. Questo primo intervento manterrebbe in vita la persona per qualche ora, ma poi la concentrazione di anidride carbonica nell’ambiente pressurizzato raggiungerebbe livelli tossici, conducendo alla morte con una condizione chiamata “ipercapnia”. È quindi necessario rimuovere l’anidride carbonica prodotta dalle respirazione. Continuando così si stabiliscono le altre attività necessarie, come la fornitura di acqua e cibo, la rimozione degli scarti del metabolismo, la protezione dalle radiazioni e le contromisure all’assenza di peso per prevenire gli effetti a lungo termine. Questo esercizio si può estendere anche ad altre esigenze meno pressanti, ma comunque fonte di stress, come la ventilazione, l’illuminazione, l’igiene personale, eccetera.
Tutti questi sistemi vanno realizzati rispettando gli stretti vincoli di massa e volume imposti dal lancio nello spazio. Si può capire che l’ingegneria ambientale spaziale è una sfida estremamente complessa e che mette insieme tante competenze diverse.
Si potrebbe pensare che compiere un simile sforzo per mantenere in vita gli esseri umani in un ambiente che non è fatto per loro sia un atto di ostinazione insensata. In realtà è proprio questa difficoltà a spingere l’ingegneria verso soluzioni sempre più efficienti. Lo spazio è un severo maestro. Quando ogni chilogrammo lanciato in orbita costa migliaia di euro e ogni litro d’acqua o di aria deve essere recuperato e riutilizzato, è obbligatorio progettare sistemi sempre più affidabili, efficienti e sostenibili.
L’ingegneria ambientale spaziale e quella terrestre non sono così scorrelate come potrebbe sembrare a prima vista. Molte tecnologie sviluppate per vivere nello spazio con risorse limitatissime trovano applicazione qui sulla Terra, dove ci aiutano a usare in modo più sostenibile acqua, energia e materiali. È uno dei tanti paradossi dell’esplorazione spaziale: più impariamo a vivere lontano dalla Terra, più impariamo a prenderci cura della Terra stessa.