L’astrofisico e divulgatore statunitense Neil DeGrasse Tyson ci ricorda che la realtà è spesso lontana dalle nostre intuizioni. Quando una scoperta scientifica non si conforma alle nostre aspettative la reazione ingenua è quella di rifiutarla e di rifugiarsi in descrizioni più facili da accettare, come quelle offerte dalle pseudoscienze. L’istruzione scientifica deve invece renderci consapevoli dei limiti della nostra intuizione e metterci in grado di superarli.

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Qual è secondo te la figura più sopravvalutata dell’esplorazione spaziale? Consideriamo progettisti, scienziati e astronauti.

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Il 22 settembre 1979 il satellite americano Vela 5B rileva due lampi di luce distinti, separati da una frazione di secondo e provenienti dall’area intorno alle isole del Principe Edoardo, circa a metà strada tra il Sudafrica e l’Antartide.

Non è un semplice evento atmosferico ma qualcosa di molto più grave. Il “doppio lampo” è la firma inconfondibile delle esplosioni atomiche in atmosfera e il Vela 5B è fatto apposta per riconoscerla. Fa parte di una famiglia di satelliti spia mirati a verificare che l’Unione Sovietica stia rispettando gli accordi sulle arme atomiche. Nel 1963, infatti, è stato siglato un trattato che vieta i test nucleari atmosferici, spaziali e sottomarini e permette solo quelli sotterranei, firmato inizialmente da Stati Uniti, Regno Unito e Unione Sovietica e poi da molte altre nazioni.

Fino a questo momento i satelliti Vela hanno rilevato ben 41 doppi lampi di questo genere e tutti e 41 sono stati associati a esperimenti nucleari atmosferici, condotti dalla Francia e dalla Cina, due nazioni che non hanno firmato il trattato del 1963 e che quindi non sono formalmente tenute a rispettarlo. Se invece fosse responsabile dell’accaduto l’Unione Sovietica, che ha firmato il trattato, scoppierebbe una crisi diplomatica.

Per scoprire i test nucleari segreti i satelliti Vela hanno una strumentazione sofisticata. Tutti hanno rilevatori di raggi X, di neutroni e di raggi gamma. Per puro caso, grazie a questi sensori, i satelliti Vela sono stati i primi a scoprire il fenomeno astronomico dei “lampi gamma” o GRB, dall’inglese “gamma ray burst”, le esplosioni più violente e luminose dell’universo dopo il Big Bang, causate dall’implosione di stelle molto massicce o dalla collisione di due stelle a neutroni. In aggiunta, molti dei satelliti Vela, tra i quali il Vela 5B, hanno anche fotometri ad alta velocità, capaci di registrare variazioni di intensità luminosa che avvengono in pochi millisecondi.

In questo caso le stelle non c’entrano: il “doppio lampo” individuato dai fotometri di Vela 5B è chiaramente di origine terrestre e, a parte le esplosioni nucleari, non sono noti fenomeni naturali che lo possano produrre. Il presidente americano Carter nomina una commissione d’inchiesta, la quale, dato che non ci sono conferme indipendenti dello svolgimento di un test nucleare, giunge alla conclusione che la spiegazione più probabile sia un falso allarme causato dall’impatto di un micrometeorite con il satellite.

Ma molti non sono d’accordo. Gli esperti del laboratorio nazionale di Los Alamos avevano ricalibrato lo strumento appena due mesi prima e un loro rapporto conclude che l’evento sia stato causato da una detonazione atomica nell’atmosfera, ma verrà pubblicato soltanto diversi anni dopo. Uno studio del Naval Research Laboratory conclude che i forti segnali rilevati da una rete di sorveglianza acustica sottomarina confermano un’esplosione nucleare in prossimità della superficie, associabile al doppio lampo osservato, ma non viene preso in considerazione dalla commissione.

Ci sono anche altri indizi. Tracce di iodio-131, un prodotto caratteristico della fissione nucleare, probabilmente trasportate dai venti oceanici, vengono ritrovate nelle tiroidi di greggi ovini nell’Australia orientale (ma non in Nuova Zelanda). Il radiotelescopio di Arecibo rileva un’anomalia nella ionosfera in data 22 settembre.

Che cosa sia avvenuto davvero non è mai stato stabilito in maniera definitiva, ma uno studio del 2018 conclude che la causa più probabile fosse davvero un’esplosione atomica e oggi la maggior parte degli storici ritiene che si sia trattato di un test nucleare segreto svolto da Israele con la collaborazione del Sudafrica, che all’epoca era in regime di apartheid.

Il 27 febbraio 1980 Carter scrisse nel suo diario: «Tra i nostri scienziati sta crescendo la convinzione che gli israeliani abbiano effettivamente condotto un test di esplosione nucleare nell’oceano, vicino all’estremità meridionale dell’Africa». A differenza di Francia e Cina, Israele nel 1964 aveva firmato il trattato che vietava i test nucleari atmosferici e, se si fosse confermato che l’aveva violato, gli Stati Uniti avrebbero dovuto imporre sanzioni immediate che Carter voleva assolutamente evitare, in vista delle elezioni presidenziali del 1980 (che perse comunque a vantaggio di Reagan).

Con ogni probabilità il satellite Vela 5B, accusato ingiustamente di aver causato un falso allarme, aveva svolto correttamente il suo compito, ma la politica decise diversamente.

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Tra il Saturn V, lo Space Shuttle, lo Space Launch System (SLS) e il Falcon Heavy, il lanciatore più potente è SLS, con 39 meganewton (MN) di spinta al decollo, circa il 15% in più del Saturn V. Seguono lo Space Shuttle, con circa 30 MN, e il Falcon Heavy, con circa 23 MN.

La differenza dipende soprattutto dall’architettura della propulsione. SLS e Saturn V sono stati progettati per massimizzare la spinta fin dal decollo, in modo da inviare carichi molto pesanti verso la Luna con un unico lancio. Nel caso di SLS, gran parte della spinta iniziale è fornita dai due enormi booster a propellente solido; nel Saturn V, invece, la spinta proveniva dai cinque giganteschi motori F-1 a propellente liquido del primo stadio.

Lo Space Shuttle seguiva una logica differente. Pur sviluppando una spinta enorme grazie all’azione combinata dei due booster a propellente solido (SRB) e dei tre motori principali RS-25 dell’Orbiter, era ottimizzato per portare in orbita bassa un veicolo spaziale riutilizzabile da 100 tonnellate e il suo equipaggio, non per l’esplorazione dello spazio profondo.

Il Falcon Heavy adotta un approccio ancora diverso: è formato da tre primi stadi derivati dal Falcon 9 e montati in parallelo, ciascuno equipaggiato con nove motori Merlin. L’obiettivo non è ottenere la massima spinta possibile, ma combinare elevate prestazioni, flessibilità operativa, costi contenuti e riutilizzabilità dei booster.

Va infine ricordato che il sistema Starship di SpaceX, attualmente in fase di sviluppo e collaudo, supera di gran lunga tutti questi valori. Il solo primo stadio (Super Heavy) può sviluppare al decollo fino a circa 90 MN di spinta, il doppio di SLS, grazie ai suoi 33 motori Raptor. È una forza che basterebbe quasi per sollevare da terra la torre Eiffel. A differenza del Saturn V e di SLS, Starship non si affida a pochi motori giganteschi, ma a molti motori più piccoli prodotti in serie, una scelta che facilita la scalabilità del sistema, aumenta la tolleranza ai guasti e rende possibile il recupero e il riuso dell’intero lanciatore.

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Qual è il libro o il film più importante nella storia dello spazio?

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Il 20 luglio 1969 il comandante della missione Apollo 11 Neil Armstrong fu il primo essere umano a mettere piede sulla superficie della Luna. In quell’istante, trasmesso in diretta a centinaia di milioni di persone in tutto il mondo, pronunciò una delle frasi più celebri della storia: «Questo è un piccolo passo per un uomo, ma un grande balzo per l’umanità». Il suo gesto rappresentava il culmine di anni di sforzi scientifici, tecnologici e umani e apriva una nuova era nell’esplorazione dello spazio.

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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.

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