Ecco la gravità artificiale per gli astronauti (ma non è come pensavamo)
Disporre di un ambiente a gravità artificiale potrebbe permettere agli astronauti di effettuare missioni a lungo termine senza incorrere nei fastidi fisici conseguenti all'assenza di peso
La gravità artificiale è da sempre la silenziosa protagonista di quei romanzi di fantascienza che appartengono al filone della cosiddetta “Space Opera“, ovvero un sottogenere in cui si narra di avventure ed esplorazione spaziale. Anche la cinematografia non ha potuto fare a meno della gravità artificiale, basta ricordare le navi a forma di ruota di film come 2001: A Space Odyssey e The Martian, immaginarie unità che generano la propria gravità ruotando sul proprio asse nello spazio.
Ora, un team dell’università del Colorado di Boulder sta lavorando per trasformare in realtà una tecnologia che sarà assolutamente necessaria per le missioni a lungo termine nello spazio.
I ricercatori, guidati dall’ingegnere aerospaziale Torin Clark, non possono (non ancora) trasporre nella realtà gli effetti speciali di Hollywood, ma stanno immaginando nuovi modi di progettare sistemi rotanti che potrebbero adattarsi all’interno di una stanza di future stazioni spaziali e persino di basi lunari. Gli astronauti potrebbero utilizzare queste stanze alcune ore al giorno per usufruire del benefico effetto della gravità e ridurre le conseguenze del vivere ed operare in condizioni di micro o nulla gravità. Insomma, una specie di applicazione di trattamento termale per contrastare gli effetti dell’assenza di peso.
La speranza dei membri del team di progettazione è quella che, un giorno, il loro lavoro potrà contribuire a mantenere sani gli astronauti mentre si avventurano nello spazio, consentendo agli esseri umani di viaggiare verso destinazioni lontane come Marte o le lune di Giove e Saturno in missioni di lunga durata che non ne inficino al salute.
Ma prima, la squadra di Clark dovrà risolvere un problema che ha afflitto per anni i sostenitori della gravità artificiale: la cinetosi.
“Gli astronauti sperimentano perdita ossea, perdita muscolare, decondizionamento cardiovascolare e molti altri effetti negativi nello spazio. Oggi, ci sono solo una serie di contromisure frammentarie per superare questi problemi“, ha detto Clark, assistente professore presso il Dipartimento di Scienze aerospaziali dell’Ann e HJ Smead. “Ma la gravità artificiale è grande perché può superarli tutti in una volta.”
Strana sensazione
Clark testa il suo progetto in una stanza del campus non molto più grande di un normale ufficio.
Credito: Università del Colorado a Boulder
L’ingegnere si sdraia su una piattaforma metallica che sembra una barella dell’ospedale, parte di una macchina che gli ingegneri chiamano centrifuga a corto raggio. Dopo un rapido conto alla rovescia, la piattaforma inizia a ruotare intorno alla stanza, prima lentamente e poi sempre più velocemente.
Nicholas Dembiczak, uno studente universitario che studia ingegneria aerospaziale e assistente di ricerca nel laboratorio, osserva i progressi di Clark da un monitor del computer nella stanza accanto.
“Stai arrivando a 15 rotazioni al minuto ora“, annuncia al microfono.
Clark sembra tranquillo. “È divertente“, risponde.
Questa è la cosa più vicina cui gli scienziati possono arrivare, sulla Terra, per capire come può funzionare la gravità artificiale nello spazio. Clark spiega che la velocità angolare generata dalla centrifuga spinge i suoi piedi verso la base della piattaforma, quasi come se fosse sotto il suo stesso peso.
Ma c’è un problema con questo tipo di gravità, uno che è familiare a chiunque abbia visitato un parco di divertimenti. Se Clark girava la testa da una parte e dall’altra mentre gira steso sulla sua macchina, sperimenta una sensazione nota come “l’illusione incrociata,” una sensazione generata nell’orecchio interno che ti fa sentire come se stessi cadendo.
“È una sensazione molto strana“, dice Kathrine Bretl, una studentessa laureata che lavora nel laboratorio di Clark.
Lo studente universitario Nicholas Dembiczak monitora i progressi di Torin Clark. Credito: CU Boulder, Torin Clark
Così strana che, per decenni, gli ingegneri hanno considerato quel tipo di cinetosi un problema per attuare la gravità artificiale.
Clark e Bretl, tuttavia, hanno pensato ad una soluzione.
Prenderla con calma
In una serie di studi recenti, il team ha indagato se è proprio necessario pagare il prezzo della nausea per sfruttare la gravità artificiale. In altre parole, gli astronauti potrebbero addestrare i loro corpi a tollerare la tensione che deriva dall’essere fatti girare in cerchio come criceti su una ruota?
Il team ha iniziato reclutando un gruppo di volontari e li ha testati sulla centrifuga in 10 sessioni.
Ma a differenza della maggior parte degli studi precedenti, i ricercatori della CU di Boulder hanno adottato un approccio progressivo, sottoponendo i soggetti dei test inizialmente ad una sola rotazione al minuto, aumentando la velocità solo quando ogni soggetto smetteva di sperimentare l’illusione incrociata.
“Cerchiamo di evitare i casi di cinetosi perché il punto centrale della nostra ricerca è rendere tollerabile questo trattamento.” Ha spiegato Bretl.
L’approccio personalizzato ha funzionato. Alla fine della decima sessione, i soggetti dello studio giravano tutti comodamente, senza alcuna illusione, ad una velocità media di circa 17 rotazioni al minuto. Molto più veloce di quanto qualsiasi ricerca precedente sia stata in grado di raggiungere. Il gruppo ha riportato i suoi risultati lo scorso giugno sul Journal of Vestibular Research.
Durante i loro esperimenti, Clark ed i suoi colleghi hanno fatto ruotare i soggetti in posizione seduta, poi hanno chiesto loro di inclinare la testa di lato per vedere se sperimentavano l’illusione incrociata. Credito: CU Boulder, Torin Clark
Clark afferma che lo studio dimostra che la gravità artificiale potrebbe essere un’opzione realistica per il futuro dei viaggi spaziali.
“Per quanto possiamo dire, in sostanza chiunque può adattarsi a questo stimolo“, ha detto.
Nella ricerca in corso, i ricercatori hanno anche aumentato il numero di sessioni di formazione a 50, scoprendo che le persone potevano girare ancora più velocemente, dandogli più tempo per adattarsi.
Ora, però, sarà necessario rispondere ancora a molte domande prima che si possa vedere una stanza per la gravità artificiale installata sulla Stazione Spaziale Internazionale: quanto durano gli effetti dell’allenamento, per esempio, e di quanta gravità avrà bisogno un astronauta per compensare la perdita di muscoli e ossa?
Bretl, tuttavia, è fiducioso.
“Il punto del nostro lavoro è cercare di convincere più persone a pensare che forse la gravità artificiale non è un’idea così folle“, ha detto. “Forse ha un posto al di fuori della fantascienza“.
Xavier Simón et al. Artificial Gravity System Configurations Informed by Physiological Spin-Tolerance Research, 2018 AIAA SPACE and Astronautics Forum and Exposition (2018). DOI: 10.2514/6.2018-5358
