Possiamo adottare due sistemi per costruire habitat spaziali: il primo è quello di colonizzare altri corpi celesti come, ad esempio, la Luna o Marte.
Il secondo sistema è invece quello di realizzare i nostri habitat nello spazio e trasportarli ovunque nel sistema solare. Tali habitat potrebbero avere una qualsiasi dimensione dettata esclusivamente dalle conoscenze sui materiali utilizzati. Potrebbero inoltre presentare diverse caratteristiche come temperatura, clima, gravità e persino lunghezze del giorno.
Questo almeno in teoria, perché fino ad oggi sfortunatamente, siamo ancora molto lontani dalla realizzazione di un habitat a grandezza naturale.
Tuttavia, sono stati fatti alcuni passi grazie al rilascio di un documento da un team di Texas A&M che descrive un modo per costruire un habitat spaziale espandibile composto da cilindri concentrici in grado di ospitare fino a 8000 persone.
Qualsiasi habitat che ospita così tante persone dovrà affrontare alcuni dei principali aspetti negativi della vita nello spazio. Gli autori dell’articolo ne elencano 5 che il loro progetto di habitat spaziale ha affrontato:
- Gravità;
- Protezione dalle radiazioni;
- Agricoltura sostenibile;
- Capacità di crescita dell’habitat;
- Valore commerciale.
L’esposizione a lungo termine alla mancanza di gravità ha effetti deleteri sul nostro corpo causando diverse problematiche, dai disturbi della vista all’osteoporosi. La maggior parte di questi problemi può essere risolta da un’unica elegante soluzione: la gravità artificiale.
Non sappiamo se un giorno potremo regalarci una gravità artificiale come quella ideata dai creatori di Star Trek che consente ai membri della Enterprise e alle altre navi della federazione di avere una gravità a bordo del tutto simile a quella presente sulla superficie della Terra (o degli altri pianeti della federazione). Tuttavia abbiamo qualcosa che si avvicina di molto agli effetti della gravità: la forza centrifuga causata dalla rotazione di una stazione spaziale dalla forma adeguata.
Questa soluzione può dare agli astronauti qualcosa di equivalente alla gravità presente sulla Terra. Questa 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.
Per progettare un habitat in grado di ricreare effetti simili alla gravità si deve tener conto di almeno due cose. Il raggio dell’habitat non deve essere troppo piccolo per evitare che si crei una differenza significativa nella gravità percepita tra la testa e i piedi dei membri dell’equipaggio. Questa differenza potrebbe causare la cinetosi e renderebbe inutilizzabile qualsiasi habitat che ha indotto quell’effetto nei suoi occupanti.
La seconda considerazione analizza la velocità di rotazione. Gli autori indicano un documento che sottolinea che qualsiasi velocità di rotazione superiore a 4 RPM indurrebbe 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. Un essere umano potrebbe vivere in un tale habitat senza la cinetosi indotta e senza gli impatti negativi sulla salute del vivere costantemente a zero g.
Ma la condizione “Zero G” non è l’unico pericolo che gli autori devono tenere in considerazione. L’esposizione per lunghi periodi di tempo alle radiazioni ionizzanti e ai raggi cosmici è straordinariamente dannosa per gli esseri umani, con rischi di un aumento significativo di cancro e danni cellulari, una probabilità molto reale in una permanenza prolungata nello spazio.
Secondo lo studio il problema delle radiazioni potrebbe essere superato circondando l’habitat con una protezione composta di regolite e acqua spessa 5 metri. Nel modello proposto dagli autori questo sistema o “scudo” verrebbe collocato all’esterno dell’habitat di forma cilindrica e ricoperto completamente di pannelli solari che fornirebbero energia per il funzionamento della stazione spaziale stessa. la composizione dello scudo è stata effettuata in base alla disponibilità dei materiali, la Luna e gli asteroidi infatti hanno abbondanti riserve di acqua e regolite e un campo gravitazionale abbastanza debole, inoltre l’acqua mista a regolite offre secondo alcuni test una buona protezione contro le radiazioni solari.
Lo scudo inoltre sostiene il sistema di supporto vitale che con la sua lenta rotazione dissipa il calore in eccesso della struttura consentendo un riscaldamento uniforme. L’autore ha calcolato con una rotazione di 0,2 giri / min dello scudo e un ampio “radiatore” attaccato al lato dell’habitat, possono raggiungere una temperatura interna di circa 27C. Quella temperatura sarebbe eccellente per le piante presenti nell’habitat.
Le fattorie dell’habitat verrebbero realizzate alle due estremità del cilindro in strutture di forma conica sormontate da un soffitto di vetro trasparente. Sarebbero inoltre coadiuvate da specchi giganti leggermente obliqui, che sarebbero utilizzati per riflettere la luce solare in modo uniforme sulla superficie utilizzata per la produzione agricola. Gli autori hanno calcolato che ogni occupante della stazione avrebbe bisogno di circa 300 metri quadrati di terreno agricolo per il proprio sostentamento. Con un habitat espandibile capace di crescere fino a un raggio di 224 m (52 piani separati di 4 metri di altezza con un cilindro più interno di 20 metri) ci sarebbe spazio per le coltivazioni spazio e abitabile sufficiente per ospitare 8000 persone.
L’habitat inizialmente non sarebbe in grado di ospitare un numero cosi elevato di occupanti, ma il suo cilindro interno che avrebbe un raggio di 20 metri fungerebbe da “seme” dal quale si svilupperebbe il resto della struttura con una tecnica ingegneristica chiamata tensegrità.
“Tensegrita” è un termine 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 designer di costruire strutture davvero incredibili, per non parlare degli spettacolari pezzi di arredamento che alcuni Youtuber costruiscono.
In termini di habitat spaziale, questa tecnica consente ai progettisti di sviluppare un piano di espansione in 6 fasi che può essere ripetuto all’infinito senza la necessità di disattivare i sistemi di supporto vitale man mano che lo stesso habitat si espande. Ogni espansione consente di aggiungere un cilindro aggiuntivo al complesso e aggiunge quantità significative di spazio abitativo aggiuntivo senza interferire la vita delle persone ospitate nei cilindri che sono già installati.
Una tale espandibilità renderebbe qualsiasi struttura che utilizza questo sistema molto più interessante dal punto di vista economico di un habitat che deve mantenere un’unica forma. Questo fattore economico è una parte estremamente importante di qualsiasi piano di progettazione futuro, poiché sarà il principale fattore trainante dell’espansione dell’infrastruttura spaziale 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 presenza di un campo gravitazionale, come la lavorazione di materie prime o lo sviluppo di nuovi tipi di farmaci.
Il cilindro centrale potrebbe inoltre svolgere un ruolo importante in un diverso driver economico per l’habitat: il turismo ad esempio. I progettisti progettano uno spazio aperto centrale quasi interamente dedicato al parco. Ciò 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.
Quel turismo è tuttavia ancora lontano e, sebbene i costi di lancio continuino a diminuire, finché non avremo infrastrutture in grado di estrarre materiali dagli asteroidi o dalla luna, è improbabile che venga costruito un grande habitat spaziale. Nel frattempo, possiamo continuare a lavorare su nuove idee che potremmo eventualmente essere in grado di eseguire. Se solo non dovessimo spendere così tanto per sfuggire alla gravità del nostro pianeta.
