xEMU, Ultra hight-tech, l’elegante nuova tuta lunare della NASA

Forse nessuno avrebbe mai immaginato che ci sarebbe voluto mezzo secolo per progettare nuovamente un altro viaggio sulla luna. L’ultima volta infatti fu Il 14 dicembre 1972, quando gli astronauti dell’Apollo 17, Eugene Cernan e Harrison Schmitt, toccarono la superficie lunare. In 50 anni sono cambiate e migliorate tante cose. Ed una di queste è proprio la tuta spaziale.
Le nuove tute progettate per l’esplorazione della Luna sono state chiamate xEMU, l’acronimo di Exploration Extravehicular Mobility Unit, ovvero Unità di mobilità extraveicolare di esplorazione.
Per la nuova spedizione Artemis, la NASA non fa sconti e si prevede una tuta spaziale elegante e ultra high-tech, con una serie di funzioni che non erano possibili durante l’era Apollo.
La NASA sta dunque sviluppando le tecnologie necessarie per realizzare l’allunaggio. Ed è per questo che si sta lavorando al gigantesco razzo SLS, ad un lander lunare, ad un rover non pressurizzato, e a strumenti per raccogliere e campionare acqua ghiacciata.

Un progetto da 28 miliardi di dollari

La NASA ha recentemente rivelato il costo di Artemis, affermando che il progetto richiederà 28 miliardi di dollari di finanziamenti dal 2021 al 2025. Di questo costo, 518 milioni di dollari saranno assegnati allo sviluppo e alla produzione degli xEMU.
Un prezzo elevato, considerando che la NASA ha precedenti esperienze nella costruzione di tute per le missioni Apollo e, più recentemente, per gli astronauti della Stazione Spaziale Internazionale.
E in effetti, xEMU è visivamente simile alle tute indossate dagli astronauti durante le passeggiate spaziali della ISS, ma per il resto è totalmente diversa.
“L’xEMU è stato progettato fin dall’inizio per essere più sicuro e avere meno possibilità di guasti catastrofici rispetto a qualsiasi dei suoi predecessori“, ha spiegato in una e-mail Chris Hansen, responsabile dell’ufficio EVA, presso il Johnson Space Center della NASA a Houston.
Lo spazio è un luogo pericoloso nel migliore dei casi, ma la Luna presenta alcune sfide aggiuntive.
“Uscendo dall’orbita terrestre bassa e sulla superficie della Luna, le tute saranno soggette a livelli di radiazioni più elevati e temperature estreme rispetto alla nostra attuale tuta“, ha detto Hansen.
Le nuove tute hanno un’avionica più complessa rispetto alle tute Apollo, quindi saranno selezionate parti che sono resistenti alle radiazioni, e progettate per funzionare in quell’ambiente.

Come sarà la xEMU per la missione Artemis 3?

Per la missione Artemis 3 (la prima che prevede l’atterraggio di un equipaggio), la NASA vuole far atterrare i suoi astronauti vicino al polo sud lunare. Questa regione è permanentemente ombreggiata, quindi presenterà una maggiore possibilità che il team trovi e raccolga acqua ghiacciata, ma questo punto della superficie lunare è piuttosto freddo, considerevolmente più freddo di qualsiasi cosa gli astronauti dell’Apollo abbiano dovuto affrontare. Di conseguenza, xEMU è stato progettato per soddisfare queste condizioni.
xEMU dovrà anche proteggere gli astronauti Artemis dalle radiazioni ionizzanti e dalla pressione atmosferica inesistente. Allo stesso tempo, gli astronauti dovranno anche esplorare, installare attrezzature, ed eseguire esperimenti scientifici. Le tute dovranno anche sopportare un’intera settimana in queste condizioni, poiché è il tempo che dovrebbe durare ogni missione in superficie.
Di conseguenza, le tute sono progettate per resistere a un’ampia gamma di temperature: da -157 gradi Celsius all’ombra, a 121 gradi C in piena vista del sole.
Il Portable Life Support System (PLSS) della tuta verrà indossato come uno zaino, fornendo potenza e aria respirabile, rimuovendo anche l’anidride carbonica espirata e l’umidità eccessiva.
PLSS, oltre a regolare la temperatura e la pressione interna, monitorerà costantemente la tuta per eventuali problemi e emetterà un avviso se qualcosa sembra sospetto.
xEMU è stato costruito con molta ridondanza, con l’elettronica duplicata, per ridurre al minimo i potenziali problemi.

Due tecnologie innovative in xEMU

Ci sono due nuove tecnologie in xEMU che non sono mai state incorporate prima nel design di una tuta spaziale.
Uno è il nuovo sistema di raffreddamento chiamato SWME (si pronuncia ‘swimmy’), che è l’evaporatore a membrana d’acqua della tuta spaziale.
L’SWME utilizza l’evaporazione dell’acqua per raffreddare le tute e i loro astronauti, piuttosto che il processo di sublimazione del ghiaccio, che viene utilizzato da tutti i modelli precedenti di tute. Questo sistema è molto più robusto degli attuali sublimatori utilizzati nell’xEMU.
La seconda nuova tecnologia si chiama “Rapid Amine” o RCA, che è un nuovo tipo di depuratore di anidride carbonica.
Questo sistema scarica continuamente CO2 fuori bordo, quindi non ci sarà mai un limite alla durata dell’EVA a causa di un accumulo eccessivo di CO2.
Le tute attuali hanno una quantità limitata di CO2 che possono assorbire, e questo è spesso il fattore limitante per quanto tempo si può rimanere fuori durante un EVA.

La questione della polvere lunare

C’è anche tutta quella polvere lunare, chiamata regolite, da considerare. Una grande preoccupazione durante i preparativi per l’Apollo era che gli astronauti sarebbero affondati attraverso la morbida regolite come sabbie mobili. Si è scoperto che non era così, ma la superficie polverosa rappresentava un pericolo sotto forma di particelle minuscole, taglienti e corrosive.
La nuova tuta sarà progettata per evitare che la polvere penetri all’interno della tuta e metta in disordine i sistemi di supporto vitale della tuta.

16 diversi strati per la tuta lunare

Le parti flessibili della tuta saranno composte da 16 diversi strati.
Gli strati svolgono diverse funzioni, dal trattenere l’ossigeno, all’interno della tuta spaziale, alla protezione dalla polvere spaziale.
Il più vicino alla pelle dell’astronauta, l’indumento rinfrescante, costituisce i primi tre strati. E’ realizzato con un materiale simile allo spandex (una fibra sintetica di poliuretano utilizzata per elasticizzare i tessuti) e oltre 300 piedi di tubi dell’acqua intrecciati.
Questi tubi erogheranno acqua refrigerata in tutto l’indumento, che verrà indossato su tutto il corpo ad eccezione di testa, mani e piedi.
Questo servirà per regolare la temperatura corporea e impedire agli astronauti di bruciare all’interno delle loro tute.
In cima a questo indumento c’è lo strato della vescica che viene riempito di gas per creare la giusta pressione per il corpo, e trattenere l’ossigeno per respirare.
Lo strato successivo mantiene lo strato della vescica nella forma corretta attorno al corpo dell’astronauta. Ed è fatto con la fodera ripstop, un tessuto spesso in nylon con una tecnica di rinforzo che lo rende resistente allo strappo. Durante la tessitura, i fili di rinforzo sono intrecciati a intervalli regolari in uno schema a campitura incrociata.
Gli strati successivi sono isolanti e agiscono come un thermos per aiutare a mantenere la temperatura all’interno della tuta.
Lo strato esterno bianco riflette il calore della luce solare ed è costituito da un tessuto che unisce tre tipi di fili.
Un filo fornisce resistenza all’acqua, un altro è il materiale utilizzato per realizzare giubbotti antiproiettile, e il terzo componente è resistente al fuoco.
Alcuni abiti sono semplici bianchi e alcuni hanno strisce, per aiutare a distinguere un astronauta da un altro.

Con la nuova tuta il movimento sarà più semplice

Durante le missioni Apollo, era notoriamente una lotta per gli astronauti muoversi, con le loro tute restrittive che rendevano difficile per loro svolgere compiti semplici, come piegarsi alle ginocchia o afferrare oggetti dalla superficie. Per muoversi, gli astronauti dell’Apollo hanno persino inventato un divertente salto, conseguenza della bassa gravità e della scarsa mobilità.
Quei giorni sono finiti, poiché xEMU promette una maggiore flessibilità e mobilità.
L’indumento di pressione xEMU sarà costituito da una parte superiore del busto, una parte inferiore del busto, un casco e un indumento rinfrescante.
La parte superiore del busto si collega a due gruppi di braccia, che insieme consentiranno una maggiore flessibilità, consentendo agli astronauti Artemis di raggiungere i loro corpi e spostare oggetti sopra le loro teste.
Cuscinetti speciali consentiranno loro di effettuare una rotazione completa del braccio dalla spalla al polso, il che rappresenterà un notevole miglioramento, rispetto alle articolazioni restrittive della spalla, delle tute Apollo.
Con la parte inferiore del busto, gli astronauti saranno in grado di piegarsi e ruotare sui fianchi, oltre a piegarsi sulle ginocchia.
Gli astronauti di Artemis saranno inoltre equipaggiati con scarponi da trekking e guanti speciali, dotati di riscaldatori per mantenere le loro dita calde, pur consentendo loro di afferrare gli oggetti.

Curiosità sulla tuta

L’xEMU è dotata anche di un pannolino, realizzato con una combinazione di tecnologie avanzate. Questo accessorio consentirà, qualora necessario, agli astronauti, di liberarsi, durante lunghe passeggiate lunari, che possono infatti anche durare molte ore.
È interessante notare che la nuova tuta xEMU è stata progettata per adattarsi a una varietà di forme e dimensioni del corpo.
La NASA ha imparato che è molto più difficile ridimensionare una tuta spaziale per le persone più piccole piuttosto che ingrandirla.
Per questo motivo il team ha progettato e testato intenzionalmente prima la taglia più piccola della tuta e poi quelle più grandi.
Di conseguenza, xEMU aprirà il mondo delle passeggiate spaziali a una popolazione di persone molto più diversificata.
Un’altra cosa interessante della tuta è come può essere adattata alle esigenze dei singoli astronauti.
Presso la struttura di antropometria e biomeccanica della NASA, al Johnson Space Center, gli astronauti saranno sottoposti a scansioni 3D di tutto il corpo, mentre simulano i movimenti anticipati della camminate lunare.
Con i modelli risultanti, gli ingegneri saranno in grado di modificare la tuta per fornire comfort e una più ampia gamma di movimenti, riducendo al minimo i potenziali punti di irritazione.

Il casco xEMU

Il casco xEMU è dotato di una visiera protettiva facilmente sostituibile, che si sovrappone alla bolla protettiva pressurizzata. Questa visiera può essere cambiata durante la missione se si graffia, si sporca o si danneggia.
Il casco è inoltre dotato di una visiera parasole protettiva, che, con il suo speciale rivestimento dorato, agirà come un paio di occhiali da sole, proteggendo gli astronauti dai forti raggi.
I microfoni ad attivazione vocale saranno incorporati all’interno del casco, niente più auricolari come quelli dell’equipaggio dell’Apollo. Ciò consentirà la comunicazione bidirezionale su richiesta.
Il casco ha anche un piccolo blocco di schiuma, che gli astronauti possono usare per grattarsi nel caso di pruriti al naso.
Il casco xEMU offrirà un ampio campo visivo, consentendo ai membri dell’equipaggio di vedere i propri piedi e guardare in alto, a sinistra, e a destra.

Tute di qualificazione

Un importante passo successivo nello sviluppo di xEMU sarà la costruzione di tute di qualificazione. Si aspetta di averle a metà del 2022, una volta che la NASA avrà finalizzato il progetto della missione. Il team di sviluppo sta costruendo una tuta per test di verifica del progetto (DVT), che è una sorta di tuta “migliore ipotesi” in termini di prodotto finale. Hansen spera di testare la DVT all’inizio del 2021.
Alla fine, la NASA vorrà testare la tuta spaziale sulla ISS, cosa che potrebbe accadere nel 2023.
“Le modifiche alla ISS necessarie per supportare xEMU dovrebbero essere completate nel 2022“, ha spiegato Hansen. “Una volta che avremo consegnato la tuta, lavoreremo con il programma ISS per trovare il veicolo giusto per consegnare la tuta alla ISS, che dipenderà dal traffico di veicoli molto dinamico verso la ISS in quel momento“.

Prossima missione Marte

Una filosofia guida su cui si basa il programma Artemis è che il programma servirà come trampolino di lancio per una missione con equipaggio su Marte, e xEMU è stata progettata tenendo presente anche questo.
La tuta ha molti elementi che consentiranno di passeggiare sulla superficie torturata del Pianeta Rosso.
Hansen ha affermato che, oltre ad essere la tuta planetaria più mobile mai costruita, xEMU sarà anche la più autonoma.
“Questo sarà particolarmente importante quanto più ci allontaneremo dalla Terra“, ha detto. “Saranno necessarie ancora nuove tecnologie ma questa tuta è un enorme balzo in avanti per la futura generazione di tute di cui avremo bisogno per Marte“.