Progetto spazio villaggio con ambineti multisensoriali . il decollo è previsto per 2022-2023

Cinque decenni dopo che gli umani hanno messo piede per la prima volta sulla Luna, è in corso un'iniziativa per tornare, e questa volta, su base permanente. Il concetto di "Villaggio della luna", proposto per la prima volta dall'Agenzia spaziale europea (ESA), si basa sulla cooperazione globale tra più nazioni e partner industriali. Insieme all'ESA e alla facoltà del Massachusetts Institute of Technology (MIT), SOM sta implementando nuovi metodi per la pianificazione, la progettazione e l'ingegneria dell'insediamento.

Il piano generale prevede un spazio villaggio lunare situato sul bordo del cratere Shackleton nella regione del polo sud, sui "picchi di luce eterna" che ricevono luce diurna quasi continua durante tutto l'anno lunare. Questa posizione strategica supporta l'obiettivo di un insediamento autosufficiente. La luce solare può essere sfruttata per produrre energia, mentre le risorse in situ possono essere utilizzate per generare materiali di consumo e altri elementi di sostegno alla vita. Il materiale  congelato e l'acqua immagazzinati nei crateri permanentemente in ombra vicino al Polo Sud verrebbero estratti per creare aria respirabile e propellente per razzi per i trasporti e le attività industriali. L'insediamento sarebbe raggruppato e ampliato lungo siti strategici, ricchi di risorse e di interesse scientifico.

Il Moon space  Village si basa su configurazioni modulari di strutture abitabili, integrate con numerosi sistemi tra cui capacità di attracco, controllo ambientale e sistemi di supporto vitale (ECLSS), attrezzature sanitarie, schermatura contro le radiazioni e altre caratteristiche critiche. Una singola unità offre una volumetria netta abitabile fino a 390 metri cubi (13.773 piedi cubi) e una superficie utile netta fino a 104 metri cubi (1.120 piedi cubi) distribuiti su più livelli. La struttura primaria è proiettata sul perimetro, massimizzando le funzioni degli spazi centralizzati e aumentando il volume libero. I moduli sono progettati per essere interconnessi, consentendo una mobilità senza interruzioni in tutto l'insediamento.L'innovativo design strutturale dei moduli è un sistema ibrido rigido-morbido, composto da due elementi chiave: un telaio perimetrale composito rigido e un guscio strutturale gonfiabile che integra un assemblaggio multistrato con un sistema di protezione ambientale. A differenza di altri design gonfiabili che centrano sistemi strutturali e meccanici, questa soluzione consente disposizioni interne più flessibili per ottimizzare le condizioni ambientali, la distribuzione e il riciclaggio dell'aria, la visibilità, la flessibilità della postazione di lavoro e il movimento tra gli spazi.

Il progetto spazio Village coglie l'opportunità di esplorare nuove tecnologie per l'architettura extraterrestre in condizioni ambientali estreme. Più in generale, questo sforzo multi-partner dimostra il vantaggio della collaborazione interdisciplinare per promuovere obiettivi di esplorazione spaziale internazionale sostenibile con nuovi modelli di propulzione non Newtoniani.

Lavora e vivi su Marte: all’interno di una nuova base sviluppata per missioni future

Gli umani sognano di abitare su altri pianeti. Ma andare su Marte è ancora una grande sfida. Olivera Zivkovic di DW ha visitato un habitat di Marte, una base che potrebbe consentire di vivere e lavorare sulla Luna o su Marte.

Come sarà la vita umana sulla Luna o su Marte?

Una risposta può essere trovata presso il Center for Applied Space Technology and Microgravity (ZARM) di Brema.

È situato alla periferia della città della Germania settentrionale in un edificio poco appariscente, proprio accanto alla famosa  torre di caduta, un edificio progettato per condurre esperimenti di microgravità. All’interno del centro di ricerca, c’è una grande sala polivalente, dove è stato costruito il primo modulo prototipo della futura base, chiamato  Moon and Mars Analog (MaMBA) . 

Birgit Kinkeldey di ZARM ci mostra il primo prototipo di modulo Luna e Marte e spiega come funzionerebbe. 

Birgit Kinkeldey di ZARM

L’oggetto a forma di cilindro, alto sei metri (20 piedi) e cinque metri di diametro, è costruito in legno e dipinto di un grigio metallizzato. Legno su Marte? Ovviamente no! Kenkeldey sottolinea che il prototipo non è stato realizzato con gli stessi materiali che verranno utilizzati in condizioni di costruzione reali sulla Luna o su Marte. Il modello è realizzato in legno per risparmiare materiali di pregio. 

Concentrarsi sulla funzione

In tutto il mondo, negli ultimi anni sono già stati costruiti dozzine di altri habitat, ma la loro funzione principale era quella di studiare l’effetto psicologico della vita degli astronauti in uno spazio ristretto. Nel frattempo, non esiste ancora alcun habitat che possa effettivamente sostenere la vita nello spazio.

Problemi come la produzione di cibo, il riciclaggio di acqua e aria a sufficienza e la produzione di energia devono ancora essere risolti.

Il prototipo di base di nuova costruzione, tuttavia, è simile a quello che potrebbe essere utilizzato, un giorno, per una missione spaziale così ambiziosa.

Il cervello dietro il progetto MaMBA è una geofisica di nome  Christiane Heinicke,  che in precedenza ha vissuto per un anno, isolata, su un habitat di Marte chiamato  HI-SEAS sul vulcano Mauna Loa alle Hawaii. Lì, le fu permesso di lasciare la base solo con una tuta da astronauta.

Durante il suo soggiorno, ha compreso i difetti degli habitat attuali e ciò che deve essere ulteriormente studiato. Heinicke ha deciso di fare un ulteriore passo avanti nella ricerca e, nel 2017, è entrata a far parte di ZARM e ha iniziato a costruire il primo modulo prototipo. Secondo Kinkeldey, è progettato per sostenere effettivamente la vita su un altro corpo planetario o lunare.

Ciascuno degli habitat costruiti prima del MaMBA è stato creato come parte di un complesso edilizio comune. Uno dei maggiori difetti di tali progetti, tuttavia, è la protezione antincendio: è molto difficile per gli astronauti fuggire in caso di emergenza antincendio. Su una stazione spaziale, o all’interno di un habitat, devono essere in grado di sigillare e isolare qualsiasi area colpita da un incendio. Per questo motivo, MaMBA, proprio come la Stazione Spaziale Internazionale (ISS), sarà costruito da sei moduli separati, ma interconnessi, ognuno dei quali fornirà due possibili fughe a uno vicino.

1. Laboratorio — 2. Laboratorio — 3. Serra/palestra — 4. Tempo libero — 5. Cucina — 6. Camera da letto — 7. Camere di equilibrio

Gli habitat precedenti avevano anche altri difetti: la geometria non era resistente alla pressione. Né l’acqua e l’aria venivano riciclate in circuiti chiusi, ma venivano invece fornite dall’esterno, come in un normale edificio. Inoltre, gli edifici non includevano scudi contro le radiazioni o persino concetti di come tali scudi avrebbero influenzato l’edificio in un ambiente lunare o marziano. Inoltre, i laboratori negli habitat erano in genere poco funzionali e non vicini a quelli che usano e utilizzeranno i veri astronauti.

MaMBA, al contrario, è diverso ed è probabilmente il progetto di simulazione più ambizioso volto a sviluppare un concetto funzionante che possa risolvere questi problemi cruciali.

Dalle sette, uno

Il primo prototipo del modulo è stato costruito come un laboratorio di simulazione, che gli astronauti possono utilizzare per simulare la ricerca scientifica sulla Luna e su Marte. Fin dall’inizio della sua costruzione, il laboratorio è stato progettato per supportare vari tipi di progetti di ricerca.

Kinkeldey ha detto a DW che MaMBA sarebbe un habitat progettato per servire geofisici, astrogeologi, astrobiologi, medici e tutti gli altri scienziati interessati a condurre ricerche extraterrestri.

Il laboratorio ha circa 15 metri quadrati di spazio (160 piedi quadrati), e di questi, circa otto dovrebbero essere disponibili per lavorare e muoversi. Nelle prossime fasi del progetto, dovrebbero essere costruiti altri cinque moduli, creando un intero habitat funzionante. 

Il primo laboratorio funzionante costruito per simulare la ricerca su Marte servirà da modello per altri habitat

Ogni modulo ha uno scopo speciale: oltre al laboratorio, ci sarà un modulo per i laboratori, uno che funge da serra e palestra, una cucina, una stanza per il tempo libero, una camera da letto e camere d’equilibrio. Anche i sistemi di comunicazione e gestione dei rifiuti esistenti, come quelli utilizzati sull’ISS, saranno integrati nell’habitat del MaMBA.

I tre moduli dedicati al lavoro avranno due storie per aiutare gli scienziati a combattere la sensazione di isolamento e confinamento; i moduli per il tempo libero, nel frattempo, avranno solo una storia. 

Protezione contro le radiazioni 

Un altro aspetto significativo del design di MaMBA è che supporta, per la prima volta, un possibile scudo per proteggere l’habitat dalle tempeste di polvere che potrebbero mettere in pericolo i sistemi di supporto vitale, nonché le radiazioni cosmiche altamente pericolose.

Kinkeldey ha spiegato che, in una vera stazione lunare o su Marte, lo scudo sarebbe stato fatto di regolite,  cioè le pietre e altri minerali trovati su Marte. È impossibile, tuttavia, testare l’effettiva costruzione di un tale scudo sulla Terra. 

In realtà costruire MaMBA sulla Luna o su Marte è qualcosa che non accadrà presto. Per ora, MaMBA servirà agli scienziati per esplorare le possibilità di lavorare all’interno del laboratorio di mock-up, per verificare se questo tipo di design è adatto alle condizioni di lavoro. Successivamente, verranno affrontate le sfide ingegneristiche.

Anche l’habitat MaMBA dovrebbe essere utilizzato per primo in una simulazione lunare, poiché viaggiare sulla Luna è il primo passo più fattibile. Se l’habitat si rivela adatto alla Luna, c’è una maggiore possibilità che funzioni su Marte. Dopotutto, il Pianeta Rosso ha condizioni più favorevoli: meno radiazioni cosmiche, pressione atmosferica più elevata, regolite più simile alle particelle sulla Terra e cicli notturni e diurni simili.

Prime simulazioni di successo 

Finora gli scienziati hanno condotto le prime due settimane di simulazioni con due squadre. Durante quel periodo, i loro movimenti e interazioni sono stati monitorati tramite telecamere. Il loro polso è stato anche registrato con i braccialetti.

La simulazione di prova si è concentrata sugli scienziati che esploravano idee e conducevano ricerche mentre dovevano considerare l’ambiente di lavoro dell’altro. I dati raccolti consentono ai ricercatori di analizzare dove i partecipanti hanno trascorso la maggior parte del loro tempo, cosa stavano facendo e come hanno interagito tra loro.

La ricerca sul suolo è fondamentale per prepararsi a missioni a lungo termine sulla Luna e su Marte

I partecipanti hanno anche rilasciato interviste per fornire approfondimenti su ciò che deve essere cambiato e migliorato e su come si sono sentiti i partecipanti durante il loro orario di lavoro. 

Un vero habitat di Marte dovrà essere completamente autosufficiente prima che gli esseri umani possano essere inviati lì per lunghe missioni spaziali, il che significa che dovrebbe anche essere costruito prima dai robot. Dovrebbe quindi essere dimostrato di essere funzionale prima dell’arrivo degli umani.

Ciò significa che deve esserci una soluzione per un problema centrale nei viaggi spaziali: la produzione di cibo, ossigeno, carburante ed energia.

Possibili insediamenti umani

Regioni polari

Il polo nord di Marte.

Si è a lungo ritenuto che le regioni polari di Marte (compreso il bacino di Hellas, al polo sud) potessero costituire un luogo privilegiato per un primo insediamento umano su Marte^[23], vista la possibilità di mantenere il contatto diretto con la Terra per lunghi periodi e data la concentrazione di acqua nelle calotte polari. Osservazioni condotte da Mars Odyssey e da altre sonde spaziali sul finire del XX secolo hanno portato ad identificare la presenza di acqua anche a latitudini più basse; è così venuto meno il motivo principale per orientare un primo atterraggio umano verso i poli.

Regioni tropicali ed equatoriali

L’esplorazione della superficie di Marte ha ricevuto un grande impulso dai due Mars Exploration Rover, Spirit ed Opportunity, che hanno incontrato una grande varietà di caratteristiche e tipologie di terreno; questo suggerisce che il suolo marziano sia estremamente variegato, e possibili luoghi di insediamento per una prima colonia umana potrebbero essere individuati solo in seguito a misurazioni più precise e dettagliate. In generale, come avviene sulla Terra, una maggiore distanza dall’equatore implica comunque una maggiore variabilità stagionale.

Valles Marineris

La regione di Valles Marineris.

La regione di Valles Marineris si estende per oltre 3000 km, con una profondità media pari ad 8 km rispetto alla superficie circostante. La pressione atmosferica a fondo valle è pertanto superiore rispetto a quella ordinaria di un fattore pari a circa il 25% (9 hPa contro 7 hPa). Inoltre le pareti dei canyon corrono lungo una direttrice est-ovest, che permette di evitare eccessive interferenze delle ombre proiettate dalle pareti con la necessità di ricevere energia tramite eventuali pannelli solari collocati sul fondo. Inoltre, le pareti dei canyon possono rivelarsi estremamente interessanti da un punto di vista geologico. Le valles sono state soggetto di uno studio approfondito da parte della Nasa per quanto riguarda le risorse in-situ e le opportunità scientifiche^[24].

Tunnel di lava

Un tunnel di lava su Marte ha mediamente dimensioni più grandi di quelli terrestri. L’immagine scattata dal satellite HiRISE evidenzia la parete laterale est di un tunnel presso l’Arsia Mons dalla profondità di almeno 178 metri.

Indipendentemente dalla zona dove potrebbe essere locata la prima base marziana, i tunnel di lava offrono una protezione parziale naturale dalle radiazioni cosmiche e solari e dalla caduta di meteoriti^[25].

Sostenibilità

Visto il tempo di viaggio necessario dalla Terra, un insediamento coloniale dovrebbe essere quasi autosufficiente per un periodo prolungato, soprattutto per le esigenze primarie come aria, acqua, energia e cibo; la colonia a lungo termine dovrebbe essere in grado di replicare le attività industriali sulla Terra^[26].

Beni per il sostentamento umano

La maggior parte delle risorse di consumo devono essere prodotte e riciclate.

Aria

L’atmosfera terrestre è composta principalmente di azoto, e solo per il 21% di ossigeno. Per creare un ambiente con aria respirabile per i coloni è possibile estrarre l’ossigeno dall’atmosfera marziana e il processo è già stato testato con successo dalla NASA in un ambiente marziano simulato e verrà testato sulla superficie di Marte con l’esperimento MOXIE della missione Mars 2020^[27]. L’aria non può contenere troppo ossigeno, perché comprometterebbe la salute umana a causa della tossicità dell’ossigeno e va diluita con altri gas, come ad esempio argon o azoto presenti entrambi per circa l’1,9% nell’atmosfera marziana.

Acqua

L’utilizzo di acqua in situ è fondamentale per lo sviluppo di una colonia, essendo un composto base per diverse attività primarie sia dirette, come l’equilibrio idro-salino, sia indirette, come la produzione di cibo e carburante. L’acqua si trova sotto forma di ghiaccio poco sotto la superficie e può essere estratta perforando la superficie di pochi metri^[28], ma è in forma non pura, contenendo, tra le altre cose, perclorati nocivi^[29] e deve essere purificata.

Cibo

La produzione di cibo per una dieta esclusivamente vegetariana è possibile in situ seppur con qualche difficoltà. Il suolo marziano possiede tutti i nutrienti di cui hanno bisogno le piante per crescere^[30], ma non nelle giuste dosi e sarà necessario un processo di fertilizzazione.

Energia

La produzione di energia non può contare solamente sull’apporto dei pannelli solari, ma deve essere supportata da un reattore nucleare in grado di produrre energia durante la notte e soprattutto durante le lunghe tempeste di sabbia che avvolgono il pianeta e oscurano il sole per diversi mesi. L’infrastruttura per la produzione di energia nucleare può essere realizzata in modo molto contenuto rispetto alle centrali nucleari terrestri per essere trasportata dalla Terra: la Nasa ha sviluppato nel 2015 il prototipo Kilopower per questo scopo, che in meno di 250 chili di macchinario e carburante (uranio U235) riesce a produrre 10KW per 10 anni^[31].

Protezione dalle radiazioni

Comparazione delle radiazioni assorbite dall’uomo in diversi ambienti in scala logaritmica. Una tipica missione su Marte porterebbe ad un’esposizione migliaia di volte maggiore di quella sulla Terra.

A causa della mancanza di un campo magnetico forte come quello della Terra e di un’atmosfera spessa, l’uomo sulla superficie di Marte deve proteggersi sia dai raggi cosmici che dal vento solare^[32]. Uno spesso strato di roccia o polvere marziana può costituire un sufficiente scudo alle radiazioni; la polvere potrebbe essere impastata con acqua e cotta per costruire mattoni come per i primi insediamenti terrestri e muri e soffitti di uno spessore di due metri, possibile data la bassa gravità marziana, coprirebbe una buona dose di radiazioni per permettere un insediamento umano stabile^[33]. Non è del tutto noto come possa reagire il corpo umano all’esposizione di radiazioni, l’ormesi potrebbe limitare gli effetti negativi^[34].

Beni industriali

Oltre ai beni di prima necessità, la colonia deve essere in grado di realizzare prodotti industriali, per la costruzione e la riparazione di oggetti.

Carburante

La produzione di metano e ossigeno per il carburante per il viaggio di ritorno è possibile grazie all’anidride carbonica dell’atmosfera e all’acqua in situ. Dapprima grazie all’elettrolisi si dissocia l’acqua in idrogeno e ossigeno^[35]; successivamente si raffredda e immagazzina l’ossigeno prodotto e si usa l’idrogeno e l’anidride carbonica per la produzione di metano e acqua con la reazione di Sabatier, che avviene spontaneamente in presenza di un catalizzatore come il nichel o il rutenio^[36].

Plastica

Similmente alla produzione di metano, la reazione tra idrogeno e anidride carbonica con diversi rapporti produce diversi idrocarburi: un rapporto di 3:1 tra idrogeno molecolare e anidride carbonica produce etilene, che è la base per la produzione delle materie plastiche^[37]. La plastica è un materiale molto versatile per la produzione di oggetti di uso comune.

Metallurgia

L’abbondanza di metalli sulla superficie di Marte è maggiore di quella della Terra. I metalli si trovano solitamente in forma di ossidi, facilmente separabili come fatto per migliaia di anni sulla Terra^[38].

aggiornamenti sulla materia oscura del 5-5-2022

L’universo potrebbe smettere di espandersi in tempi rapidi. Lo studio

 18:02 3 Maggio 2022

Potrebbero bastare 100 milioni di anni all’universo per rimpicciolirsi, suggerisce una nuova ricerca.

Nonostante l’energia oscura rappresenti circa il 70% della massa-energia dello spazio, le sue caratteristiche sono ancora un mistero. Secondo la teoria di Einstein si tratterebbe di una costante cosmologica, ovvero una forma immutabile di energia ed intrecciata nel tessuto dello spazio-tempo. Se è così, e la forza esercitata dall’energia oscura non può mai mutare, allora l’universo dovrebbe continuare ad espandersi (e accelerare) continuamente. Tuttavia, una teoria suggerisce che l’energia oscura non ha bisogno di essere costante per adattarsi alle osservazioni dell’espansione cosmica passata. Piuttosto, l’energia oscura potrebbe una ”quintessenza”: un campo dinamico che cambia nel tempo. A differenza della costante cosmologica, la quintessenza può essere repellente o attraente, a seconda del rapporto tra la sua energia cinetica e potenziale in un preciso momento. Negli ultimi 14 miliardi di anni, la quintessenza è stata repellente. Per la maggior parte del periodo, tuttavia, ha contribuito in modo insignificante rispetto alle radiazioni e alla materia all’espansione dell’universo fino a quando, circa cinque miliardi di anni, la quintessenza divenne la componente dominante e il suo effetto di repulsione gravitazionale fece accelerare l’espansione dell’universo. “La domanda che stiamo sollevando in questo studio è: ‘Questa accelerazione deve durare per sempre?‘, ha spiegato Steinhardt. “E in caso negativo, quali sono le alternative, e in quanto tempo potrebbero cambiare le cose?” Nel loro studio, Steinhardt e i suoi colleghi, Anna Ijjas della New York University e Cosmin Andrei di Princeton, hanno previsto come le proprietà della quintessenza potrebbero cambiare nei prossimi miliardi di anni. “La sua forza può indebolirsi. E se lo fa in un certo modo, alla fine la proprietà di asssenza di peso molta .. assenza di peso dell’energia oscura scompare e ritorna a qualcosa che è più simile alla materia ordinaria“.

Secondo il modello realizzato dal team di ricercatori, la forza repellente dell’energia oscura potrebbe trovarsi nel mezzo di un rapido declino iniziato potenzialmente miliardi di anni fa. In questo scenario, l’espansione accelerata dell’universo sta già rallentando oggi. Presto, forse entro circa 65 milioni di anni, l’accelerazione potrebbe fermarsi del tutto, quindi, entro soli 100 milioni di anni da oggi, l’energia oscura potrebbe diventare ”attraente”, provocando la contrazione dell’intero universo. In altre parole, dopo quasi 14 miliardi di anni di crescita, lo spazio potrebbe iniziare a ridursi. “si tratterebbe di un tipo molto speciale di contrazione che chiamiamo contrazione lenta“, ha detto Steinhardt. “Invece di espandersi, lo spazio si contrae molto, molto lentamente“. Inizialmente, la contrazione dell’universo sarebbe così lenta che qualsiasi ipotetico essere umano ancora vivo sulla Terra non noterebbe nemmeno un cambiamento, ha detto Steinhardt. Secondo il modello del team, ci vorrebbero alcuni miliardi di anni di lenta contrazione prima che l’universo raggiunga circa la metà delle dimensioni di oggi. Da lì, potrebbero verificarsi due scenari, ha detto Steinhardt. O l’universo si contrae fino a collassare su se stesso in un grande “crunch”, ponendo fine allo spazio-tempo come lo conosciamo. Un altro scenario vede l’universo contrarsi quel tanto che basta per tornare a uno stato simile alle sue condizioni originali, fino a produrre un altro altro Big Bang – oppure si verifica un grande “rimbalzo”, creando un nuovo universo dalle ceneri di quello vecchio. In questo secondo scenario, l’universo segue uno schema ciclico di espansione e contrazione. Se questo è vero, allora il nostro universo attuale potrebbe non essere il primo o l’unico universo, ma solo l’ultimo di una serie infinita di universi che si sono espansi e contratti prima del nostro. E tutto dipende dalla natura mutevole dell’energia oscura. Quanto è plausibile tutto ciò? Per Hinshaw l’interpretazione della quintessenza rappresenta una “supposizione perfettamente ragionevole per ciò che è l’energia oscura”. Poiché tutte le nostre osservazioni sull’espansione cosmica provengono da oggetti distanti da milioni a miliardi di anni luce dalla Terra, i dati attuali possono solo informare gli scienziati sul passato dell’universo, non sul suo presente o futuro. Quindi, l’universo potrebbe benissimo precipitare verso una crisi, e non avremmo modo di saperlo. Sfortunatamente, non esiste un buon modo per verificare se la quintessenza sia reale o se l’espansione cosmica abbia iniziato a rallentare, ha ammesso Steinhardt. Per ora, si tratta solo di adattare la teoria alle osservazioni passate. Se un futuro di crescita infinita o un rapido decadimento attende il nostro universo, solo il tempo lo dirà.