Guerra Fredda nello spazio 2.0: la crisi Ucraina colpisce anche la ISS?

Nel 1975, in piena guerra fredda, una navicella statunitense ed una sovietica si agganciarono per la prima volta  nello spazio. A parte  i segnali politici e di distensione tra le due superpotenze, l'idea del progezzo Apollo-Soyuz era di mettere a punto un sistema di attracco che permettesse di salvare astronauti in difficoltà in orbita terrestre.  Dovettero poi passare  20 anni prima del successivo attracco internazionale: STS-71 permise l'aggancio dello Space Shuttle alla gloriosa stazione spaziale Russa Mir.

L'Atlantis attraccato alla Mir (STS-71)

Il programma Shuttle-Mir mise a punto molte delle tecnologie per la stazione spaziale internazionale (ISS), costruita con parti provenienti dalla Russia, Stati Uniti, Europa e Giappone.

La collaborazione internazionale ha permesso sino ad ora di mantenere la ISS in orbita, l'unico avamposto umano nello spazio, anche se a 'soli' 350  km di altezza. Va comunque ricordato che la ISS è grande solo quattro volte lo Skylab, realizzato con il terzo stadio del Saturno V, e che due di questi razzi che mandarono l'uomo sulla Luna furono lasciati in un museo 'per risparmiare'.

Sino ad ora le attività spaziali erano rimaste intoccate  dalla crescente crisi Ucraina, ma è di questi giorni la notizia che il vice primo ministro russo Dmitry Rogozin, ( forumastronautico ha un ottimo commento al riguardo) ha espresso dubbi che la Russia voglia proseguire la collaborazione oltre il 2020. Questa era  la  data 'di scadenza' della ISS; i suoi sistemi possono funzionare però almeno sino al 2028 e di recente gli Usa hanno proposto di estendere le operazioni almeno sino al 2024.

Un motore russo NK-33

Con il pensionamento dello Shuttle   gli Stati Uniti devono pagare i russi circa 60M$ per ogni astronauta che raggiunge la ISS con le vecchie ma estremamente affidabili navicelle Soyuz. (Lo Space  Shuttle  era una  navicella bella a vedersi ma mal concepita sin dal principio, dato che non ha senso ed è molto rischioso  lanciare cargo ed equipaggio con lo stesso vettore).

Se è improbabile che la collaborazione nel programma con astronauti abbia termine  nei prossimi anni,  più realistica è la proibizione di impedire l'uso dei motori russi RD-180 per il lancio di satelliti militari statunitensi. Nel corso del programma lunare  sovietico furono sviluppati gli NK-33 motori estremamente efficienti a circolo chiuso, in cui i gas di scarico delle turbine del combustibile non sono espulsi separatamente, ma vengono iniettati nella camera di combustione, con aumento delle performance fino al 25% rispetto a motori convenzionali.

Un motore russo RD-180

Evoluzione del concetto degli NK-33 furono gli RD-170, usati nello Shuttle russo Buran ed il suo immenso vettore Energia (in una delle configurazioni previste avrebbe potuto mandare 100 tonnellate su Marte, ora arriviamo al massimo a 30 attorno alla Terra).  Gli RD-180 furono adattati dai russi ai vettori Atlas degli americani.

Nelle crescenti sanzioni economiche e di importazione (almeno sulla carta), la proibizione di usare motori per scopo militare non sembra fuori luogo. In previsione di eventi simili comunque gli Stati Uniti hanno uno stock di motori che garantisce almeno due anni di operazioni. Dopo si dovrà costruirel'RD-180 in Usa o - più probabilmente - ricorrere ai sempre meno costosi e più affidabili vettori sviluppati da Space-X ed altre industrie private. 

E' quindi auspicabile che la collaborazione nello spazio prosegua indipendentemente dalle vicende politiche terrestri: come lo Skylab e la corsa alla Luna hanno tristemente dimostrato, una volta persa una tecnologia o una capacità di lancio è poi molto difficile ed estremamente costoso recuperare le 'conoscenze degli antichi', anche se queste conoscenze risalgono a solo pochi decenni fa. 

ps  lasciate perdere Gravity, bello senz'anima (oltre a violare ogni leggi della fisica scoperta da Aristotele ad oggi): un film realistico sugli incidenti nello spazio è  Marooned - Abbandonati nello spazio  (1969, G. Peck, G. Hackman). 

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Astronavi di una realtà abbandonata: (1) dal Saturno V al Buran

L'ultimo  Saturno 5 prima del lancio
dell'Apollo XVII, 1972

Per quanto affascinante, l'esplorazione spaziale umana degli ultimi decenni  ha visto notevoli passi indietro rispetto alle conquiste dei tempi della corsa alla Luna. Il Saturno V (in grado di portare 100 tonnellate in orbita lunare e 149 in orbita intorrno alla Terra) fu abbandonato all'inizio degli anni '70 in favore dello Space  Shuttle: più costoso, con minore capacità di carico  (25 tonnellate intorno alla Terra) ed  errato nella sua concezione di voler lanciare cargo ed astronauti allo stesso tempo. Il Buran, controparte russa dello Shuttle, fu costruito sulla base di false informazioni del KGB, che aveva dichiarato che lo shuttle usa sarebbe servito per lanciare armi nucleari dallo spazio.  Il Buran fece un solo volo automatico nel 1989, lanciato dal razzo Energia, che sulla carta -  nella configurazione con 8 booster laterali - avrebbe potuto portare 100 tonnellate su Marte. Il vettore russo era perfetto ma troppo potente e costoso per trovare un'attività commericale e fu abbandonato in favore dei più piccoli e maneggevoli Proton ed Soyuz. 

Il vettore Energia prima del  lancio
dello shuttle russo Buran  dal
cosmodromo di Baikonur, 1988

Al momento solo la Cina e la Russia sono in grado di portare l'uomo nello spazio: europa e Giappone hanno dei solo razzi per il cargo (ATV ed HTV)  e gli Stati Uniti - dopo il ritiro dello Shuttle - stanno sviluppando una capsula Orione, con un vettore, lo Space Launch System,  che riutilizza tecnologie dello Shuttle per ridurre gli enormi costi. In parallelo la compagnia privata  Space X sta realizzando il sistema Dragon sotto contratto USA per portare il cargo sulla Stazione Spaziale. Un primo volo del  Dragon, lanciato dal razzo Falcon 9 (10 tonnellate in orbita), sempre sviluppato dalla Space X, ha avuto luogo nel dicembre 2010. Nei progetti della Space X il Dragon potrà essere adattato per portare un equipaggio in orbita e successivamente sulla Luna e su Marte. 

Arrivederci allo Space Shuttle

L'ultima missione dello Shuttle, STS-135 è atterrata il 21 luglio 2011.
Non è stato possibile vedere lo Shuttle al rientro dallo spazio in quest'utlima missione: questa sotto è la foto scattata al termine della missione precedente, la STS-134. Lo shuttle si è già sganciato dalla stazione spaziale e la precede in un'orbita più bassa (la velocità orbitale è minore ad altezze maggiori). Questo è probabilmente l'ultimo passaggio visibile dall'Italia.

L'era dello Shuttle è giunta al termine. Putroppo la gloriosa navicella è stata progettata male (non ha alcun senso lanciare le persone assieme al cargo) e gestita peggio (i due incidenti che hanno causato la morte di 14 astronauti sono da attribuirsi a cattivo management).
Nonostante tutto è riuscita a completare il suo lavoro: la stazione spaziale è finalmente completa.
Non dimentichiamo che con quattro  lanci del Saturno V (i cui gli ultimi due esemplari sono finiti in un museo) si sarebbe potuto avere lo stesso volume abitabile (lo Skylab era già in orbita) della stazione spaziale ad un costo estremamente minore e più di trent'anni fa.

I detriti spaziali (seconda parte)

Il rischio maggiore per il volo spaziale viene però dalla enorme moltitudine dei piccoli detriti in orbita intorno alla terra: vi sono 11000 oggetti più grandi di 10 cm, centomila di dimensioni comprese tra 1 e 10 cm e milioni più piccoli di un centimetro.  La maggior parte di essi è posta in orbita bassa (300-600 km) ed in orbita geostazionaria (36.000 km), ove si trovano i satelliti televisivi e per telecomunicazione. Vi sono poi ben  70.000 oggetti di circa 2 cm in una fascia compresa tra 650 e 1000 km: questi sono probabilmente dovuti   a gocce congelate (ma non per questo meno pericolose) di  liquido di raffreddamento  dei reattori nucleari posti su vecchi satelliti russi RORSAT.

Dato il rischio legato  all’impatto di oggetti nello spazio con satelliti o la stazione spaziale, sia gli Stati Uniti che la Russia controllano  continuamente  oggetti grandi solo alcuni millimetri. Tuttavia è possibile tracciare e prevedere la traiettoria solo di quelli più grandi di 10 cm: in caso vi sia una  probabilità di impatto elevata la prassi è di modificare l’orbita della stazione per portarla in una zona di sicurezza. Anche l’assetto dello Shuttle in volo è volto a minimizzare il danno da un potenziale impatto di detriti: la navetta vola infatti con la chiglia verso l’alto e con la poppa “in avanti”, in maniera da esporre maggiormente le parti più schermate e pesanti.  In ogni caso impatti con  piccoli frammenti   si verificano continuamente: sono loro una delle cause del degrado dei pannelli solari , che vengono lentamente ma inesorabilmente danneggiati da corpuscoli poco più grandi di un granello di polvere. In passato si è anche verificato un impatto con uno dei finestrini dello Shuttle per fortuna senza gravi conseguenze visto che l’oggetto era abbastanza piccolo da essere fermato dal robusto vetro dell’oblò. Drammaticamente più devastante  è   stato l’impatto con la  una parte del rivestimento del serbatoio esterno dello Space Shuttle Columbia nella missione STS-107 del 2003.  Le vibrazioni del lancio fecero infatti staccare un segmento di gommapiuma facendogli urtare a più di 500 km/h la parte frontale dell’ala sinistra.   Le ali sono costituite di una fibra rinforzata di carbonio, particolarmente leggera ed in grado di sopportare le enormi temperature del rientro nell’atmosfera. Queste strutture sono tuttavia molto fragili in quanto non disegnate per sopportare grossi impatti meccanici come quello avvenuto al lancio. 

Anche se i tecnici osservarono l’impatto sull’ala ed il sistema di radar che traccia lo Shuttle nel corso della sua missione osservò il distacco di un frammento – che rientrò dopo due giorni nell’atmosfera - dalla navetta, la direzione del programma decise di non investigare la presenza di eventuali danni all’ala con telescopi da terra. Al momento del rientro il gas ionizzato provocato dall’attrito dello Shuttle con l’atmosfera fece fondere il supporto in alluminio causando la rottura dell’ala e la successiva distruzione della navetta, causando la perdita di tutto l’equipaggio. Il  Columbia si spezzò prima in tre grosse sezioni, la cabina frontale, la sezione centrale e quella di coda con i motori e poi si frammentò in una miriade di frammenti che si sparsero in una vasta area, seguendo la rotta di rientro.  I detriti furono poi recuperati in gran parte ed analizzati per risalire alle cause dell’incidente. Anche i risultati  degli esperimenti effettuati nelle   2 settimane di missione non andarono perduti e fecero sì che il sacrificio dell’equipaggio non fosse in vano.  Gli esperti concordano nell’affermare che il  problema dei detriti nello spazio è   attualmente sotto   controllo. Tuttavia il futuro non è così roseo: all’aumento del numero di frammenti c’è il rischio che si inneschi la sindrome di Kessler. Questo scienziato ha infatti ipotizzato uno scenario   in cui   in  una singola collisione  si produce      un gran numero di detriti  che   a loro volta colpiscono  altri oggetti generando una reazione a catena che riempie lo spazio di rottami, rendendo future missioni spaziali molto rischiose  o addirittura impossibili.

I detriti spaziali (prima parte)

Il problema dei detriti spaziali è stato di vitale importanza sin dalle prime fasi dell’esplorazione dello spazio. Date le velocità – parecchi chilometri al secondo – in gioco, un impatto con una semplice vite potrebbe rivelarsi fatale per una navicella o per un astronauta al lavoro nello spazio. 
            La maggior parte dei detriti  fortunatamente ritorna sulla terra: a seconda dell’altezza e delle dimensioni questi possono bruciare completamente per attrito con l’atmosfera o tornare in pezzi sulla terra.  Di solito i primi stadi dei razzi cadono  nel mare o sulla terra  a seconda della base da cui vengono lanciati.  I razzi dello Shuttle ammarano nell’oceano Atlantico (ed i razzi laterali a combustibile solito, dopo un ammaraggio morbido grazie ai paracadute, vengono recuperati per essere riutilizzati), mentre i vettori  lanciati dalla base russa di Plesetsk, cadono nel mare di Barents.  I lanci  della Soyuz che portano l’equipaggio e le provviste sulla Stazione Spaziale Internazionale, vengono   effettuati dalla base di Baikonur, sita nel territorio del Kazakistan: in questo caso i razzi vengono lasciati cadere nel deserto a nord-est, dopo essersi assicurati che non vi siano persone che possano essere colpite. Talvolta però frammenti dei razzi possono anche cadere in prossimità di aree abitate, anche se sino ad ora non si sono registrati danni a persone.

            Un detrito che si trovi in orbita bassa, sino a 200 km di altezza rientra sulla terra in pochi giorni. Questo tempo sale fino a qualche anno per oggetti fino a 600 km, ed a parecchi decenni se l’orbita è più alta. A causare la caduta dei detriti è il  debolissimo strato di atmosfera, sufficiente a rallentare in maniera impercettibile ma continua tutti gli oggetti che la attraversano. La velocità di rientro sarà tanto maggiore quanto maggiore è il rapporto tra l’area e la  massa dei vari oggetti: in altre parole un razzo molto sottile e pesante impiegherà molto più tempo a cadere di un satellite frenato da grossi pannelli solari.
Anche la   Stazione Spaziale Internazionale, che si trova  ad un’orbita variabile tra i 330  ed i 400 chilometri  e necessita dunque di periodiche spinte da parte della navetta cargo Progress e dello Space Shuttle. Senza questo aiuto da terra essa  ritornerebbe al suolo analogamente a quanto avvenuto nel   2001 con la stazione  russa Mir. Infatti, dopo una vita di ben 15  anni, si decise di abbandonarla in favore della nuova Stazione Internazionale. La sua massa e complessità strutturale  (vari moduli attaccati tra loro) ha richiesto uno studio particolare per evitare che cadesse in aree abitate. Fu dunque deciso di effettuare una serie di frenate controllate che ne facessero decadere l’orbita in maniera che i rottami dei vari moduli ammarassero nell’Oceano Pacifico

I moduli della stazione spaziale Mir bruciano al rientro nell’atmosfera in prossimità delle isole Fiji.

(1. continua)