La Stazione Spaziale Internazionale (ISS) è una stazione spaziale, o satellite artificiale abitabile, nell’orbita terrestre bassa. Il primo componente di questa struttura modulare venne lanciato nel 1998 e, ad oggi, rappresenta il più grande oggetto in rotazione attorno alla Terra, spesso visibile ad occhio nudo. La ISS si compone di moduli pressurizzati, moduli cancellati, pannelli solari e altre svariate componenti, lanciate nel corso degli anni dagli Space Shuttle americani e dalle navicelle russe Soyuz e Proton.
La Stazione Spaziale Internazionale funge da laboratorio di ricerca spaziale a microgravità, dove gli astronauti possono condurre esperimenti di biologia, fisica, astronomia, biologia umana, meteorologia e svariati altri campi scientifici. La Stazione serve inoltre a testare i sistemi e gli equipaggiamenti di veicoli spaziali, richiesti per le missioni sulla Luna e su Marte. La ISS si mantiene su un’orbita variabile tra i 330 e i 435 km dalla superficie terrestre, completando 15,54 orbite al giorno.
La ISS è la nona stazione spaziale ad essere abitata da un equipaggio, dopo le sovietiche (e russe) Salyut, Almaz, Mir e lo Skylab varato dagli USA. La Stazione Spaziale Internazionale è stata occupata in modo continuativo per 14 anni e 180 giorni dall’arrivo della Spedizione 1, arrivata alla ISS il 2 novembre 2000. Questa presenza rappresenta la più lunga e continuativa presenza umana nello spazio, ben più lunga del precedente primato di 9 anni e 357 giorni fissato dalla Mir. La Stazione è stata raggiunta nel tempo da un gran numero di moduli spaziali: Soyuz, Progress, l’Automated Transfer Vehicle, l’H-II Transfer Vehicle, Dragon, e Cygnus. Nel tempo è stata visitata da astronauti e cosmonauti di 15 diversi Paesi.
Dopo la fine del programma americano Space Shuttle, chiuso nel 2011, i veicoli spaziali Soyuz sono diventati gli unici mezzi di trasporto a disposizione degli astronauti per raggiungere la Stazione Spaziale, mentre i Dragon spesso e volentieri rappresentano l’unica soluzione utile per i viaggi di ritorno, data la dimensione limitata delle navicelle Soyuz.
Il programma ISS è stato sviluppato grazie alla collaborazione di cinque agenzie spaziali mondiali: NASA, Roscosmos, JAXA, ESA e CSA: per questa ragione la proprietà e l’utilizzo della Stazione Spaziale sono disciplinati da trattati e accordi internazionali tra gli Stati coinvolti.
La Stazione è suddivisa in due sezioni, il segmento orbitale russo (ROS) e il segmento orbitale Americano (USOS), quest ultimo condiviso da molte nazioni. Nel gennaio 2014 il segmento americano della ISS ha ricevuto uno stanziamento di fondi che ne consentiranno l’esistenza fino al 2024. La stessa Roscosmos ha approvato la prosecuzione delle attività fino al 2024, proponendo però di utilizzare i componenti del segmento orbitale russo per costruire una nuova stazione spaziale russa, chiamata OPSEK.
Il 28 marzo 2015 fonti russe hanno annunciato un accordo siglato tra la NASA e la stessa Roscosmos per la collaborazione e la realizzazione di un rifacimento dell’attuale ISS.
Scopi
Secondo il “Memorandum of Understanding” firmato da NASA e Rosaviakosmos, la Stazione Spaziale Internazionale era stata concepita come laboratorio e punto di osservazione nell’orbita terrestre bassa, fungendo inoltre da appoggio logistico per eventuali future missioni su Luna, Marte e asteroidi. Nella politica spaziale nazionale per il 2010 gli Stati Uniti inserirono anche le finalità commerciali, diplomatiche e didattiche tra gli scopi della ISS.
Ricerca scientifica
La ISS fornisce una piattaforma per la conduzione di esperimenti scientifici. Se da un lato i piccoli moduli spaziali possono offrire ambienti a “gravità zero” per accedere allo spazio, le stazioni spaziali possono fornire ambienti stabili dove poter condurre queste operazioni per decenni senza interruzioni, con la possibilità di poter avere un equipaggio di ricercatori di gran lunga superiore a quello consentito dai normali veicoli spaziali.
L’ampia varietà dei campi di ricerca contempla l’astrobiologia, l’astronomia, la medicina dello spazio, scienze fisiche e dei materiali, scienze umane e meteorologia. Gli scienziati sulla Terra hanno accesso a tutti i dati elaborati dall’equipaggio, con la possibilità di modificare gli esperimenti in corso e di avviarne di nuovi, benefici generalmente impossibili a bordo di navicelle spaziali tradizionali. Gli equipaggi prendono parte a spedizioni della durata di svariati mesi, fornendo circa 160 ore di lavoro a settimana e impiegando 6 cosmonauti.
Per rilevare la materia oscura e rispondere ad altre domande fondamentali sul nostro universo , ingegneri e scienziati di tutto il mondo hanno costruito l’Alpha Magnetic Spectrometer (AMS) , che la NASA paragona al telescopio spaziale Hubble, uno strumento che difficilmente avrebbe potuto essere ospitato all’interno di un satellite orbitale per via dei particolari requisiti di alimentazione e le esigenze legate alla larghezza di banda dei dati trasmessi.
Il 3 aprile 2013 gli scienziati della NASA riportarono che tracce di materia oscura avrebbero potuto essere state localizzate dall’AMS. A detta degli scienziati, “i primi risultati dell’Alpha Magnetic Spectrometer confermano un eccesso inspiegabile di positroni ad alta energia nei raggi cosmici”.
L’ambiente spaziale è ostile alla vita. La presenza umana è caratterizzata da un intenso campo di radiazioni (positroni e particelle subatomiche cariche provenienti dal vento solare, insieme ai raggi solari), temperature estreme, vuoto e microgravità. Soltanto alcune forme di vita chiamate estremofile (come ad esempio i tardigradi, piccoli invertebrati), possono sopravvivere all’interno di queste condizioni estreme portando alla disidratazione il proprio corpo, in un processo chiamato essicazione.
La ricerca medica ha migliorato, negli anni, la conoscenza degli effetti legati all’esposizione del corpo umano allo spazio, nel breve e lungo termine, legati a patologie come l’atrofizzazione muscolare, l’osteoporosi e alle conseguenze di una diversa dinamica dei fluidi biologici. Dati che risulteranno indispensabili per decidere se i viaggi e le colonizzazioni spaziali risulteranno possibili nel futuro. I dati raccolti dal 2006 a oggi suggeriscono un alto rischio legato a fratture e una limitazione della mobilità, qualora gli astronauti dovessero sbarcare su un pianeta alieno al termine di un viaggio spaziale di sei mesi (come quello richiesto per raggiungere Marte). Questi studi medici sono stati condotti a bordo della ISS con il supporto del National Space Biomedical Research Institute (NSBRI).
Microgravità
La gravità sulla ISS è solo leggermente più bassa rispetto a quella della Terra. Nonostante ciò, gli oggetti in orbita sono in un continuo stato di “caduta libera”, apparentemente fluttuanti e senza peso.
Questa percezione è influenzata da cinque effetti separati fra loro:
- Resistenza all’atmosfera residua: quando la ISS entra nell’ombra della Terra, i pannelli solari principali vengono ruotati per minimizzare l’attrito, minimizzando così il decadimento orbitale (progressivo avvicinamento tra la superficie terrestre e la distanza dell’oggetto in orbita).
- Vibrazioni provocate dai sistemi meccanici di bordo e la presenza dell’equipaggio.
- Azionamento dei giroscopi di bordo
- Propulsori di prua per le correzioni altimetriche e orbitali
- Effetti dipendenti dalla gravità, conosciuti anche come effetti lunari. Gli oggetti presenti in punti diversi della ISS sarebbero soggetti a orbite leggermente diverse fra loro, se non fossero fisicamente collegati alla Stazione. Essendo meccanicamente interconnessi, su di essi agiscono piccole forze che consentono, nel complesso, alla Stazione di muoversi come un unico corpo rigido.
I ricercatori stanno studiando le implicazioni di questi effetti sull’evoluzione, lo sviluppo e la crescita di piante e animali nello Spazio. In relazione ad alcuni dati raccolti, la NASA ha iniziato a studiare gli effetti della microgravità sulla crescita di tessuti umani e cristallizzazione di alcune proteine nello Spazio.
Gli studi legati alla fisica dei fluidi in condizioni di microgravità permetterà ai ricercatori di sviluppare nuovi modelli per il comportamento dei fluidi: dal momento che nello Spazio quasi tutti i liquidi possono essere miscelati tra loro, questa particolarità consentirà di studiare al meglio quei fluidi che non possono essere combinati sul nostro pianeta. Infine, lo studio delle reazioni che appaiono rallentate dalla ridotta gravità risulteranno particolarmente utile per la ricerca e la conoscenza dei superconduttori.
Lo studio della scienza dei materiali è una delle attività di ricerca principali della ISS, con l’obiettivo di migliorare le tecnologie impiegate sulla Terra. Altri studi includono l’osservazione dei processi di combustione a bassa gravità, utili per migliorare e ottimizzare le emissioni di inquinanti con conseguenti benefici ambientali e lo studio di nuovi processi di produzione energetica. In futuro le attenzioni dei ricercatori si concentreranno sul altre tematiche come lo studio dell’atmosfera terrestre, dei raggi e delle polveri cosmiche, dell’antimateria e della materia oscura.
Esplorazione
La ISS rappresenta anche un laboratorio relativamente sicuro nell’orbita terrestre bassa per lo studio di moduli spaziali, che in futuro risulteranno essenziali per le missioni esplorative sulla Luna e su Marte. In questo modo sarà possibile testare le attività di riparazione e manutenzione direttamente in orbita, riducendo i rischi e le incognite legate alla conduzioni di queste operazioni in pieno Spazio.
Riferendosi all’esperimento MARS-500, l’ESA ha dichiarato che “sebbene l’ISS risulti essenziale per fornire risposte su tematiche come l’assenza di peso, le radiazioni e altre questioni legate alla vita nello Spazio, alcuni aspetti come gli effetti legati al confinamento a lungo termine possono essere studiati con risultati migliori attraverso le simulazioni terrestri”. Nel 2011, il capo dell’agenzia spaziale russa Sergey Krasnov ha dichiarato che una versione “ridotta” del programma MARS-500 potrebbe essere implementata in futuro direttamente sulla ISS.
Sul tema delle esplorazioni spaziali, un’ipotetica missione su Marte potrebbe vedere in futuro il coinvolgimento di agenzie spaziali di diversi Paesi, anche esterni all’attuale partnership delle agenzie spaziali che utilizzano la ISS: nel 2010 il direttore dell’ESA Jean-Jacques Dordain dichiarò che l’agenzia era pronta a estendere l’accordo ISS a Cina, Corea del Sud Corea e India. Un parere condiviso dal capo della Nasa Charlie Bolden, che nel 2011 auspicò “una collaborazione globale nel caso di una futura missione su Marte”, sebbene le leggi americane non contemplino al momento una collaborazione tra NASA e Cina.
Scopi didattici e culturali
L’equipaggio della ISS offre agli studenti della Terra diverse opportunità di condurre esperimenti a bordo della Stazione Spaziale Internazionale, attraverso una serie di dimostrazioni in diretta con le classi attraverso collegamenti video, radio ed e-mail. Nel corso di queste lezioni, gli studenti possono navigare all’interno di un modellino 3D della ISS e partecipare a una serie di quiz e domande con risposte in tempo reale. Attività che vengono condotte per stimolare la curiosità dei ragazzi, incoraggiando e coltivando lo spirito delle esplorazioni spaziali. L’agenzia JAXA, inoltre, consente agli studenti di spedire sulla ISS alcuni semi e di poter osservare la crescita delle piante nello Spazio, apprezzando le differenze rispetto alla crescita terrestre.
Da segnalare anche ARISS (Amateur Radio on the ISS), un programma volontario che incoraggia gli studenti di tutto il mondo ad intraprendere carriere lavorative nell’ambito della scienza attraverso collegamenti amatoriali con l’equipaggio della ISS.
Attraverso un collage tra il filmato “First Orbit” (il primo girato nello Spazio a bordo del modulo Vostok 1) e i dati orbitali della Stazione Spaziale Internazionale, il documentarista Christopher Riley e l’astronauta ESA Paolo Nespoli sono stati in grado di ricostruire la visuale in soggettiva di Yuri Gagarin durante il primo volo orbitale della storia. Integrando il materiale con le immagini girate dallo stesso Nespoli durante la Spedizione 26/26, è stato ricavato un vero e proprio film reso disponibile gratuitamente, nel 2011, sul sito www.firstorbit.org.
Nel maggio del 2013 fu invece realizzato il primo video musicale girato nello Spazio per opera del Comandante Chris Hadfield, sulle note di Space Oddity di David Bowie.
