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    Le tute spaziali cambiano faccia

    Man mano che gli astronauti si preparano a tornare sulla Luna e a trascorrere più tempo nello spazio avranno bisogno di un equipaggiamento che offra maggiori garanzie di sopravvivenza.

    di Neel V. Patel

    Una tuta spaziale è più simile a un’astronave in miniatura che a un capo di abbigliamento. È pressurizzata e dotata di una serie di sistemi di supporto vitali. Nessuno è mai morto a causa di una tuta spaziale difettosa, ma ciò non significa che i modelli attuali siano perfetti. Che si tratti del lancio nello spazio o del rientro sulla Terra o di un’attività extraveicolare (EVA, colloquialmente nota come passeggiata spaziale), gli astronauti non sono mai stati completamente soddisfatti dell’equipaggiamento che sono costretti a indossare per le missioni. 

    Fortunatamente, però, la raffica di nuove attività nello spazio ha significato che stiamo assistendo a più innovazione nel design e nelle prestazioni delle tute spaziali che mai. L’emergere di nuovi veicoli privati come il Crew Dragon di SpaceX e lo Starliner di Boeing significa che gli astronauti della NASA diretti alla Stazione Spaziale Internazionale indossano nuove tute spaziali estremamente eleganti e funzionali. 

    Al posto dell’ampia tuta arancione Advanced Crew Escape Suit (affettuosamente soprannominata “tuta da zucca”) che gli equipaggi dello space shuttle indossavano quando si lanciavano in orbita, SpaceX e Boeing hanno progettato qualcosa di molto più agile. Hurley e Bob Behnken, gli astronauti a bordo del Crew Dragon che a maggio è approdato sulla ISS, hanno riscontrato una maggiore comodità nei movimenti. Le tute indossate durante il decollo e il rientro sono progettate per proteggere gli astronauti dal fuoco e sono collegate all’interno dei sedili che ospitano ossigeno e aria fresca nel caso in cui la cabina si depressurizzi per qualche motivo. 

    Le novità più importanti arrivano dalla tuta spaziale di nuova generazione della NASA per gli astronauti che vanno sulla Luna: la eXploration Extravehicular Mobility Unit, o xEMU. Apparentemente è il successore delle tute spaziali indossate da Neil Armstrong, Buzz Aldrin e altri astronauti dell’Apollo quando misero piede sulla superficie lunare mezzo secolo fa. Ma incorpora anche ciò che abbiamo imparato attraverso le EMU usate in orbita durante il periodo dello space shuttle e dell’esplorazione umana della ISS e la dura esperienza di Apollo. L’obiettivo del programma Artemis è avere persone che vivono e lavorano sulla Luna. Nuove tute spaziali saranno fondamentali per garantire che l’esperienza sia sicura e confortevole.

    “Siamo entusiasti di riportare le persone sulla Luna”, dice Richard Rhodes, un ingegnere di tute spaziali della NASA che sta lavorando alla xEMU. “Vogliamo che l’equipaggio indossi le tute senza dover pensare a quanto siano mobili o quanto efficacemente possano lavorare. Vogliamo essere invisibili”. Di seguito illustriamo alcune delle innovazioni che possono arrivare da xEMU.

    Buzz Aldrin nella sua tuta spaziale durante la missione Apollo 11. NASA

    Maggiore mobilità

    “Quando si progetta una tuta spaziale, l’obiettivo è che ci si possa muovere liberamente al suo interno”, afferma Rhodes. Si cerca quindi di limitare la quantità di volume nella tuta, perché più volume c’è, più gli astronauti devono lavorare per piegare le loro articolazioni e questo può diventare rapidamente estenuante. La soluzione è utilizzare i cuscinetti, poiché ruotano attorno a un unico punto e garantiscono una quantità di volume costante. 

    Le vecchie tute di Apollo usavano i cuscinetti solo nelle braccia, perché era fondamentalmente una tuta multiuso (usata per il lancio, nella navicella e per l’esplorazione lunare). Il requisito fondamentale era la leggerezza, essenziale per adattarsi a tutte queste diverse situazioni e troppi cuscinetti avrebbero potuto appesantirla. 

    L’xEMU ha cuscinetti più leggeri e più vicini alle articolazioni rispetto a quelli utilizzati per le precedenti EMU. Quelli alle spalle dovrebbero consentire agli astronauti di allungarsi verso l’esterno e sollevare oggetti più facilmente riducendo il rischio di lesioni alla parte superiore del corpo. Ci sono infine cuscinetti per fianchi, cosce e caviglie, che creano una mobilità molto maggiore nella parte inferiore del corpo. “Tutti questi elementi insieme consentono di unire mobilità e basso consumo di energia”, spiega Rhodes. 

    Le tute hanno anche un sistema di pressione variabile per dare agli astronauti maggiore flessibilità quando ne hanno bisogno. Dovrebbe consentire loro di prepararsi più rapidamente con la tuta quando è necessario, ma anche di sollevare materiali o inginocchiarsi quando la situazione lo richiede. 

    I cuscinetti per la mobilità dell’anca in particolare sono un grosso problema per passeggiare sulla Luna. Gli astronauti dell’Apollo non hanno passato molto tempo sulla superficie lunare durante le loro missioni e il tempo che hanno trascorso era in gran parte solo per conoscere questo nuovo ambiente. Hanno subito trovato difficoltà a camminare normalmente in condizioni di microgravità, ed erano anche molto attenti a evitare qualsiasi pericolo. 

    Il modo di camminare

    Con una mobilità dell’anca così limitata, camminare a grandi passi non era fattibile. Quindi per lo più si muovevano lentamente e solo progressivamente hanno potuto adottare un’andatura più sciolta. Cercare di afferrare oggetti per terra era di una difficoltà imbarazzante. 

    L’xEMU dovrebbe permettere una normale camminata invece di procedere a salti, e rendere più facile inginocchiarsi stabilmente con un solo movimento per lavorare a contatto con il suolo, il che non era un’opzione praticabile per gli astronauti dell’Apollo. Ciò renderà molto più facile per gli astronauti portare avanti esperimenti, esaminare campioni geologici o impostare strumenti complessi. 

    Riduzione della polvere

    Un’enorme lezione appresa da Apollo è stata che la polvere lunare è terribile. La superficie della Luna non è stata esposta al tipo di agenti atmosferici che la geologia terrestre ha dovuto affrontare. Di conseguenza, il suolo lunare è molto ruvido e frastagliato e si attacca a tutto. Contamina gli strati interni dell’indumento e provoca l’usura generale all’esterno delle tute. Quindi, per evitare spazi aperti, i progettisti hanno ridotto al minimo componenti come cerniere o cuciture in cui la polvere potrebbe infiltrarsi. 

    “Stiamo esaminando una serie di indumenti interi, che non presentino interruzioni dove la polvere possa penetrare”. E per le aree in cui sono presenti i cuscinetti, il team sta lavorando allo sviluppo e all’incorporazione di guarnizioni che dovrebbero tenere lontana la polvere.

    L’astronauta Rick Mastracchio nel suo Space Shuttle durante una passeggiata nello spazio nel 2007. NASA

    Spazio per la testa

    I caschi xEMU offrono una gamma di visione più ampia rispetto a quelli di Apollo, con luci a bordo per aiutare a illuminare i luoghi bui. Avranno un HUD (display a comparsa) per consentire agli astronauti di accedere a informazioni importanti in movimento. Le telecamere a spalla ad alta definizione aiuteranno a registrare gli spostamenti come se fossero visti dagli occhi dell’astronauta. 

    I “cappucci Snoopy” utilizzati per le comunicazioni sono una parte piuttosto riconoscibile delle EMU, ma come può attestare la maggior parte degli astronauti che hanno fatto passeggiate spaziali, possono rapidamente bagnarsi di sudore e i loro microfoni non funzionano sempre bene dopo molte ore di movimento. xEMU elimina il cappuccio Snoopy a favore di un sistema audio incorporato nella tuta, con attivazione vocale per captare automaticamente i suoni mentre vengono pronunciati. 

    I guanti

    Una lamentela comune tra qualsiasi astronauta che è andato su un EVA è che i guanti sono un pericolo. I loro strati voluminosi significano che si perde molta destrezza e non si sa nemmeno quanta pressione si sta usando quando si afferra qualcosa. La mancanza di circolazione e l’accumulo di umidità possono portare ad alcuni effetti collaterali sgradevoli, come unghie fragili e persino funghi. “Nel caso dei guanti c’è assolutamente spazio per miglioramenti”, dice Rhodes.

    Il suo team sta lavorando per assicurarsi che le mani degli astronauti siano protette da sbalzi di temperatura estremi e polvere e che possano gestire il materiale lunare in sicurezza. La NASA sta anche cercando di capire come rendere più facile per loro svolgere compiti semplici come afferrare strumenti e azionare piccole apparecchiature. 

    Un modello della tuta spaziale xEMU mostrato a un evento della NASA, in presenza dell’amministratore della agenzia spaziale, Jim Bridenstine (a sinistra). NASA

    I supporti vitali

    Nel 2014, durante una passeggiata spaziale, la tuta dell’astronauta italiano Luca Parmitano iniziò a perdere acqua, allagando il casco e quasi annegandolo. In seguito gli ingegneri scoprirono che la contaminazione aveva causato il ristagno dell’acqua proveniente dal sistema di raffreddamento, problema aggravato dal fatto che l’acqua e i circuiti di raffreddamento erano a stretto contatto. Quindi xEMU ora mantiene quei loop completamente separati per evitare che si verifichi un’altra emergenza simile.

    xEMU è dotata anche di un nuovo sistema di eliminazione dell’anidride carbonica che utilizza due diversi letti di assorbimento (in questo caso, piccole lattine di idrossido di litio che attraggono e intrappolano facilmente l’anidride carbonica). Mentre uno viene utilizzato, l’altro può essere svuotato nello spazio, quindi l’anidride carbonica viene costantemente rimossa senza costringere gli astronauti a tornare all’interno per pulire i letti di assorbimento. I serbatoi di ossigeno sono sistemi ad alta pressione che dovrebbero fornire ossigeno per periodi di tempo più lunghi rispetto alle tute Apollo. Al momento l’unica limitazione al tempo di permanenza nella tuta, in teoria, è la carica della batteria. 

    Nel frattempo, xEMU mantiene alcune funzioni di supporto vitale e di sicurezza che sono state già messe alla prova. Si tratta della protezione dalle micrometeoriti basata su un design simile per le attuali EMU orbitali, e della protezione termica per resistere ai forti sbalzi di temperatura (da -156 °C all’ombra a 120 °C al Sole). 

    Personalizzata e a prova di futuro

    Nel marzo del 2019, la NASA ha annullato i piani per la prima passeggiata nello spazio  per sole donne perché non c’erano abbastanza tute spaziali di dimensioni corrette: erano disponibili solo quelle più grandi. È stata una dura lezione sulla necessità di assicurarsi che gli abiti siano progettati correttamente per accogliere persone di tutte le taglie. L’agenzia ha deciso che con xEMU non viene lasciato nulla al caso. Ogni tuta sarà adattata all’altezza, alle dimensioni e al comfort del singolo astronauta e mirerà a fornire la più ampia gamma di movimento per le attività sulla Luna. 

    Tuttavia, il design della tuta spaziale è ancora in fase di elaborazione. “Non ci sono molti dati sul funzionamento dell’abbigliamento sulla superficie lunare”, dice Rhodes. Qualsiasi tipo di feedback sarà di grande aiuto”.  La NASA intende incorporare ciò che apprende dalle prime missioni Artemis per migliorare l’xEMU più e più volte, con l’obiettivo di creare qualcosa che un giorno funzioni su Marte.

    (rp)

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