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Parmitano e l’acqua nel casco

27 Ago

Come forse avrete letto dai giornali, il 16 Luglio scorso ci sono stati alcuni problemi durante la seconda “passeggiata spaziale” per il nostro astronauto Parmitano che si trova sulla Stazione Spaziale Internazionale. La notizia e’ passata un po’ in sordina, complice anche il periodo estivo, e anche sui giornali che ne hanno parlato, il discorso e’ stato un po’ fumoso e poco specifico.

Cosa e’ successo?

Facciamo un breve riassunto. Il 16 Luglio era prevista una seconda EVA, che sta per Attivita’ Extra-Veicolare (quella che normalmente chiamiamo passeggiata spaziale), di 6 ore per fare dei lavori straordinari all’esterno della ISS. I lavori prevedevano la preparazione della stazione per accogliere, entro la fine dell’anno, un nuovo modulo russo che dovrebbe essere connesso alla ISS.

Alla EVA hanno partecipato Parmitano e Chris Cassidy, astronauta americano di grande esperienza con alle spalle ben 7 passeggiate. Qualche decina di minuti dopo l’inizio dei lavori, il nostro astronauta ha avvisato il centro di controllo NASA di Houston, che stava seguendo tutte le manovre da terra, di sentire dell’acqua vicino al collo. Inizialmente, gli esperti NASA hanno pensato ad un’eccessiva sudorazione, causata anche dalla fatica e dallo stress. Dopo qualche altro minuto, Parmitano ha pero’ comunicato che l’acqua continuava ad aumentare e stava diventando un problema.

Ora, tenete conto che siamo in assenza di gravita’, condizione per cui l’acqua e’ si in forma liquida, perche’ all’interno della tuta pressurizzata, ma e’ tenuta insieme solo dalla tensione superficiale. In questa condizione, il liquido si presenta come delle gocce piu’ o meno grandi che fluttuano all’interno del casco dell’astronauta.

La presenza di acqua che continuava ad aumentare, cominciava ad entrare nel naso e negli occhi di Parmitano, rendendo la respirazione difficile e la visibilita’ compromessa. Questa situazione ha fatto scattare l’allarme al centro controllo di Houston che ovviamente ha ordinato subito il rientro all’interno della ISS, dopo circa 90 minuti dall’inizio delle operazioni.

Parmitano ha raccontato questi momenti di paura, ma non ha mai perso la calma e la mente lucida. Come potete immaginare, gli astronauti sono addestrati per poter gestire situazioni anche difficili senza perdere il controllo. In caso contrario, un eccessivo allarmismo potrebbe causare conseguenze molto gravi.

Parmitano aiutato da Cassidy e seguendo il cavo che lo teneva legato alla ISS e’ riuscito a rientrare all’interno in pochi minuti dove c’erano ad accoglierlo gli altri occupanti della ISS che hanno pressurizzato la zona di ingresso e lo hanno aiutato a togliere il casco. Come riportato dal comunicato NASA, l’astronauta stava bene anche se molto stanco, e aveva all’interno del casco circa mezzo litro di acqua.

Ragionando ora, sapendo che tutto e’ andato bene, sembra veramente assurdo rischiare di morire affogati nello spazio. Proprio questo e’ stato infatti il rischio corso da Parmitano. I molti giornali che hanno riportato la notizia, non hanno pero’ risposto ad una domanda, se vogliamo, scontata, da dove proveniva quell’acqua?

Come prima ipotesi, i tecnici NASA hanno pensato che provenisse dal cosiddetto “drink pack”, cioe’ un serbatoio di acqua potabile munito di cannuccia nel casco e che serve per idratare gli astronauti durante le EVA. Questa ipotesi e’ stata pero’ smentita dallo stesso Parmitano che, nelle prime fasi dell’incidente, ha assaggiato un goccia di questo liquido, comunicando che non si trattava di acqua potabile.

Dunque?

Per poter rispondere alla domanda, e’ necessario vedere come e’ fatta una tuta spaziale moderna. Questo e’ uno schema illustrato delle varie parti:

Tuta spaziale usata durante le EVA

Tuta spaziale usata durante le EVA

Ovviamente, la tuta e’ munita di tantissimi strumenti sia scientifici che di diagnostica per controllare lo stato dell’astronauta. In tal senso, troviamo un dosimetro, una telecamera, una valvola di regolazione della temperatura interna, la radio, il controllo dell’ossigeno, un sistema elettrocardiografico per controllare le funzioni cardiache dell’astronauta, ecc. Con un totale di circa 10 strati diversi.

Come vedete, il serbatoio di acqua potabile e’ posizionato vicino al casco. Questa ipotesi e’ pero’ stata smentita da Parmitano durante le prime fasi dell’incidente. Nella tuta e’ presente anche un “pannolone” super assorbente detto MAG. Non c’e’ ovviamente nulla di strano nella presenza di questo accessorio se pensiamo che, come nel caso dell’incidente, la EVA prevista era di ben 6 ore all’esterno della ISS. Ovviamente, e’ da escludere anche che il liquido presente nel casco fosse urina, dal momento che il sistema di drenaggio e’ in grado di assorbire volumi molto maggiori di quelli normalmente espulsi da un astronauta.

Fate pero’ attenzione ad un particolare, nell’immagine della tuta vedete che e’ presente una calzamaglia refrigerante. Questo sistema e’ presente per mantenere una temperatura confortevole all’interno. Come sapete, l’escursione passando da una zona verso il Sole ad una in ombra puo’ normalmente superare i 100 gradi, mentre la temperatura all’interno deve rimanere confortevole per l’astronauta. Poiche’ nello spazio, essenzialmente nel vuoto, lo scambio di calore non puo’ avvenire con convezione, un sistema di tubicini fa scorrere l’acqua intorno al corpo estraendo calore. Il liquido refrigerante viene poi convogliato al Primary Life Support System situato sulla vita, che altro non e’ che uno scambiatore di calore.

La zona del casco da cui Parmitano ha sentito inizialmente il liquido.

La zona del casco da cui Parmitano ha sentito inizialmente il liquido.

Come riportato sia da Parmitano che dalla NASA, il liquido presente nella tuta dell’astronauta proveniva proprio dal sistema refrigerante. Purtroppo, ancora oggi, non e’ nota la posizione esatta della perdita. Ovviamente, la tuta in questione non viene piu’ utilizzata. Nell’immagine di fianco, trovate anche una foto della zona del casco da cui Parmitano ha sentito per la prima volta fluire liquido. L’immagine e’ stata postata su twitter da un altro astronauta presente nella ISS, Douglas H. Wheelock.

Fortunatamente, l’incidente non ha avuto conseguenze per il nostro astronauta. Una situazione di questo tipo non si era mai verificata durante un EVA, per cui sono stati aggiornati anche i rischi possibili durante le passeggiate spaziali. Credo che il modo migliore per concludere questo articolo, sia riportare fedelmente le parole dello stesso Parmitano scritte subito dopo il suo incidente:

Lo Spazio è una frontiera, dura e inospitale, in cui noi siamo ancora degli esploratori e non dei coloni. La bravura dei nostri ingegneri, e la tecnologia che abbiamo a disposizione, fa sembrare semplici cose che non lo sono, e a volte forse lo dimentichiamo.

Meglio non dimenticare.

 

Psicosi 2012. Le risposte della scienza”, un libro di divulgazione della scienza accessibile a tutti e scritto per tutti. Matteo Martini, Armando Curcio Editore.

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I segreti delle ragnatele

21 Lug

In questi giorni per ben due volte ho sentito parlare di ragnatele, sentendo queste opere utilizzate come metafore. Proprio da qui, mi e’ venuta la curiosita’ di scrivere un articolo specifico su questo argomento, noto a tutti nel senso stretto del termine, ma forse non troppo specificatamente dal punto di vista ingegneristico.

Come e’ noto, le ragnatele vengono create per lo scopo principale di procurare cibo. Gli insetti restano infatti intrappolati sulle tele fornendo ottimi spuntini ai ragni. Oltre a questa funzione vitale, solo pochi giorni fa avevamo parlato di un altro fenomeno:

Quando gli angeli perdono i capelli

Come visto, le ragnatele possono essere utilizzate anche per le migrazioni dei ragni, che si lasciano trasportare insieme alle loro tele dal vento, riusciendo a percorrere anche tratti molto lunghi senza fatica.

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Da cosa sono composte le ragnatele?

Biologicamente, la seta viene prodotta da speciali ghiandole dette filiere. Il filo e’ ricco di catene di aminoacidi tra cui glicina, serina e alanina la cui composizione puo’ leggermente variare in base alla specie. All’interno delle filiere, la seta e’ ovviamente in forma liquida e solidifica non appena fuoriesce dal ragno.

Per essere precisi, ci sono due tipologie di seta che vengono utilizzate per preparare una tela. La prima e’ appicicosa e serve per intrappolare gli insetti. Se vogliamo, questa offre solo il materiale di cattura. Ben piu’ interessante e’ la cosiddetta seta dragline, che costituisce invece l’elemento strutturale della ragnatela.

Come viene costruita la ragnatela?

Ovviamente, in base al punto in cui si deve operare, ci saranno procedure leggermente diverse. Come sappiamo bene, ci sono ragnatele angolari, orizzontali, verticali, ecc. In tutte queste strutture, troviamo pero’ fili radiali e fili circolari, con funzioni diverse. I punti piu’ importanti della tela stessa, sono ovviamente quelli di ancoraggio dei fili alla superficie.

Le ragnatele sono da sempre sudiate nel campo dei materiali proprio grazie alle loro stupefacenti caratteristiche di resistenza. Come anticipato, la prima proprieta’ fondamentale e’ da ricercarsi proprio nella dragline. Per darvi un’idea, il carico di rottura di questa seta, cioe’ la pressione da esercitare per spezzare un filo, e’ paragonabile a quella dei migliori acciai sul mercato. Se pensiamo che pero’ questo materiale ‘e molto meno denso dell’acciaio, abbiamo dei carichi di rottura normalizzati alla densita’ che rendono la dragline fino a 5 volte piu’ resistente dell’acciaio. Proprio questa straordinaria proprieta’ ha richiamato molti studi sulle ragnatele appunto per imitare la natura nella ricerca di materiali sempre piu’ resistenti o in grado di resistere a carichi elevati.

Come e’ noto, ingegneristicamente, per costruire una struttura con determinate qualita’ non basta utilizzare materiali specifici, anche la struttura stessa deve essere studiata per lo scopo. Cosa significa questo? Anche la costruzione delle ragnatele avviene con criteri specifici e che rendono queste opere straordinarie.

Come evidenziato da studi e simulazioni nanometriche fatte, una tela di ragno ha la capacita’ di essere perturbata non linearmente con un carico. Questo comportamento e’ opposto a quello che normalmente avviene in natura. Facciamo un esempio per capire meglio. Se abbiamo un problema ad un ginocchio, possiamo ugualmente camminare ma con il rischio che, a causa del precario equilibrio, anche la colonna vertebrale possa subire danni. La ragnatela si comporta invece in modo opposto. Se, per qualche motivo, una parte di tela si rompe o cede, la struttura e’ realizzata in modo da non compromettere la funzionalita’ del complesso. Poiche’ la produzione di seta e’ un processo molto dispendioso per il ragno, questo comportamento consente di poter recuperare la tela senza dover ricominciare da capo.

Inoltre, la seta gode di ottime proprieta’ elastiche. Proprio questa caratteristica fa si che dopo la cattura di un insetto, la struttura entri in vibrazione facendo capire al ragno che la cena e’ pronta.

Come anticipato, le ragnatele sono da sempre studiate dagli esperti non solo per carpire i segreti della materia prima utilizzata ma anche per emulare la struttura per l’ottimizzazione dei punti di ancoraggo di ponti sospesi, sopraelevate, ecc. Come osservato innumerevoli volte, una tela di ragno e’ in grado di resistere addirittura alla violenza di un uragano.

Concludendo, le ragnatele sono assolutamente uno spettacolo di natura. Osservare questi manufatti ci consente di capire molte cose sia dal punto di vista chimico sia per le caratteristiche ingegneristiche delle strutture e delle tele utilizzate. Come visto, le ragnatele presentano doti meccaniche molto migliori di quelle dei materiali attualmente utilizzati nelle costruzioni. Sicuramente, osservare la natura ci puo’ consentire di comprendere al meglio le soluzioni utilizzate da specie animali, ben piu’ antiche dei nostri attuali edifici.

 

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