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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.

Egitto: gioielli dallo spazio!

21 Ago

Un nostro sempre attento utente del forum:

Psicosi 2012 forum

mi ha segnalato una notizia davvero molto interessante e che credo sia il caso di riportare.

Di cosa si tratta?

Invece di partire dalla notizia, che se vogliamo e’ la conclusione, partiamo dall’inizio della storia. Nel 1911 venne trovato un antico cimitero egizio nella localita’ di Gerzeh, circa 70 Km a sud del Cairo. In questo luogo vennero individuate 67 tombe in totale, molte delle quali, per fortuna, non toccate dai tombaroli che gia’ nell’antico Egitto erano un problema. All’interno di queste tombe, vennero rinvenuti diversi oggetti e ornamenti, molti dei quali caratteristici delle sepolture all’epoca dei faraoni.

Tra gli ornamenti trovati, c’era anche una collanina. Una semplice collanina realizzata mettendo insieme una sorta di perline tubolari in ferro, come mostrato nella foto:

I tubicini in ferro e una delle collanine che li conteneva

I tubicini in ferro e una delle collanine che li conteneva

Cosa aveva di tanto speciale questa collanina? Dalla datazione, si vide come quell’antico ornamento era stata realizzato ben 5000 anni fa. Questo rendeva le perline il piu’ antico manufatto in ferro mai rinvenuto.

E allora? Tutto qui?

Assolutamente no. La peculiarita’ di questo oggetto e’ che gli egiziani iniziarono a lavorare il ferro soltanto nel VI secolo a.C.. Per dirla tutta, erano gia’ stati rinvenuti oggetti ferrosi precedenti alla cosiddetta epoca del ferro, ma mai cosi’ antichi.

Capite dunque come si cominci a delineare un mistero.

Da una prima analisi del ritrovamento, si vide come la percentuale di Nichel contenuta nel tubicino era estremamente alta, non compatibile con i materiali realizzati in seguito da queste popolazioni. Gia’ intorno al 1930, si era avanzata l’ipotesi che il ferro utilizzato per la collana, non fosse di origine terrestre, bensi’ proveniente dallo spazio.

Immaginate nel 1930 la reazione della comunita’ archeologica ad un’idea del genere.

Intorno al 1980 infatti, nuove analisi vennero condotte sul reperto e si avanzo’ l’ipotesi che il materiale fosse in realta’ di origine terrestre, ma ottenuto, casualmente e ben prima dello sviluppo di questa tecnica, da una fusione con elementi sbagliati.

Solo in questi giorni, e’ arrivata la soluzione di questo mistero durato quasi un secolo. Su una rivista specializzata, e’ infatti comparso l’articolo realizzato da vari ricercatori inglesi, in cui si dimostra l’origine cosmica del ferro della collana.

Come e’ stato possibile arrivare a questa conclusione?

Ovviamnete, sono state condotte nuove analisi. Su un reperto del genere, non si puo’ certo pensare di tagliarlo per visionare l’interno. Su questo problema sono pero’ giunte in aiuto le nuove tecniche sviluppata dalla scienza. Il tubicino di ferro e’ infatti stato ispezionato utilizzando la tomografia computerizzata e il microscopio elettronico. Tecniche ovviamente non disponibili al tempo delle prime analisi.

Struttura interna di un tubicino. Le aree blu indicano la presenza di Nichel

Struttura interna di un tubicino. Le aree blu indicano la presenza di Nichel

Gli studi condotti hanno mostrato come la percentuale di Nichel contenuta nel ferro sia molto alta, anche fino al 30%, ma soprattutto nella parte interna. Mentre e’ molto minore la percentuale sulla superficie esterna. Oltre al Nichel, piu’ abbondante, sono state trovate tracce di cobalto, germanio e fosforo. Tutti questi elementi sono compatibili con la composizone delle meteoriti di natura ferrosa.

Cosa significa questo?

Semplicemente che la materia prima utilizzata per ottenere l’ornamento e’ stata ricavata da un meteorite caduto in Egitto. Gli antichi egiziani hanno dunque raccolto il sasso cosmico e hanno lavorato il ferro contenuto martellando fino ad ottenre sottili lamine. Vista la durezza del materiale, aumentata dalla composizione chimica, il lavoro deve aver richiesto un tempo molto lungo. Una volta ottenute le lamine, si sono arrotolate per ottenre il tubicino che faceva da ornamento alla collana.

Le analisi condotte hanno inoltre consentito di ricostruire una struttura molto particolare nota come figure di Widmanstätten. Si tratta semplicemente di aperture sulla superficie causate dal lento raffreddamento del meteorite. Dunque, sia la composizione chimica che quella fisica della struttura confermano l’origine etraterrestre del materiale con cui era realizzato il manufatto.

Ovviamente, anche se sporadiche, non sono mancate le speculazioni sul web. Come potete immaginare, non e’ mancato chi ha visto in questa scoperta finalmente la connessione tra antico egizio e visitatori venuti dallo spazio. Come detto in precedenza, la notizia riguarda solo ed esclusivamente l’origine cosmica della materia prima utilizzata.

Storicamente, quanto scoperto e’ compatibile con la cultura del popolo. Come anticipato, anche secoli prima dell’inizio dell’era del ferro, erano stati realizzati manufatti di questo minerale. Ovviamente, questi sono stati ritrovati all’interno di importanti tombe, come ad esempio in quella del faraone Tutankhamon. Dal momento che gli egiziani avevano una forte venerazione per il cielo, considerato come la casa degli Dei, e’ presumibile che ogni oggetto proveniente dal cielo potesse essere visto come un segno di benevolenza divina.

Nei secoli successivi poi, come riportato da numerose iscrizioni, gli egiziani svilupparono una sorta di venerazione per il ferro, visto come un minerale divino e indistruttibile. Tra l’altro, secondo la cultura egizia, di ferro erano le ossa degli Dei, fatte appositamente per essere eterne.

Concludendo, le nuove analisi condotte hanno permesso di risolvere il mistero dell’origine dei manufatti trovati nel 1911 ma realizzati secoli prima che gli egiziani imparassero a lavorare il ferro. In questo caso, intervento decisivo e’ stato quello delle nuove tecniche di diagnostica sviluppate dalla ricerca. Tecniche non invasive che hanno consentito, praticamente senza toccarlo, di scansionare la struttura dell’oggetto nel suo insieme in modo preciso e affidabile. Ovviamente, le storielle che leggete sul web circa la connessione tra egiziani e alieni sono del tutto false e assolutamente non confermate da questa ricerca. L’articolo di oggi ci ha invece permesso di capire meglio la concezione divina nell’antico Egitto e le diverse tecniche utilizzate nei secoli per produrre monili e oggetti per tutti i giorni.

 

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

Dall’asfalto bollente all’energia

26 Giu

In questo articolo:

Caldo record? In Germania scoppiano le autostrade?

e’ stato fatto un commento davvero molto interessante. Come potete leggere, il commento pone l’attenzione sugli studi attualmente in corso per la produzione di energia sfruttando il calore accumulato dall’asfalto delle nostre strade. Questa possibile soluzione non e’ in realta’ l’unica al vaglio dei ricercatori e proprio per questo motivo, credo sia interessante fare il punto della situazione.

Come sapete bene, diverse volte ci siamo occupati di fonti di energia alternativa o anche di utilizzi piu’ intelligenti delle risorse a nostra disposizione. Questi sono solo alcuni degli articoli che potete trovare sul blog:

Elezioni, promesse verdi e protocollo di Kyoto

Il futuro verde comincia da Masdar

Energia solare nel deserto

Pannelli, pannelli e pannelli

Il led rosso dello stadby …

Elettrodomestici e bolletta

Ora, come anticipato, vogliamo analizzare le possibili tecniche per sfruttare il calore che viene raccolto dalle nostre strade per poter creare energia elettrica. Come sapete bene, l’asfalto e’ in grado di accumulare una notevole quantita’ di calore, che poi viene ceduta all’ambiente in tempi molto lunghi. Proprio per questo motivo, le nostre strade rimangono ad una temperatura elevata anche per diverse ore dopo il tramonto del sole. Purtroppo, riuscire a catturare questo calore non e’ semplice. Prima di tutto, una limitazione e’ data dall’enorme superficie da cui estrarre calore, cioe’ l’intera lunghezza della strada, e soprattutto nella scelta del metodo piu’ adatto per raccogliere efficientemente questa energia.

Il metodo proposto nel commento da cui siamo partiti, punta ad utilizzare il calore per scaldare l’acqua contenuta all’interno di piccole tubature inglobate nell’asfalto stesso. In tal senso, tubicini di materiale in grado di condurre molto bene il calore vengono posizionati a circa 1 cm dalla superficie, in modo da poter raccogliere il calore del catrame. L’acqua cosi’ riscaldata puo’ poi essere utilizzata per produrre energia o anche per fornire acqua calda sanitaria per le diverse postazioni o edifici intorno alla strada stessa. Questo metodo presenta anche due ulteriori vantaggi importanti. Il primo e’ che in questo modo viene ridotto il calore che rimane intrappolato nell’asfalto e che, quando ceduto all’ambiente, crea il cosiddetto problema dell’isola di calore soprattutto nelle nostre citta’. L’altro vantaggio notevole e’ che un impianto cosi’ realizzato potrebbe essere sfruttato anche al contrario, un po’ come avviene nei pannelli radianti sotto il pavimento utilizzati per riscaldare le nostre case. Cosa significa? Durante i mesi invernali, si potrebbe pompare nel sistema acqua a temperatura maggiore, in modo da riscaldare la strada e non permettere la formazione di ghiaccio, responsabile molto spesso di incidenti.

Questa che abbiamo visto, non e’ pero’ l’unica soluzione al vaglio dei ricercatori.

Un altro metodo per sfruttare le nostre strade e’ quello di integrare direttamente pannelli solari. Cosa significa? Come detto in precedenza, l’asfalto e’ soggetto, molto spesso, ad un irraggiamento notevole. Le piu’ grandi arterie sono praticamente sempre assolate garantendo un’esposizione buona ai raggi solari. Bene, sostituendo le nostre strade con una sequenza di pannelli solari, si potrebbe produrre direttamente elettricita’ sfruttando l’effetto fotovoltaico. Questa energia potrebbe al solito essere utilizzata per alimentare aree di servizio e abitazioni in prossimita’, ma potrebbe anche essere immessa nelle rete elettrica e dunque essere a disposizione dei consumatori.

Come e’ possibile mettere un pannello solare al posto delle strade?

Ingegneristicamente parlando, la soluzione proposta e’ molto interessante. Negli USA e’ gia’ in corso uno studio utilizzando pannelli di larghezza 3,7 metri, che e’ la larghezza standard delle corsie americane. Se consideriamo un’esposizione di 4 ore al giorno, con un efficienza anche solo del 10%, poiche’ l’orientamento dei pannelli e’ deciso dalla strada e non dall’ottimizzazione dell’esposizione, si potrebbero produrre circa 5-6 KWh per pannello al giorno. Se ora pensiamo che, solo negli Sati Uniti, ci sono circa 100000 Km di autostrade, direi che i numeri cominciano a diventare interessanti.

Tornando pero’ all’ingegneria, come puo’ un pannello resistere al passaggio di una macchina o, ancor piu’, ad un mezzo pesante? I pannelli per questo scopo sono costruiti con una protezione in vetro, pensata come quella dei vetri anti proiettile delle vetrine. Essendo questi vetri studiati per resistere ai notevoli impulsi dei proiettili, sarebbero in grado di supportare anche il peso di un veicolo. C’e’ un altro problema da considerare. Per evitare slittamenti dei veicoli al loro passaggio sul vetro, la superficie verrebbe lavorata in piccolissimi prismi, in grado di assicurare una buona presa degli pneumatici sui pannelli. Come detto, una sperimentazione in questa direzione e’ gia’ in corso negli USA appunto per verificare costi e benefici di una soluzione del genere.

C’e’ poi un’ultima soluzione che vorrei presentarvi, anche se leggermente diversa dalle precedenti. Il problema principale di molte strade e’, come sappiamo bene tutti, il traffico. Per sfruttare questo, una compagnia privata giapponese, ha studiato uno speciale dosso in grado di trasformare il passaggio di un mezzo in energia elettrica. Il meccanismo e’ semplicissimo. Quando un veicolo passa su questo speciale dosso, manda in pressione dei pistoni idraulici che a loro volta possono essere sfruttati per far muovere delle turbine e produrre corrente elettrica. Un primo prototipo di dosso e’ stato costruito ed e’ lungo circa 1 metro, con un’altezza dell’ordine dei 6 mm. Questa soluzione andrebbe implemantata nei punti piu’ nevralgici per il traffico dove si hanno molti mezzi pesanti che circolano a velocita’ ridotta. Soluzioni ottimali potrebbero essere all’interno delle citta’, in prossimita’ dei porti o anche vicino ad aree di parcheggio. Il costo di questo sistema non e’ molto basso e si aggira intorno ai 300000 dollari a dosso, comprensivi ovviamente anche del sistema di produzione dell’energia. Secondo quanto riportato dalla ditta, in un punto di traffico sostenuto in cui transitano circa 20000 veicoli al giorno, il prezzo verrebbe ripagato nel giro di 3-4 anni e sarebbe in grado di fornire corrente per almeno 100 case. Ovviamente, si tratta di numeri molto provvisori, detti poi dalla ditta produttrice del sistema.

Concludendo, esistono diversi metodi per poter sfruttare le nostre strade nella produzione di energia. Come avete visto, non stiamo parlando di soluzioni innovative di tecnologie non utilizzate prima, bensi’ di applicazioni, a mio avviso anche molto intelligenti, di sistemi conosciuti in ambiti nuovi. Questo rientra a pieno titolo nello sfruttamento piu’ intelligente dei sistemi che gia’ conosciamo. Ora, come detto, si tratta di soluzioni sulle quali sono in corso studi ancora molto preliminari, ma chissa’ che un giorno queste non diventeranno soluzioni standard nella costruzione delle nostre, assolutamente non eliminabili, strade.

 

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