Stazióne Spaziàle Internazionàle
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Descrizione generale
(ISS, International Space Station). Grande struttura spaziale abitata in permanenza in costruzione in orbita terrestre. Denominata in principio Freedom, quando era un progetto esclusivamente statunitense, successivamente ribattezzata Alpha, ha assunto il nome attuale quando è divenuta un progetto a partecipazione internazionale. La stazione spaziale è composta da vari moduli già assemblati (vedi oltre) e già operativi in attesa di altri da assemblare. I primi due moduli sono stati lanciati nel 1998 e la prima missione per l'ampliamento della costruzione, durata quattro mesi e composta da un equipaggio di tre astronauti, due russi e un americano, è approdata sulla stazione spaziale alla fine del 2000. Una volta che tutte le sue parti saranno in orbita, la stazione sarà grande come un campo di calcio, lunga 108 m e larga 74 m, avrà una massa di 415 t (cinque volte lo Skylab) e uno spazio abitabile di 1200 m3, sufficiente per il soggiorno di 6 o 7 astronauti. Per l'assemblaggio della struttura completa sono necessari 33 lanci dello Shuttle e 40 di razzi vettori russi. Per i rifornimenti e il trasporto di personale erano inizialmente previsti una quindicina di voli l'anno: 4 o 5 con gli Shuttle, tra 5 e 8 con le navicelle abitate Sojuz e i cargo da trasporto Progress russi e forse anche un paio con l'Ariane 5. Per il montaggio sono previste 91 attività extraveicolari per complessive 550 ore. La IIS è stata posta a una quota di 335-460 km, su un'orbita inclinata di 51,6°, percorsa in 90 min, alla velocità di 28.000 km/h. A bordo della stazione, gli astronauti di tutti i Paesi partecipanti possono svolgere esperimenti scientifici di vario genere, studiare nuove tecnologie destinate all'esplorazione dello spazio e mettere a punto nuovi tipi di satelliti o di piattaforme scientifiche non abitate, oltre che a preparare basi di lancio per missioni umane a Marte o alla Luna. Nel campo della fisica, grandi aspettative vengono dall'Alpha Magnetic Spectrometer, un rilevatore utilizzato per la fisica delle particelle installato nella stazione grazie alla missione STS-134, progettato per la ricerca di nuovi tipi di particelle tramite la misura ad alta precisione della composizione dei raggi cosmici. Al 2020 si sono succedute 64 missioni (Expedition) della durata di 6 mesi circa composte da un numero variabile tra 2 e 6 astronauti (7 dal 2020).
Cenni storici
I primi studi per una stazione spaziale statunitense iniziarono negli anni Settanta, nell'ambito delle iniziative che seguirono alle missioni Apollo. I progetti furono elaborati in due centri della NASA: il Marshall Space Flight Center (MSFC), diretto da W. von Braun, e il Manned Spacecraft Center (MSC), realizzato a Houston, in Texas, per gestire le missioni sulla Luna. Entrambi i progetti erano molto ambiziosi ed erano basati sul lancio di una stazione in un unico blocco con un razzo, Saturno 5, modificato. Il taglio delle risorse economiche costrinse però la NASA a concentrarsi esclusivamente sullo sviluppo dello Shuttle. Nei primi anni Ottanta, la NASA decise, comunque, di continuare il progetto in collaborazione con altri Paesi; decise anche che la stazione sarebbe stata realizzata con l'assemblaggio in orbita di una molteplicità di elementi e che avrebbe dovuto ospitare un equipaggio minimo di 6-8 persone fino a un massimo di 12-18. All'impresa dell'ISS partecipano gli Stati Uniti, la Russia, il Giappone, l'Europa, il Canada e il Brasile. Oltre alla partecipazione collettiva all'interno dell'ESA, vari stati europei contribuiscono a titolo individuale. Tra questi vi sono il Belgio, la Danimarca, la Francia, la Germania, l'Inghilterra, l'Italia, l'Olanda, la Norvegia, la Spagna e la Svezia. Particolarmente rilevante è l'impegno dell'Italia, che fornisce, tra l'altro, in tre esemplari il modulo per i rifornimenti lungo 6 m e con un diametro di 4 m.
La costruzione della Stazione Spaziale Internazionale
Il primo modulo attorno al quale è stata costruita la ISS, Zarya (Aurora), è stato lanciato il 20 novembre 1998 da Bajkonur (Kazakistan) con un razzo Proton. Si tratta del FGB (Fonctionalno Grousovoi Block, in inglese Functional Cargo Block) di fabbricazione russa, che fornisce l'energia e la propulsione iniziale per l'ISS, oltre ai sistemi di comunicazione con la Terra. Di lunghezza pari a 13,5 m, ha un diametro di 4,1 m, una massa di 23.465 kg al lancio e di 19.298 una volta giunto in orbita. Di per se stesso non è un modulo abitabile, ma lo è diventato quando è stato attaccato alla ISS il successivo modulo spaziale russo, il modulo di servizio Zvezda. La vita in orbita di Zarya è prevista in 15 anni. Al modulo Zarya ha fatto seguito il nodo di interconnessione statunitense, Unity, portato in orbita con lo Shuttle Endeavour, e un terzo componente russo, il sopra citato Zvezda (Stella). Gli elementi della ISS, infatti, saranno collegati fra loro da speciali nodi di interconnessione: tre cilindri di 4,6 m di diametro, lunghi 7 m, con una massa di 14 t e forniti di sei portelloni per agganciare i vari moduli e consentire il passaggio degli astronauti. Il modulo Zvezda è simile alla vecchia stazione spaziale russa Mir, fatta precipitare nel Pacifico nell'aprile 2001. Zvezda ha fornito i primi quartieri abitativi della ISS e ha ospitato provvisoriamente il sistema di distribuzione dell'energia elettrica e il sistema per le trasmissioni radiotelevisive con i centri di controllo di Houston e di Mosca. Il laboratorio Destiny della NASA, attaccato ai moduli precedenti l'11 febbraio del 2001, è più grande sia del futuro laboratorio europeo sia di quello giapponese. Destiny è il modulo centrale della ISS e in esso saranno effettuati esperimenti senza precedenti in condizioni di quasi totale assenza di peso. Il modulo Destiny, in alluminio, è lungo 8,5 m e ha un diametro di 4,3 metri. Consiste di tre sezioni cilindriche e ha due coni terminali che servono da connessione con le altre parti della stazione. Al centro della parete cilindrica del modulo è ricavata una finestra di 50,9 centimetri di diametro. Il primo modulo dell'Agenzia Spaziale Italiana (ASI), Raffaello, attraccato per la prima volta nell'aprile 2001, e poi subito ritornato a terra, serve per portare rifornimenti e apparecchiature di vario tipo all'ISS e riportare sulla Terra quanto viene prodotto nelle varie esperienze effettuate nello spazio. Un importante laboratorio della ISS, nonché sua parte essenziale, sarà il Laboratorio Europeo Columbus. Columbus è lungo 7 m e ha un diametro di 4 metri. Pesante sulla Terra 13 tonnellate, contiene al suo interno 10 strutture (specie di armadi) per effettuare esperienze nelle condizioni di assenza di gravità, ovvero di microgravità, che si hanno nello spazio. Vi è poi il laboratorio giapponese JEM, che costituirà anch'esso parte integrante della ISS. Simile a quello europeo, ma di dimensioni maggiori, è lungo 11 m e ha diametro di 4 metri. Anche JEM dispone di 10 armadi per esperienze scientifiche. Differisce nella forma dal laboratorio Columbus per la presenza nella parte superiore di un magazzino cilindrico e di un sistema per effettuare operazioni spaziali costituito da un braccio robotizzato. È anche previsto che l'Europa porterà in orbita rifornimenti e attrezzature con l'ATV (Automated Transfer Vehicle), un modulo cilindrico destinato a essere lanciato con l'Ariane 5, che farà la spola con 9 t di carico e che resterà attaccato all'ISS ogni volta per 6 mesi, per fornire la propulsione per il controllo della quota dell'orbita. Le due cupole panoramiche previste saranno realizzate in Italia, disporranno di 6 finestre trapezoidali, per assicurare una visibilità di 360°, e di una finestra circolare alla sommità. Nei due moduli abitativi (uno statunitense e l'altro russo), ogni astronauta disporrà di una singola cabina di dimensioni limitate (meno di tre m3), in cui sono previsti un sacco per dormire, ripostigli per oggetti personali e un piccolo tavolo pieghevole. Oltre alla ventilazione regolabile, le cabine sono fornite di rivelatori di fumo e anidride carbonica, collegati al computer centrale. I sistemi per il supporto della vita a bordo della ISS saranno del tipo più “chiuso”, in grado cioè, per la prima volta, di riciclare totalmente acqua, urina e umidità per trasformare il tutto in acqua potabile. L'ossigeno è invece ricavato con l'elettrolisi dell'acqua. È previsto che i rifiuti vengano compattati e riportati a Terra. Anche le capsule Progress per i rifornimenti, una volta svuotate, vengono stipate di rifiuti e apparecchiature diventate inutili. Stati Uniti, Europa, Russia e Giappone disporranno in totale di sette moduli per esperimenti, mentre gli astronauti canadesi saranno ospitati negli altri moduli. In dettaglio, vi saranno: il laboratorio multidisciplinare statunitense, il laboratorio che ospita la grande centrifuga per esperimenti di scienze della vita, il laboratorio multidisciplinare europeo, quello giapponese e tre laboratori russi. A bordo vi saranno anche apparecchiature di una certa mole come la centrifuga di 2,5 m di diametro, in grado di raggiungere una forza gravitazionale di 2 g. L'alimentazione elettrica sarà fornita da 24 pannelli fotovoltaici rettangolari che, a pieno regime, produrranno 110 kW. Sedici pannelli (ognuno di 38 m, i più grandi mai realizzati nello spazio) saranno installati alle estremità di una trave lunga 106 m, che attraversa tutta la struttura della ISS, e ruoteranno continuamente per mantenere sempre la massima superficie esposta al Sole. Sulla stazione, inoltre, saranno installati bracci robotici, realizzati da Canada, Europa, Russia e Giappone, che consentiranno agli astronauti di limitare al massimo la necessità di uscite all'esterno.
Ritardi e ripresa nella costruzione
La tragedia dello Space Shuttle Columbia ha provocato l'interruzione dei voli della navetta statunitense per tutto il 2003 e il 2004, cosicché la costruzione della ISS ha subìto una battuta d'arresto. Le attività a bordo sono però continuate ugualmente, poiché i rifornimenti sono stati assicurati con l'intensificazione dei viaggi dei cargo automatici russi Progress. I ricambi degli equipaggi a bordo sono stati invece assicurati dalle navicelle Sojuz, in grado di trasportare tre astronauti per viaggio, fornendo a volte anche un posto a turisti spaziali paganti. D'altra parte, il cargo Progress non ha potuto sostituire integralmente la navetta statunitense in quanto può trasportare solo da 3 a 5 t di merci contro le 100 t e i 7 astronauti della navetta. Nonostante tutto, le attività programmate non si sono arrestate completamente. Per esempio, la società Alenia Spazio ha consegnato nel marzo 2003 alla NASA il Nodo 2, destinato a unire tra loro i moduli abitati statunitensi e i moduli europeo e giapponese, e ha continuato ad assemblare a Torino il Nodo 3. Anche la NASA ha proseguito il programma di realizzazione di una mininavetta spaziale da utilizzare come scialuppa di salvataggio e per missioni di collegamento. Nel 2010 lo Shuttle Endeavour ha consegnato all'equipaggio (dal 2009 la ISS ha la capacità di ospitare 6 persone contemporaneamente) due nuovi moduli, il Nodo 3 e Cupola, fabbricati in Italia. Nella seguente missione (Atlantis) è stato portato alla ISS il Mini-Research Module 1 (MRM1), contenente un laboratorio di ricerca. Nel febbraio 2011 lo Shuttle Discovery portava in orbita il modulo abitabile , realizzato dall'ASI. A marzo 2020 è stata lanciata la piattaforma Bartolomeo (Bartolomeo Platform) è una piattaforma di ricerca esterna realizzata dalla Airbus ed agganciata posteriormente del modulo europeo Columbus per effettuare esperimenti che non possono essere svolti internamente alla ISS. A inizio 2020 la Nasa ha firmato un contratto con Axiom Space per l'installazione di 3 nuovi moduli sulla ISS, con il primo previsto per il 2024. Questi moduli costituiranno il "porto" commerciale per la ISS. La Stazione dovrebbe infatti restare in funzione fino al 2024, data prevista per il raggiungimento degli obiettivi scientifici, per poi essere riutilizzata parzialmente entro il 2028: la NASA ha avviato un processo di privatizzazione che permetterà alla Iss di "sopravvivere" per altri anni.