Come respirano gli astronauti?

Il 12 aprile 1961, il cosmonauta russo Yuri Gagarin divenne il primo uomo ad andare nello spazio quando orbitò intorno alla Terra nella navicella Vostok 1. Da allora più di 500 persone sono uscite dall’atmosfera terrestre, e più di 230 di loro sono andate a visitare la Stazione Spaziale Internazionale (ISS).

Lo scopo principale della ISS è di ospitare esperimenti scientifici. Il suo laboratorio è occupato ininterrottamente dal novembre 2000, in genere con tre o sei persone a bordo. Sfreccia nello spazio a 17.500 mph, 250 miglia sopra la Terra, permettendo agli scienziati di condurre esperimenti davvero unici.

Molti dei test sono sugli astronauti stessi, per determinare l’impatto della vita nello spazio sul corpo umano. Alcuni sono progettati per utilizzare l’unicità della microgravità del laboratorio su esperimenti non spaziali come la crescita dei cristalli. Ma altri sono parte integrante del viaggio spaziale stesso: l’esplorazione di nuove tecnologie per l’uso sulla ISS e future missioni spaziali più lunghe con equipaggio, per esempio verso Marte.

Bere la pipì

La vita a bordo della ISS è progettata per essere il più frugale possibile, quindi riciclare l’acqua è la chiave. Raccogliamo l’urina dell’equipaggio e la trattiamo attraverso un processo di distillazione chiamato distillazione a compressione di vapore”, spiega Laura Shaw, ingegnere dei sistemi di supporto vitale al Johnson Space Center della NASA a Houston, Texas. Questo sistema utilizza una pompa a vuoto che aspira l’aria, abbassando la pressione e quindi abbassando il punto di ebollizione dell’acqua all’interno. Nessuna fonte di calore è necessaria per far evaporare l’acqua e separarla dai sali di urina.

Questo distillato viene poi combinato con l’acqua raccolta dall’aria all’interno della ISS. Raccogliamo l’umidità condensata dalla respirazione dell’equipaggio e dal suo sudore”, dice Laura. L’acqua viene poi ripulita ulteriormente per renderla pronta da bere. Usiamo un sistema di filtri e un ossidatore catalitico per trasformare l’acqua in potabile.”

“In genere, una molecola d’acqua impiega un paio di giorni per seguire l’intero percorso dall’acqua potabile all’acqua potabile di nuovo”, dice Laura. Attualmente perdono circa il 10% delle molecole d’acqua ogni volta che passano attraverso questo ciclo. In preparazione di un viaggio con equipaggio su Marte, dove il rifornimento sarà ancora più arduo e costoso, il team di Laura mira a ridurre questa perdita a solo il 2%.

La tecnologia in sviluppo estrarrà più acqua dalla salamoia fangosa piena di sale e urina lasciata dopo la distillazione dell’urina. C’è ancora del liquido nella salamoia e vogliamo tirarlo fuori per migliorare il nostro tasso di recupero”, spiega Laura. Il suo team spera di testare il loro nuovo set-up sulla ISS all’inizio del 2020.

Respirare aria fresca

L’acqua è usata anche a bordo della ISS per produrre ossigeno. ‘Elettrolizziamo l’acqua per dividerla in idrogeno e ossigeno’, dice Laura. L’ossigeno va nell’atmosfera perché l’equipaggio lo respiri”. L’idrogeno viene poi combinato con un altro prodotto di scarto – l’anidride carbonica espirata dall’equipaggio – per produrre metano e acqua. Questo è noto come la reazione Sabatier. L’acqua viene riutilizzata e il metano viene attualmente scaricato in mare”, dice Laura.

Il team della NASA sta anche sviluppando un modo per aprire il metano e produrre più idrogeno. Se avessimo più idrogeno potremmo essere più efficienti nel processo Sabatier e produrre più acqua, che potremmo poi trasformare in più ossigeno. Quindi dovremmo rifornire meno acqua per quel processo”, spiega.

Andare oltre

Ma la ISS è solo l’inizio. Altri sistemi di supporto per missioni con equipaggio più lunghe sono nelle prime fasi di sviluppo, spiega il collega di Laura alla NASA, David Hornyak. Per esempio, diventare più bravi ad aspirare l’anidride carbonica dall’aria per migliorare la qualità dell’aria è diventata una priorità per la NASA. Abbiamo volato, qualche anno fa, un esperimento che ci ha informato su come funzionano diversi assorbitori”, dice David. La speranza è di scoprire materiali che siano più assorbenti e quindi più efficienti. Si stanno anche progettando sensori di nuova generazione per migliorare il monitoraggio della qualità dell’aria e dell’acqua a bordo delle stazioni spaziali, il che eliminerà la necessità di restituire i campioni sulla Terra e traccerà meglio la quantità di radiazioni a cui è esposto l’equipaggio. La NASA sta attualmente puntando a inviare una missione con equipaggio in orbita attorno a Marte nel 2033; questa sarà seguita da un viaggio di atterraggio. Il presidente Trump li ha esortati a portare avanti questa linea temporale. La Cina e la Russia hanno anche detto che hanno intenzione di inviare persone su Marte, così come l’Agenzia Spaziale Europea. Allo stesso modo, anche l’azienda spaziale privata SpaceX ha gli occhi puntati su una visita al nostro vicino planetario, dicendo che invierà un equipaggio nel 2024. Gli scienziati dovranno sbrigarsi a mettere a punto tutti i loro sistemi prima del decollo, ma presumibilmente non c’è niente come diverse agenzie spaziali impazienti che ti guardano le spalle per accelerare le cose.