Febbraio 1, 2023

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Soluzioni per stazioni spaziali per le missioni Artemis sulla Luna e oltre

La luna è sopra l’orizzonte terrestre mentre la Stazione Spaziale Internazionale orbita a 272 miglia sopra l’Oceano Atlantico, tra le estremità del Sud America e del Sud Africa.
Credito immagine: NASA

Non è facile ottenere un veicolo spaziale per raggiungere la Luna o Marte. Mentre l’ingegneria aerospaziale aiuta a far volare i veicoli spaziali sulla luna, sono necessarie altre aree della scienza per supportare la vita e consentire attività durante i viaggi sulla luna e mentre si è sulla superficie lunare. Gli esperimenti a bordo della Stazione Spaziale Internazionale (ISS) sono alla base di gran parte di questa scienza e aiutano a gettare le basi per le missioni del programma Artemis.

Il 16 novembre, la NASA ha lanciato il veicolo spaziale Orion in cima a un razzo Space Launch System (SLS) in un test di volo Artemis I. Mentre il volo senza equipaggio aiuterà la NASA a comprendere le prestazioni del razzo e del veicolo spaziale in un ambiente dello spazio profondo, l’agenzia è anche lavorando per sviluppare le capacità necessarie per le future missioni Artemis. Queste missioni riporteranno gli astronauti sulla superficie lunare, svilupperanno l’infrastruttura necessaria per stabilire una presenza a lungo termine sulla luna e fungeranno da trampolino di lancio per portare gli astronauti su Marte.

Gli astronauti di Artemis dovranno vivere e lavorare nello spazio profondo e dovranno vagare per la superficie lunare durante i giorni o le settimane della spedizione. Le indagini scientifiche in corso e le dimostrazioni tecniche a bordo della Stazione Spaziale Internazionale potrebbero aiutare a trovare soluzioni a molti ostacoli associati alle missioni sulla Luna e su Marte.

Ecco come parte del lavoro in questo laboratorio orbitante può aiutare ad affrontare le sfide future mentre torniamo sulla Luna, su Marte e oltre.

la sfida: Fornitura di cibo limitata

La soluzione: Coltivazione alimentare idroponica e aerobica

Gli esseri umani hanno bisogno di cibo e acqua per sopravvivere, ma durante le lunghe missioni la qualità e il valore nutrizionale del cibo confezionato possono deteriorarsi. Una grande quantità di cibo è vitale per mantenere e completare l’equipaggio durante le missioni sulla Luna e in tutto il sistema solare. L’esperimento In-Orbit Exposed Roots Test System (XROOTS) della stazione spaziale utilizza sistemi di coltivazione idroponici (basati su liquidi) e aerobici (basati sull’aria) per coltivare cibo fresco senza la necessità di terreni di coltura tradizionali. I risultati potrebbero portare a sistemi di produzione alimentare su larga scala, riducendo al contempo i requisiti di peso di questi sistemi e la necessità di trasportare alimenti freschi, lasciando più spazio per altri beni di valore. Attualmente, la stazione spaziale fornisce l’unica struttura per lo studio della crescita delle piante in condizioni di microgravità e l’eventuale sviluppo di tecnologie per massimizzare la produzione agricola. Qui sulla Terra, XROOTS può aiutare a migliorare la sicurezza alimentare aumentando la produzione agricola.

la sfida: Rifornimento idrico limitato

La soluzione: Nuove tecnologie per il recupero dell’acqua

L’acqua costituisce circa il 60% del corpo umano ed è essenziale per la salute, l’igiene e l’irrigazione. Per fornire acqua a sufficienza nelle missioni di lunga durata, i sistemi devono recuperare circa il 98% dell’acqua utilizzata dall’equipaggio. I ricercatori della stazione spaziale stanno lavorando per raggiungere questo obiettivo. Uno dei dispositivi in ​​fase di test è l’ECLSS: Brackish Water Treatment System, che dimostra una tecnologia per recuperare ulteriore acqua dall’urina dell’equipaggio e ridurre lo spreco di acqua. Le membrane del sistema trattengono gli inquinanti e trasferiscono il vapore acqueo nell’atmosfera della cabina dove viene catturato e trasportato al sistema di trattamento dell’acqua. Questo sistema può anche fornire aria fresca e aiutare a sviluppare le tecnologie necessarie per le missioni future. Questo metodo offre potenziali applicazioni sul terreno in località remote che hanno anche un accesso limitato all’acqua.

Queste immagini mettono a confronto paste cementizie impastate nello spazio (in alto) e sul terreno (in basso).

Queste immagini mettono a confronto paste cementizie impastate nello spazio (in alto) e sul terreno (in basso). Il campione di gap mostra più porosità, o spazi aperti nel materiale, che influiscono sulla resistenza del calcestruzzo. I cristalli nel campione terrestre sono più isolati che nel campione ricotto nello spazio.
Credito immagine: Penn State Materials Properties Laboratory

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la sfida: Le infrastrutture e i materiali necessari per lavorare e vivere nello spazio

La soluzione: Stampa 3D e cemento potenziato

Gli astronauti che esplorano la nostra galassia hanno bisogno di pezzi di ricambio, strumenti e materiali disponibili su richiesta. Il costante rifornimento di merci non è pratico perché le missioni viaggiano lontano dalla Terra, ma soluzioni creative come la stampa 3D possono fare il trucco. 3D Printing In Zero-G ha prodotto dozzine di pezzi presso la stazione, dimostrando che la produzione additiva e le stampanti 3D operano in condizioni di microgravità. Questa esperienza potrebbe essere il primo passo verso la creazione di un’importante officina meccanica a lungo termine e fornire anche un modo per riciclare la plastica. Il miglioramento della stampa 3D potrebbe anche essere vantaggioso per le industrie sulla Terra.

Gli habitat e le infrastrutture sono altre componenti importanti della vita e del lavoro nello spazio. L’indagine sulla microgravità dell’indurimento del cemento (MICS) studia il complesso processo di indurimento del cemento. In assenza di gravità, la microstruttura del cemento indurito è molto diversa da quella del calcestruzzo indurito a terra. Lo studio valuta la microstruttura e le proprietà del materiale del cemento e testa le risposte a vari carichi termici e meccanici, che possono portare a modi per utilizzare questo materiale per costruire strutture spaziali leggere. I risultati potrebbero anche migliorare le proprietà del cemento utilizzato sul terreno e ridurre le emissioni di anidride carbonica derivanti dalla sua produzione.

Video di un astronauta che lavora a un esperimento di bioprinting

L’astronauta dell’Agenzia spaziale europea Matthias Maurer ha condotto i test
Con il Centro Aerospaziale Bioprinting First Aid Experience
Tedesco a bordo della Stazione Spaziale Internazionale. Il dispositivo stampa in 3D
Per ordinare un cerotto per ferite personalizzato, utilizzando bio-inchiostro realizzato
dalle cellule del paziente.
Credito immagine: NASA

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la sfida: Accesso limitato alle cure mediche per lesioni

La soluzione: Toppe per ferite personalizzate

Nello spazio, gli ospedali e le ambulanze di emergenza non possono essere chiamati. La ricerca a bordo di questo laboratorio orbitante sta preparando gli equipaggi per le missioni senza la necessità di un supporto medico immediato, testando una tecnologia innovativa come Bioprint FirstAid. Un esperimento dell’ESA mostra un dispositivo in grado di stampare in 3D un cerotto personalizzato su richiesta utilizzando bio-inchiostro ricavato dalle cellule dei pazienti; Questo metodo può accelerare il processo di guarigione. Sul campo, i cerotti personali per ferite potrebbero fornire ai pazienti opzioni terapeutiche portatili e personali.

Queste sono solo alcune delle tante sfide che ci attendono mentre ci prepariamo per le missioni sulla luna, su Marte e oltre, e alcune delle possibili soluzioni che vengono testate sulla stazione spaziale. Mentre la NASA sviluppa e costruisce l’infrastruttura per il programma Artemis sulla luna e porta gli umani sulla superficie lunare, e la stazione spaziale continua il suo decennio di risultati, le missioni che portano gli umani lontano dalla Terra sono più vicine che mai.

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Cristina Giraldo
Ufficio del programma di ricerca sulla stazione spaziale internazionale
Centro Spaziale Johnson