Astronauti per un giorno, alla portata di tutti, possibile? Il trucco (che poi trucco non è) si chiama volo parabolico, un aereo che simula, seppure in “sessioni” di 30 secondi che però si ripetono numerose volte, esattamente ciò che si trovano a vivere gli astronauti ad atmosfera zero. Per fare esperimenti scientifici o roteare nell’aria, noi lo abbiamo fatto: ecco come è andata.
La gravità
La gravità è una delle quattro interazioni fondamentali della fisica, ed è un fenomeno a cui tutti, nell’Universo, sono soggetti: dalla nascita alla morte passiamo tutta la vita soggetti ad una forza, per alcuni versi ancora misteriosa, che ci fa cadere gli oggetti di mano, ci permette di stare sdraiati nel letto senza volare via e consente alla nostra Terra di orbitare intorno al sole.
Fino agli anni ’60 nessun essere umano aveva sperimentato l’assenza di gravità, poi con i primi viaggi nello spazio e successivamente con i primi laboratori nello spazio, è stato possibile portare uomini ed attrezzature in un ambiente dove la gravità è annullata o quasi, aprendo nuove frontiere alla scienza.
Lo studio degli effetti di assenza di gravità sul corpo umano, ad esempio, è essenziale per capire se e come l’uomo può vivere per periodi prolungati nello spazio e quindi, teoricamente, colonizzare nuovi pianeti dopo lunghi viaggi in assenza di peso. Negli anni si è capito che gli effetti di assenza di gravità sul corpo umano sono notevoli, muscoli ed ossa non più sollecitati dal peso del corpo tendono a perdere massa e densità anche dopo solo 30 giorni nello spazio, ed è per questo che sulla stazione spaziale internazionale gli astronauti devono seguire un pesante regime di esercizi fisici dove simulare le condizioni della Terra per tenere allenati muscoli ed ossa.
Nei laboratori della stazione spaziale vengono anche testati medicinali, materiali e fenomeni fisici che possono essere sperimentati solo in presenza di microgravità; naturalmente l’elevatissimo costo delle missioni spaziali consente solo a pochi esperimenti di essere portati sulla ISS, ma le richieste sono molte e si è quindi cercato il modo di creare anche sulla terra condizioni simili o uguali a quelli dello spazio, per poter effettuare esperimenti su cose e persone senza doversi sobbarcare un viaggio spaziale.
Ma non esiste sulla Terra nessuna macchina antigravità, quindi per sperimentare le condizioni che si troveranno in orbita, astronauti e materiali hanno poche possibilità: gli astronauti possono allenarsi in enormi piscine per ricreare per lungo tempo effetti simili a quelli della microgravità spaziale, ma per esperimenti ed oggetti è più complicato.
Possono essere alloggiati in catapulte che lancino il più alto possibile un oggetto o fatti cadere dentro ad alte torri: durante la fase di ricaduta l’oggetto (o la persona) si trova nelle stesse condizioni dello spazio, ma questo effetto dura pochissimi secondi e c’è comunque il problema della decelerazione improvvisa.
Il volo parabolico
Il metodo più pratico attualmente utilizzato è quello dei voli parabolici con aerei speciali, dove, durante la fase di caduta, tutto quello che si trova al suo interno fluttua esattamente come se ci si trovasse nello spazio. Così come lanciandosi da un’alta scogliera in mare si sperimenta per pochi istanti una sensazione di assenza di peso, così durante una picchiata di un aereo persone e cose al suo interno sono virtualmente in assenza di peso. In realtà durante questi voli speciali l’aereo non cade mai in picchiata verticale, ma compie una specifica parabola dove, in seguito ad una fortissima accelerazione in salita, è possibile galleggiare a gravità zero per circa 30 secondi, dal culmine della parabola fino alla sua fine, prima che l’aereo riprenda il volo orizzontale, ristabilendo la gravità. Durante il volo parabolico possono essere realizzati esperimenti scientifici e dato che vengono eseguite numerose parabole (trenta) per ogni volo, alla fine si possono collezionare molti minuti di assenza di gravità, preziosissimi per effettuare test scientifici.
L’Airbus usato dall’ESA
L’ESA utilizza un Airbus modificato della società Novespace per questo tipo di voli, ed abbiamo potuto partecipare alla 71esima campagna di voli parabolici assistendo agli esperimenti che venivano fatti e fluttuando in assenza di peso come gli astronauti. L’Airbus utilizzato, precedentemente aereo di Stato della Cancelliera Merkel, in realtà è stato modificato solo all’interno, togliendo gran parte dei sedili ed adattando parte della fusoliera ad area di carico senza finestrini: l’esterno e l’avionica non sono state cambiate e questo vuol dire che, teoricamente, qualsiasi aereo di linea può eseguire le manovre di volo parabolico.
Queste manovre sono abbastanza estreme anche se perfettamente sicure. L’aereo si impenna molto velocemente e quasi in verticale in cielo, con una inclinazione di circa 50 gradi provocando una forte accelerazione interna fino a 1,8G, il che vuol dire quasi due volte la forza che si percepisce a terra e poco meno dell’accelerazione massima subita durante il lancio dello space shuttle, pari a 3G. Arrivato poco prima del culmine della parabola inizia la fase di zero G (anche se è più corretto dire “microgravità” in quanto c’è comunque una piccola accelerazione residua), che perdura per tutta la discesa dell’aereo, finché queste non si mette in volo livellato. Dopo circa un minuto e mezzo inizia una nuova parabola e il ciclo si ripete da capo: durante tutte le fasi il comandante scandisce dall’altoparlante i gradi di inclinazione e il tempo residuo a zero G.
E’ importante notare come i fenomeni fisici che si sperimentano nei circa 30 secondi sono esattamente gli stessi che si provano sulla ISS, compreso il comportamento di fluidi e perfino di fiamme: un cerino acceso a zero G si comporta infatti in maniera diversa, la fiamma è più piccola e quasi sferica, con temperature più basse che a terra. In effetti anche la ISS è in caduta libera e non è corretto parlare di mancanza di gravità: questa infatti viene annullata dal moto circolare della stazione intorno alla terra, moto che le impedisce di schiantarsi sulla Terra. Nei suoi voli parabolici l’ESA è anche in grado di ricreare condizioni di gravità particolare, come quella che si trova sulla Luna o su Marte, per eseguire test specifici per quelle missioni.
Volare in un aereo a zero G
Ma volare a zero G provoca malessere? In effetti i primi aerei di questo tipo venivano chiamati “Vomit Comet” per ovvie ragioni, ma oggi è più difficile sentirsi male, sia per le medicine che si possono prendere (simili a quelle contro il mal di mare) sia per lo specifico addestramento sulla posizione migliore da tenere durante le parabole. Se infatti ci si adatta quasi subito alla fase di assenza di gravità, risulta più fastidiosa la precedente fase di forte accelerazione, in cui si sente tutto il corpo, e la pelle, tirare violentemente verso il basso.
In questa fase viene consigliato per le prime parabole di sdraiarsi a terra, ma già dopo poco si può tranquillamente stare in piedi, l’importante e guardare fisso e non muovere la testa, altrimenti il senso dell’equilibrio potrebbe risentirne con conseguente malessere. L’adattamento è comunque abbastanza rapido e in ogni caso tutto, dall’accelerazione iniziale alla fine della parabola, dura solo 1,15 minuti; anche per questo i voli parabolici sono oramai utilizzati soprattutto per esperimenti scientifici e non sono quasi più appannaggio degli astronauti, che vi compiono solo voli di acclimatamento, preferendo la piscina dove poter fare lunghe sessioni simili alle stressanti passeggiate spaziali. L’aereo viene pilotato da tre piloti contemporaneamente, ognuno dei quali si preoccupa di mantenere uno dei parametri fondamentali (salita, picchiata, ecc.) perfettamente allineato per evitare problemi in cabina. Una curiosità: il tempo totale passato a zero G dentro l’aereo dell’ESA è comunque maggiore di quello che si potrà sperimentare una volta che saranno aperti ai turisti dello spazio i voli suborbitali attualmente sperimentati da alcune società, come Virgin Galactic. Per chi volesse sperimentare da subito l’ebrezza del volo senza gravità Novespace organizza dei voli aperti a tutti, dal costo di circa 6.000€ a persona: parte del ricavato viene devoluto alle attività di ricerca scientifica.
Fare esperimenti a zero G
La ricerca scientifica possibile sull’aereo della Novespace può riguardare praticamente qualsiasi ambito della scienza: generalmente sono università e istituti di ricerca che ideano un progetto scientifico da sottoporre all’Esa. Se questo viene approvato gli sperimentatori e le loro apparecchiature verranno ospitati sull’aereo per mettere in pratica le loro teorie, e alcuni di questi esperimenti possono anche essere successivamente ospitati sulla ISS.
Fare esperimenti in condizioni così estreme richiede una attenta pianificazione delle apparecchiature, anche per l’esiguità del tempo a disposizione per l’esperimento: tutto deve essere saldamente assicurato all’aereo o contenuto in appositi rack, che a loro volta vengono rivestiti di materiale antiurto e gommapiuma, per evitare danni o di farsi male quando cose e persone finiscono di fluttuare per ritornare rapidamente alla gravità normale.
Gli sperimentatori sono generalmente ancorati con delle fettucce al pavimento o alle pareti durante la fase di zero G, in modo da poter effettuare le rilevazioni necessarie a raccogliere i dati, attrezzature e pc devono comunque essere tarati per sopportare la grande accelerazione della fase iniziale della parabole: ad esempio potrebbero esserci dei problemi con le testine degli hard disk, che potrebbero danneggiarsi o mettersi in posizione di riposo automaticamente, causando la perdita dei dati, per questo vengono quasi sempre utilizzati hard disk “solid state” senza parti in movimento. Durante la 71esima campagna sono stai eseguiti numerosi esperimenti molto diversi tra di loro, che hanno spaziato dalla biologia alla chimica alla fisica. L’Università di Lucerna ha ad esempio eseguito dei test per vedere come si comportano le cartilagini a gravità zero, mentre l’Università di Zurigo ha ideato un esperimento per valutare gli effetti di mancanza di peso sulla rigidità della spina dorsale: un volontario, ancorato al suolo a torso nudo e con un apparecchio attaccato alla schiena, dove eseguire dei test nelle fasi di zero G. Un altro esperimento particolarmente complesso sul piano della logistica è stato quello testato dal Centro di Ricerca per le Neuroscienze di Lione che ha voluto provare l’influenza della gravità sulla percezione delle distanze tra oggetti e osservatore, allestendo una sorta di slitta dove provare in condizioni di microgravità l’avvicinamento ad un oggetto con sperimentatore bendato.
L’Italia a gravità zero
L’Italia era rappresentata dall’Università di Pisa in collaborazione col MIT dove il team guidato dal Professor Paolo Di Marco ha sperimentato la “bagnabilità” delle superfici, cioè il modo in cui un liquido bagna una superficie: per esempio è differente il modo in cui una goccia rimane su una superficie di acciaio o sul burro, e questo semplice esempio ha applicazioni industriali vastissime, perché il modo in cui una superficie è bagnabile ha implicazioni nei trasferimenti di calore, ad esempio nei sistemi di raffreddamento dei reattori nucleari.
A parte il lavoro esiste comunque nell’aereo un’area chiamata “free floating area”, una sorta di gabbia circondata da reti dove, semplicemente, divertirsi fluttuando nell’aria senza il pericolo di incidenti: nessuno degli sperimentatori ovviamente resiste alla tentazione di provarla almeno una volta quando è libero dai test scientifici, ed è possibile per i più arditi sperimentare la camminata sulle pareti, o semplicemente roteare nell’aria col solo scopo di divertirsi.
La durata totale di una campagna di voli, dal decollo dalla base di Bordeaux in Francia al suo ritorno, è di circa tre ore e per piloti, sperimentatori o per chiunque sia a bordo è un termine da tenere ben presente per un motivo preciso: a bordo non ci sono bagni tradizionali per motivi, diciamo, di forza di gravità, sono solo presenti “dispositivi di emergenza” per situazioni veramente non procrastinabili. Le esigenze fisiologiche non guardano in faccia neanche alla forza di gravità.
