Trovo con sempre più frequenza notizie allarmanti circa la scoperta di "nuovi ed inaspettati rischi legati alla salute degli astronauti" che insorgerebbero in occasione di viaggi interplanetari di lunga durata.
L'impressione che si ricava dalla loro lettura è di un progressivo allontanarsi nel tempo della data di partenza del primo viaggio interplanetario da parte di un equipaggio umano; ben oltre gli anni 30 del nuovo millennio, previsione condivisa dai principali enti spaziali e pubblicizzata dall'annuncio "è già nato il primo uomo o la prima donna che calpesteranno il suolo di un altro pianeta".
Responsabili di questa visione "pessimistica" che tende a diffondersi tra il pubblico facendo scemare l'interesse verso l'impresa (mettendone così a rischio i finanziamenti) sono da una parte i ritardi accumulati dalle agenzie spaziali nel realizzare imprese prima annunciate come imminenti e poi "messe in freezer" per lungo tempo (ad es. il progetto Space Webb Telescope), dall'altra gli obiettivi di breve periodo indicati con troppo ottimismo dalle nascenti space companies private (Elon Musk in primis).
Voglio provare a combattere questa visione avvilente "allargando il capo visivo", e cioè citando non autori di ricerche su singoli aspetti della fisiologia di uomini tornati da missioni spaziali o sul tipo di radiazioni che un equipaggio si troverebbe a dover contrastare una volta al di fuori del confortante scudo rappresentato dal campo magnetico terrestre, ma un ingegnere che - alle dipendenze dell'ESA - si occupa in prima persona dello studio a tutto campo di qualsiasi cosa o argomento possa esser indispensabile alla progettazione di un viaggio su Marte.
Si tratta di Tommaso Ghidini, "head of structures, mechanisms & material division @ mechanical department - ESA", che sui (non troppo) futuri viaggi interplanetari ha scritto il suo ultimo libro intitolato "Homo Caelestis".
Nell'autunno scorso ha tenuto parecchie conferenze sull'argomento: i links ai relativi al loro video potete trovarli nel commento a questo post - le regole di FB non consentono di inserirli direttamente qui nel testo - ed ascoltare dalle sue parole quanto vi riporto qui di seguito (e molto di più naturalmente!).
Eccone un breve riassunto.
Pianificare una missione su Marte significa considerare una durata pari a due anni tra viaggio di andata, permanenza sulla superficie e ritorno; due anni durante i quali l'equipaggio non potrà contare sulla possibilità di un rapido rientro per emergenze nel frattempo insorte (non ci sarà come sulla ISS la disponibilità di una capsula Soyuz o Dragon in grado di riportare gli astronauti a terra in poche ore), sarà privo della spettacolare vista del nostro pianeta (niente magnifici scorci dall'alto di mari e continenti, e neppure visioni alla "earth rise" come accadde agli equipaggi sulla Luna) e del conforto della natura.
La luce del sole risulterà accecante e permanente: eclisserà quella delle stelle cosicché lo spazio sembrerà tutto nero, come il cielo descritto dagli astronauti delle missioni Apollo una volta sbarcati sulla superficie del nostro satellite.
Il suolo marziano dovrà poi ospitare i nuovi visitatori per il periodo necessario a centrare la finestra di lancio per il ritorno sul nostro pianeta: una volta sbarcato, l'equipaggio dovrà avere a disposizione una struttura che lo protegga dall'ambiente ostile del pianeta, e cioè una base costruita in loco utilizzando la regolite marziana e stampanti solari per "cuocerla".
Si dovranno adottare criteri di riciclo sistematico. I materiali ricavabili dai moduli di atterraggio, dai razzi esausti, dai paracadute, ecc. saranno recuperati (plastiche e metalli saranno riciclati), mentre il resto di quanto si renda necessario alla permanenza dovrà esser reperito tra le risorse "in situ".
Vista la lunga durata del viaggio e l'altissimo costo per trasportare qualsiasi cosa a bordo, sarà indispensabile poter coltivare il cibo necessario all'intera missione: cosa ottenibile con la selezione (o meglio con la "costruzione" di uno specifico DNA) di piante in grado di crescere in condizioni estreme su terreni inospitali, di offrire più raccolti in pochi mesi.
Difficile compito sarà quello di proteggere gli esploratori esposti a dosi radioattive mai sperimentate in precedenza ed in più dotati di una struttura ossea, muscolare e cardiovascolare in rapido e progressivo decadimento a causa della microgravità.
Sappiamo che le radiazioni aumentano il rischio di malattie neoplastiche, hanno effetti sul sistema nervoso centrale, provocano cataratte, disturbi circolatori e sindromi da contaminazione acuta.
Mentre la microgravità porta rapidamente alla perdita di massa ossea e muscolare, riduce l'attività cardiovascolare, diminuisce la produzione di linfociti nel sangue, cambia le funzionalità motorie, riduce la vista e diminuisce la capacità di rimarginare le ferite.
Di recente si è riusciti ad intervenire sul DNA umano e riparare il danno provocato dalle radiazioni, sono stati creati farmaci contro l'osteoporosi, defibrillatori miniaturizzati.
CIMON è stato il primo robot ad intelligenza artificiale a "fluttuare" nella ISS: è in grado di seguire il comandante (grazie ad un software di riconoscimento facciale) ed interagire con lui. E' persino in grado di comprenderne gli stati d'animo e rivolgersi a lui con un tono di voce ed un'espressione facciale adeguata alla sua condizione psicologica.
Sono già in fase avanzata di sviluppo materiali per la difesa dai "proiettili radioattivi" e dai micrometeoriti, un rischio quest'ultimo spesso trascurato da chi scrive sull'argomento "viaggi interplanetari".
A tal fine sono state concepite tute spaziali dotate di sacche d'acqua a protezione degli organi deputati alla produzione di sangue, risultati molto sensibili al "danno nucleare".
La nave spaziale sarà poi dotata di serbatoi toroidali (oltre a quelli sferici) per creare un "muro d'acqua ed idrogeno" attorno alla sua zona abitabile.
Infragilimento ed invecchiamento precoce saranno combattuti con l'esercizio fisico, come già abbiamo imparato a fare nel corso delle missioni di lunga durata sulla ISS.
Sono infine allo studio motori a propulsione nucleare che accorcerebbero la durata del viaggio ad 1/4 del tempo necessario con i razzi chimici.
Non vengono neppure trascurate quelle che Ghidini definisce "soluzioni più esotiche": studi su come realizzare un campo magnetico attorno alla nave, assicurarle una gravità artificiale generata dalla rotazione.
A questo proposito non è necessario immaginare strutture rigide ed enormi alla "2001 odyssey": è infatti sufficiente collegare due moduli con un cavo e farli ruotare l'uno intorno all'altro per ottenere , grazie alla forza centrifuga, una parvenza di gravità.
Pur restando inferiore rispetto a quella terrestre, gli effetti della microgravità osservati sulla ISS sarebbero scongiurati.
Inaspettatamente, il rischio maggiore che potrebbe causare il fallimento della missione è legato al profilo psicologico di chi sarà costretto a dimorare in uno spazio angusto per 24 mesi: la "cabin fever" è una sindrome che determina lo sviluppo di gravi stati ansiogeni e depressivi, e che può trasformarsi in aggressività nei confronti dei compagni o addirittura di sé stessi.
L'esperimento "Mars500", concluso di recente, volto a simulare le condizioni di un viaggio verso Marte e frutto di una collaborazione tra l'Agenzia Spaziale Europea e l'Agenzia Spaziale Russa, si tenne all'interno di un'astronave simulata nei locali dell'Institute of Biomedical Problems dell'Accademia russa delle scienze a Mosca.
Vennero isolati 6 membri di un possibile equipaggio per 500 giorni - il tempo stimato necessario alla missione su Marte - in un ambiente simile a quello nel quale si troverebbero gli astronauti in viaggio verso il pianeta rosso: cibo razionato ed autoprodotto, attività scientifiche da svolgere, simulazioni di passeggiate sul suolo marziano e soprattutto un ritardo di 40 minuti nelle comunicazioni con l'esterno.
Grazie ad esso ora disponiamo di maggiori e migliori informazioni su quali criteri di selezione dei membri della missione sia opportuno utilizzare, sulle strategie psicologiche da adottare durante il viaggio, su come alternare isolamento e privacy ai momenti di svago collettivo, sulla gestione di alimentazione e cicli di sonno, su quale tipo intrattenimento prevedere (con ampio uso di realtà virtuale e realtà aumentata).
La nostra natura di sapiens, codificata nel nostro DNA, è stata modellata in milioni di anni dalla selezione naturale: questa ha favorito i comportamenti sociali e l'integrazione nell'ambiente, in quanto entrambi apportano vantaggi evolutivi.
Progettando la missione su Marte, durante la quale la socialità si trova ad essere per forza di cose limitata ai pochi membri dell'equipaggio e l'ambiente in cui si vive è quanto di più lontano possa esserci da quello naturale, dobbiamo ribaltare completamente la situazione.
L'autore ci racconta la sua esperienza in occasione di una visita ad un centro di ricerca che si occupa di realtà virtuale ed intelligenza artificiale; la propria attenzione professionale era stata richiamata dallo sviluppo di applicazioni ricreative, che riteneva avrebbero potuto dimostrarsi utili a sostenere gli astronauti durante i lunghi viaggi.
Il progetto esaminato riguardava Frank Zappa e la sua produzione musicale.
Zappa è stato un poliedrico compositore americano le cui opere spaziavano tra i diversi generi ed i molteplici stili, che si dimostrò in grado di contaminare tra di loro con perizia.
L'addestramento della AI finalizzata ad "impossessarsi delle capacità di Zappa" utilizzò tutto il materiale disponibile sull'autore e fece si che questa fosse in grado non soltanto di associare all'esecuzione di ciascun suono la corrispondente performance scenica del cantante, memorizzandone ogni espressione, postura od atteggiamento: ma addirittura di realizzare "nuove" canzoni mai scritte da Zappa (ma nel suo stile inconfondibile) proiettando nel contempo un ologramma che rappresentava con dovizia di particolari l'artista MENTRE eseguiva la performance.
Il tutto con un altissimo grado di verosimiglianza!
Ghidini ci vide la possibilità di "imbarcare" nella missione compagni di viaggio virtuali, quali gli affetti più cari, semplicemente fornendo alla AI tutta la documentazione necessaria (foto, filmati, registrazioni, documenti, scritti, ecc.): gli astronauti potrebbero in tal modo interagire con cloni dei propri famigliari, forse ovviando al fastidioso problema dei 40 minuti di ritardo nelle comunicazioni, e al senso di solitudine e distacco che ne deriva.
Gli scenari che si aprono davanti all'utilizzo di AI di tal natura creano vertigini: uno per tutti la possibilità di proseguire la vita di un individuo (anche di noi stessi) in un mondo virtuale con il quale è possibile interagire.
La critica secondo la quale una AI - al contrario di un essere dotato di coscienza - non si dimostra in grado di comprendere il motivo, l'emozione che ha creato un capolavoro (sia esso una delusione, una gioia, un colpo di genio) diventa di secondaria importanza nel momento in cui si palesa il rischio di non riuscire più a distinguere l'umanità dalla sua simulazione.
All'ESA sono stati costituiti parecchi "Topical teams", gruppi di lavoro che si propongono di metter insieme le più autorevoli personalità di branche del sapere e della ricerca al fine di studiare specifici problemi connessi all'esplorazione del cosmo.
Uno di questi sta studiando le potenzialità dell'utilizzo dell'ibernazione umana, da non confondersi con la crioconservazione, che per ora rimane nell'ambito dei film di fantascienza; si tratta cioè di sviluppare una tecnologia che "mandi in letargo" un essere umano.
Parecchi mammiferi sono in grado di ridurre il metabolismo per affrontare i mesi freddi senza quasi uscire dalle tane, ed è probabile che alcune specie da cui anche noi discendiamo presentassero questa capacità, in seguito "lasciata indietro" dall'evoluzione del genere homo.
Riappropriarsi della capacità di cadere in letargo risolverebbe molti (se non tutti) i problemi che ci si parano dinnanzi nella progettazione di un volo interplanetario: meno consumo di risorse, meno scorie organiche da riciclare, niente problemi di ansia e depressione, niente disturbi del sonno causati dalla permanenza in microgravità.
I mammiferi terrestri che vanno in letargo, e dunque rimangono per lunghi periodi senza svolgere attività fisica, al risveglio non presentano significative riduzioni del tono muscolare; pure la loro struttura ossea rimane intatta senza risentirne.
Il cervello, l'organo che consuma più energia di tutti gli altri, durante tale stato attiva una decisa potatura delle sinapsi, cosa che consente un grande risparmio di risorse; nonostante ciò, recenti studi condotti nell'ambito delle neuroscienze dimostrano come la memoria si mantenga intatta (contribuendo a confutare il paradigma "neurons that fire together wire together" secondo il quale la memoria risieda nel rafforzamento delle sinapsi tra neuroni).
Esperimenti condotti sui tessuti ibernati dimostrano resistenza alle radiazioni X e gamma, mentre sono ancora in corso studi sulla loro risposta ai protoni ed agli ioni pesanti.
In apertura di questo post ho indicato l'impossibilità di un rientro a Terra in caso di emergenza.
Come successe per l'Apollo 13, una volta lanciata verso Marte la futura nave spaziale non potrà invertire la rotta: dovrà necessariamente raggiungere il pianeta per poi ritornare al punto di partenza seguendo una traiettoria "free return".
Ciò significa che non sono possibili scorciatoie riducendo la durata della missione.
Per reagire ad eventuali emergenze mediche che si possono presentare sono state approntate stampanti 3D in grado di ricostruire tessuti umani: obiettivi sono la medicina rigenerativa, la ricostruzione ed il trapianto di organi qualora necessari all'equipaggio.
Un consorzio guidato dall'ESA utilizzando staminali ha realizzato la prima pelle ed il primo osso umano stampati in 3D.
La pelle è stata realizzata partendo da fibroplasti e plasma, "materie prime" facilmente ottenibili dai membri di un equipaggio (in realtà con il plasma è stato un poco più difficile a causa degli effetti della microgravità sui liquidi: si è dovuto aggiungere metilcellulosa ed alginato, a loro volta ottenibili da piante ed alghe coltivabili su una nave spaziale).
Il tessuto osseo è stato generato in modo simile con l'aggiunta di fosfato di calcio quale materiale di supporto, che l'osso è in grado di assorbire e che ne costituirà il nutrimento una volta impiantato.
A chi potrebbe chiedere perché così tanta attenzione alla pelle ed alle ossa, Ghidini risponde che la rigorosa selezione dei membri dell'equipaggio (avverrà anche in base al codice genetico) limiterà fortemente la probabilità dell'insorgenza di patologie neoplastiche, cardiologiche oppure ossee in un periodo relativamente breve (pari a 24 mesi).
Molto maggiore risulta invece il rischio di incidenti a bordo o cadute sul suolo marziano, specie dopo quasi un anno di permanenza in gravità ridotta, cosa che indebolisce le ossa.
Ecco il motivo della ricerca che comprende la definizione di quali equipaggiamenti sarà indispensabile imbarcare, come dovranno esser strutturate le sale operatorie, gli ambienti sterili, l'assistenza robotica e le AI.
Un primo passo (vicino) è l'installazione di una stampante di tal genere sulla ISS, così da creare tessuti dalle cellule staminali degli attuali astronauti direttamente nello spazio, ed osservarne gli effetti.
E' pure finanziato lo sviluppo di una medicina "personalizzata": render cioè disponibili preparati "per quell'individuo" che volerà "in quella particolare missione".
... e le farfalle sul pianeta rosso?
Il figlio minore di Ghidini gli chiese tempo fa se le farfalle potessero volare su Marte.
L'autore si rese conto in quel momento di non essersi mai posto una domanda simile; riflettendoci rispose che "sì, potrebbero volare qualora disponessero di ali enormi per contrastare la ridotta densità dell'aria".
Oggi su Marte vola un elicottero portato lì dalla Terra.
Video relativi alle conferenze tenute da Tommaso Ghidini sull'argomento:
Festival della mente Sarzana settembre 2021
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