COS'è LA STAZIONE SPAZIALE INTERNAZIONALE?

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Dopo le storiche missioni Apollo, che hanno visto gli umani mettere piede su un altro corpo celeste per la prima volta nella storia, la NASA e l'Agenzia spaziale russa (Roscosmos) hanno iniziato a spostare le loro priorità lontano dall'esplorazione pioneristica dello spazio e hanno iniziato a concentrarsi sullo sviluppo a lungo termine capacità nello spazio. Nei decenni successivi (dagli anni '70 agli anni '90), entrambe le agenzie iniziarono a costruire e distribuire stazioni spaziali, ognuna più grande e complessa della precedente.

L'ultima e la più grande di queste è la Stazione Spaziale Internazionale (ISS), una struttura scientifica che risiede nell'orbita terrestre bassa del nostro pianeta. Questa stazione spaziale è la più grande e sofisticata struttura di ricerca orbitante mai costruita, ed è così grande che può essere effettivamente vista ad occhio nudo. Fondamentale nella sua missione è l'idea di promuovere la cooperazione internazionale per promuovere la scienza e l'esplorazione dello spazio.

Origine:

La pianificazione per la ISS iniziò negli anni '80 e si basava in parte sui successi della stazione spaziale Mir della Russia, Skylab della NASA e il programma Space Shuttle. Si sperava che questa stazione potesse consentire il futuro utilizzo dell'orbita terrestre bassa e delle sue risorse e servire come base intermedia per rinnovati sforzi di esplorazione sulla Luna, missione su Marte e oltre.

Nel maggio del 1982, la NASA istituì la task force della Stazione Spaziale, incaricata di creare un quadro concettuale per tale stazione spaziale. Alla fine, il piano ISS che è emerso è stato il culmine di diversi piani per una stazione spaziale - che includeva la NASA La libertà e quello sovietico Mir-2 concetti, così come quelli del GiapponeKibo laboratorio e dell'Agenzia spaziale europea Colombo laboratorio.

Il La libertà il concetto prevedeva che una stazione spaziale modulare fosse dispiegata in orbita, dove sarebbe stata la controparte del Soviet Salyut e Mir stazioni spaziali. Nello stesso anno, la NASA ha contattato la Japanese Aerospace and Exploration Agency (JAXA) per partecipare al programma con la creazione del Kibo, noto anche come modulo di esperimento giapponese.

L'Agenzia spaziale canadese è stata avvicinata allo stesso modo nel 1982 e gli è stato chiesto di fornire supporto robotico alla stazione. Grazie al successo del Canadarm, che era parte integrante del programma Space Shuttle, il CSA ha concordato di sviluppare componenti robotici che avrebbero aiutato a attraccare, eseguire la manutenzione e assistere gli astronauti con le passeggiate nello spazio.

Nel 1984, l'ESA fu invitata a partecipare alla costruzione della stazione con la creazione del Colombo laboratorio - un laboratorio di ricerca e sperimentazione specializzato nella scienza dei materiali. Costruzione di entrambi Kibo e Colombo sono stati approvati nel 1985. Come il programma spaziale più ambizioso nella storia di entrambe le agenzie, lo sviluppo di questi laboratori è stato visto come centrale per le capacità spaziali emergenti dell'Europa e del Giappone.

Nel 1993, il vicepresidente americano Al Gore e il primo ministro russo Viktor Chernomyrdin hanno annunciato che avrebbero messo in comune le risorse destinate a creare La libertà e Mir-2. Invece di due stazioni spaziali separate, i programmi avrebbero funzionato in modo collaborativo per creare un'unica stazione spaziale, che in seguito fu denominata Stazione spaziale internazionale.

Costruzione:

La costruzione della ISS è stata resa possibile con il supporto di più agenzie spaziali federali, tra cui NASA, Roscosmos, JAXA, CSA e membri dell'ESA - in particolare Belgio, Danimarca, Francia, Spagna, Italia, Germania, Paesi Bassi, Norvegia , Svizzera e Svezia. Anche l'Agenzia spaziale brasiliana (AEB) ha contribuito allo sforzo di costruzione.

La costruzione orbitale della stazione spaziale è iniziata nel 1998 dopo che le nazioni partecipanti hanno firmato l'Accordo intergovernativo della stazione spaziale (IGA), che ha istituito un quadro giuridico che ha sottolineato la cooperazione basata sul diritto internazionale. Le agenzie spaziali partecipanti hanno anche firmato i quattro protocolli d'intesa (MoU), che definiscono le loro responsabilità nella progettazione, nello sviluppo e nell'uso della stazione.

Il processo di assemblaggio è iniziato nel 1998 con lo spiegamento di "Zarya’ ("Sunrise" in russo) Modulo di controllo o blocco funzionale del carico. Costruito dai russi con finanziamenti dagli Stati Uniti, questo modulo è stato progettato per fornire propulsione e potenza iniziali alla stazione. Il modulo pressurizzato - che pesava oltre 19.300 kg (42.600 libbre) - fu lanciato a bordo di un missile russo Proton nel novembre 1998.

Il 4 dicembre, il secondo componente - il 'Unità' Nodo: è stato messo in orbita dallo Space Shuttle Tentativo (STS-88), insieme a due adattatori di accoppiamento pressurizzati. Questo nodo era uno dei tre: Armonia e La tranquillità essendo gli altri due, ciò costituirebbe lo scafo principale della ISS. Domenica 6 dicembre, è stato accoppiato Zarya dall'equipaggio della STS-88 all'interno del vano di carico della navetta.

Le prossime rate sono arrivate nel 2000, con la distribuzione di Zvezda Modulo di servizio (il primo modulo di abitazione) e molteplici missioni di approvvigionamento condotte dallo Space Shuttle Atlantis. Lo Space Shuttle Scoperta (STS-92) ha anche consegnato il terzo accoppiamento pressurizzato adattato alle stazioni e un'antenna in banda Ku in ottobre. Alla fine del mese, il primo equipaggio della Spedizione fu lanciato a bordo di un razzo Soyuz, che arrivò il 2 novembre.

Nel 2001, il 'Destino' Modulo di laboratorio e ‘Pirs’ Lo scompartimento di attracco è stato consegnato. I rack modulari di cui fanno parte Destino sono stati inoltre spediti utilizzando i moduli logistici multiuso Raffaello (MPLM) a bordo dello Space Shuttle Tentativoe messo in atto usando il braccio robotico Canadarm2. Nel 2002 sono stati consegnati ulteriori rack, segmenti di tralicci, pannelli solari e il sistema di base mobile per il sistema di manutenzione mobile della stazione.

Nel 2007, l'europeo Armonia è stato installato il modulo, che ha consentito l'aggiunta dei laboratori Columbus e Kibo, entrambi aggiunti nel 2008. Tra il 2009 e il 2011, la costruzione è stata completata con l'aggiunta del Mini-Research Module russo 1 e -2 (MRM1 e MRM2), il 'La tranquillità' Nodo, il modulo di osservazione Cupola, il Leonardo Modulo multiuso permanente e suite tecnologica Robonaut 2.

Nessun modulo o componente aggiuntivo è stato aggiunto fino al 2016, quando Bigelow Aersopace ha installato il modulo sperimentale espandibile Bigelow (BEAM). Tutto sommato, ci sono voluti 13 anni per costruire la stazione spaziale, circa 100 miliardi di dollari, e sono stati necessari più di 100 lanci di razzi e Space Shuttle e 160 passeggiate spaziali.

A partire dalla pubblicazione di questo articolo, la stazione è stata continuamente occupata per un periodo di 16 anni e 74 giorni dall'arrivo della Spedizione 1 il 2 novembre 2000. Questa è la presenza umana continua più lunga nella bassa orbita terrestre, avendo superato Mir record di 9 anni e 357 giorni.

Scopo e scopi:

Lo scopo principale della ISS è quadruplice: condurre ricerche scientifiche, promuovere l'esplorazione dello spazio, facilitare l'istruzione e la divulgazione e promuovere la cooperazione internazionale. Questi obiettivi sono sostenuti dalla NASA, dall'Agenzia spaziale federale russa (Roscomos), dall'Agenzia giapponese di esplorazione aerospaziale (JAXA), dall'Agenzia spaziale canadese (CSA) e dall'Agenzia spaziale europea (ESA), con il sostegno aggiuntivo di altre nazioni e istituzioni .

Per quanto riguarda la ricerca scientifica, la ISS offre un ambiente unico per condurre esperimenti in condizioni di microgravità. Mentre i veicoli spaziali con equipaggio forniscono una piattaforma limitata che viene dispiegata nello spazio solo per un periodo di tempo limitato, l'ISS consente studi a lungo termine che possono durare per anni (o addirittura decenni).

Molti progetti diversi e continui sono stati condotti a bordo della ISS, che sono resi possibili con il supporto di un equipaggio a tempo pieno di sei astronauti e una continuità dei veicoli in visita (che consente anche di fornire rifornimenti e rotazioni dell'equipaggio). Gli scienziati sulla Terra hanno accesso ai loro dati e sono in grado di comunicare con i team scientifici attraverso una serie di canali.

I numerosi campi di ricerca condotti a bordo della ISS includono astrobiologia, astronomia, ricerca umana, scienze della vita, scienze fisiche, spazio meteorologico e meteorologia. Nel caso del tempo spaziale e della meteorologia, la ISS è in una posizione unica per studiare questi fenomeni perché si trova in LEO. Qui ha un breve periodo orbitale, che gli consente di assistere più volte al clima di tutto il mondo in un solo giorno.

È anche esposto a cose come raggi cosmici, vento solare, particelle subatomiche cariche e altri fenomeni che caratterizzano un ambiente spaziale. La ricerca medica a bordo della ISS si concentra in gran parte sugli effetti a lungo termine della microgravità sugli organismi viventi - in particolare sui suoi effetti sulla densità ossea, sulla degenerazione muscolare e sulla funzione degli organi - che è intrinseco alle missioni di esplorazione spaziale a lungo raggio.

L'ISS conduce anche ricerche utili ai sistemi di esplorazione dello spazio. La sua posizione in LEO consente anche di testare i sistemi di veicoli spaziali necessari per le missioni a lungo raggio. Fornisce inoltre un ambiente in cui gli astronauti possono acquisire un'esperienza vitale in termini di operazioni, servizi di manutenzione e riparazione, che sono altrettanto cruciali per le missioni a lungo termine (come la missione sulla Luna e su Marte).

L'ISS offre anche opportunità di istruzione grazie alla partecipazione a esperimenti, in cui gli studenti sono in grado di progettare esperimenti e guardare mentre gli equipaggi dell'ISS li svolgono. Gli astronauti della ISS sono anche in grado di coinvolgere le aule attraverso collegamenti video, comunicazioni radio, e-mail e video educativi / episodi web. Varie agenzie spaziali mantengono anche materiale didattico per il download basato su esperimenti e operazioni ISS.

Anche la divulgazione educativa e culturale rientra nel mandato della ISS. Queste attività sono condotte con l'aiuto e il supporto delle agenzie spaziali federali partecipanti e sono progettate per incoraggiare l'istruzione e la formazione professionale nei settori STEM (Scienza, Tecnica, Ingegneria, Matematica).

Uno degli esempi più noti di questo sono i video educativi creati da Chris Hadfield - l'astronauta canadese che ha servito come comandante della Spedizione 35 a bordo della ISS - che ha raccontato le attività quotidiane degli astronauti della ISS. Ha anche diretto una grande attenzione alle attività dell'ISS grazie alla sua collaborazione musicale con Barenaked Ladies e Wexford Gleeks - dal titolo “I.S.S. (Is Somebody Singing) ”(mostrato sopra).

Il suo video, una cover di "Space Oddity" di David Bowie, gli è valso anche un ampio consenso. Oltre a richiamare ulteriormente l'attenzione sulla ISS e le sue operazioni dell'equipaggio, è stata anche una grande impresa poiché è stato l'unico video musicale mai girato nello spazio!

Operazioni a bordo della ISS:

Come notato, la ISS è facilitata da equipaggi in rotazione e lanci regolari che trasportano rifornimenti, esperimenti e attrezzature alla stazione. Questi assumono la forma di veicoli con equipaggio e senza equipaggio, a seconda della natura della missione. Gli equipaggi vengono generalmente trasportati a bordo di veicoli spaziali russi Progress, che vengono lanciati tramite missili Soyuz dal cosmodromo di Baikonur in Kazakistan.

Roscosmos ha condotto un totale di 60 viaggi verso la ISS utilizzando veicoli spaziali Progress, mentre 40 lanci separati sono stati condotti utilizzando i razzi Soyuz. Sono stati inoltre effettuati circa 35 voli per la stazione utilizzando gli Space Shuttle della NASA, ormai ritirati, che trasportavano equipaggio, esperimenti e rifornimenti. L'ESA e il JAXA hanno entrambi condotto 5 missioni di trasferimento del carico, utilizzando rispettivamente il veicolo di trasferimento automatizzato (ATV) e il veicolo di trasferimento H-II (HTV).

Negli ultimi anni, compagnie aerospaziali private come SpaceX e Orbital ATK sono state incaricate di fornire missioni di rifornimento alla ISS, cosa che hanno fatto usando i loro veicoli spaziali Dragon e Cygnus. Altre imbarcazioni, come la navicella spaziale Crew Dragon di SpaceX, dovrebbero fornire il trasporto dell'equipaggio in futuro.

Oltre allo sviluppo di missili riutilizzabili del primo stadio, questi sforzi vengono in parte realizzati per ripristinare la capacità di lancio nazionale negli Stati Uniti. Dal 2014, le tensioni tra Russia e Stati Uniti hanno portato a crescenti preoccupazioni per il futuro della cooperazione russo-americana con programmi come l'ISS.

Le attività dell'equipaggio consistono nello svolgimento di esperimenti e ricerche considerati vitali per l'esplorazione dello spazio. Queste attività sono programmate dalle 06:00 alle 21:30 ore UTC (Universal Coordinated Time), con pause per colazione, pranzo, cena e conferenze regolari dell'equipaggio. Ogni membro dell'equipaggio ha il proprio alloggio (che comprende un sacco a pelo legato), due dei quali si trovano nel Zvezda Modulo e altri quattro installati in Armonia.

Durante le "ore notturne", le finestre sono coperte per dare l'impressione di oscurità. Ciò è essenziale poiché la stazione vede 16 albe e tramonti al giorno. Sono previsti due periodi di allenamento di 1 ora ciascuno al giorno per garantire che i rischi di atrofia muscolare e perdita ossea siano ridotti al minimo. L'attrezzatura ginnica comprende due tapis roulant, il dispositivo di allenamento per resistenze avanzate (ARED) per l'allenamento con i pesi simulato e una cyclette.

L'igiene viene mantenuta grazie a getti d'acqua e sapone erogati dai tubi, nonché salviettine umidificate, shampoo senza risciacquo e dentifricio commestibile. I servizi igienici sono forniti da due servizi igienici spaziali - entrambi di design russo - a bordo del Zvezda e La tranquillità Moduli. Simile a quello che era disponibile a bordo dello Space Shuttle, gli astronauti si fissano al sedile del water e la rimozione dei rifiuti viene effettuata con un foro di aspirazione del vuoto.

I rifiuti liquidi vengono trasferiti al sistema di recupero dell'acqua, dove vengono riconvertiti in acqua potabile (sì, gli astronauti bevono la propria urina, dopo una moda!). I rifiuti solidi vengono raccolti in singoli sacchetti che vengono conservati in un contenitore di alluminio, che vengono quindi trasferiti sul veicolo spaziale ancorato per lo smaltimento.

Il cibo a bordo della stazione consiste principalmente di cibi liofilizzati in sacchetti di plastica sigillati sotto vuoto. Sono disponibili prodotti in scatola, ma sono limitati a causa del loro peso (che li rende più costosi da trasportare). Frutta e verdura fresche vengono portate durante le missioni di rifornimento e una vasta gamma di spezie e condimenti viene utilizzata per garantire che il cibo sia saporito, il che è importante poiché uno degli effetti della microgravità è un ridotto senso del gusto.

Per evitare la fuoriuscita, le bevande e le zuppe sono contenute in pacchetti e consumate con una cannuccia. Gli alimenti solidi vengono consumati con un coltello e una forchetta, che sono fissati a un vassoio con magneti per impedire loro di fluttuare via, mentre le bevande vengono fornite in forma di polvere disidratata e quindi miscelate con acqua. Eventuali alimenti o briciole che galleggiano lontano devono essere raccolti per evitare che ostruiscano i filtri dell'aria e altre attrezzature.

Pericoli:

La vita a bordo della stazione comporta anche un alto grado di rischio. Questi si presentano sotto forma di radiazioni, effetti a lungo termine della microgravità sul fisico umano, effetti psicologici dell'essere nello spazio (ovvero stress e disturbi del sonno) e pericolo di collisione con detriti spaziali.

In termini di radiazione, gli oggetti all'interno dell'orbita terrestre bassa sono parzialmente protetti dalle radiazioni solari e dai raggi cosmici dalla magnetosfera terrestre. Tuttavia, senza la protezione dell'atmosfera terrestre, gli astronauti sono ancora esposti a circa 1 millisievert al giorno, che è l'equivalente di ciò a cui una persona sulla Terra è esposta nel corso di un anno.

Di conseguenza, gli astronauti hanno un rischio maggiore di sviluppare il cancro, soffrire di DNA e danni cromosomici e una ridotta funzionalità del sistema immunitario. Ecco perché a bordo della stazione sono indispensabili schermature protettive e droghe, nonché protocolli per limitare l'esposizione. Ad esempio, durante l'attività del brillamento solare, gli equipaggi sono in grado di cercare riparo nel segmento orbitale russo più pesantemente schermato della stazione.

Come già notato, gli effetti della microgravità influiscono anche sui tessuti muscolari e sulla densità ossea. Secondo uno studio del 2001 condotto dall'Human Research Program (HRP) della NASA - che ha studiato gli effetti sul corpo di un astronauta Scott Kelly dopo aver trascorso un anno a bordo della ISS - la perdita di densità ossea si verifica a un tasso superiore all'1% al mese.

Allo stesso modo, un rapporto del Johnson Space Center - intitolato "Atrofia muscolare" - affermava che gli astronauti sperimentano una perdita del 20% della massa muscolare sui voli spaziali della durata di soli 5-11 giorni. Inoltre, studi più recenti hanno indicato che gli effetti a lungo termine dell'essere nello spazio includono anche una ridotta funzione degli organi, un ridotto metabolismo e una riduzione della vista.

Per questo motivo, gli astronauti si esercitano regolarmente al fine di ridurre al minimo la perdita di muscoli e ossa, e il loro regime nutrizionale è progettato per assicurarsi che siano i nutrienti appropriati per mantenere la corretta funzione degli organi. Oltre a ciò, sono ancora allo studio gli effetti a lungo termine sulla salute e le strategie aggiuntive per combatterli.

Ma forse il pericolo maggiore si presenta sotto forma di orbita attorno alla spazzatura - aka. detriti spaziali. Al momento, ci sono oltre 500.000 pezzi di detriti che vengono seguiti dalla NASA e da altre agenzie mentre orbitano attorno alla Terra. Si stima che 20.000 di questi siano più grandi di una palla da softball, mentre il resto ha le dimensioni di un ciottolo. Tutto sommato, è probabile che ci siano molti milioni di pezzi di detriti in orbita, ma la maggior parte sono così piccoli che non possono essere rintracciati.

Questi oggetti possono viaggiare a una velocità massima di 28.163 km / h (17.500 mph), mentre l'ISS orbita attorno alla Terra a una velocità di 27.600 km / h (17.200 mph). Di conseguenza, una collisione con uno di questi oggetti potrebbe essere catastrofica per la ISS. Le stazioni sono naturalmente schermate per resistere agli impatti di piccoli frammenti di detriti e anche di micro-meteoroidi - e questa schermatura è divisa tra il segmento orbitale russo e il segmento orbitale statunitense.

Su USOS, la schermatura è costituita da un sottile foglio di alluminio tenuto separato dallo scafo. Questo foglio fa frantumare gli oggetti in una nuvola, disperdendo così l'energia cinetica dell'impatto prima che raggiunga lo scafo principale. Sul ROS, la schermatura assume la forma di uno schermo a nido d'ape in plastica al carbonio, uno schermo a nido d'ape in alluminio e un panno di vetro, tutti distanziati sullo scafo.

La protezione dei ROS ha meno probabilità di essere forata, quindi perché l'equipaggio si sposta sul ROS ogni volta che si presenta una minaccia più grave. Ma di fronte alla possibilità di un impatto da un oggetto più grande che viene tracciato, la stazione esegue ciò che è noto come una manovra di prevenzione dei detriti (DAM). In questo caso, i propulsori sul segmento orbitale russo sparano per alterare l'altitudine orbitale della stazione, evitando così i detriti.

Futuro della ISS:

Data la sua dipendenza dalla cooperazione internazionale, negli ultimi anni si è manifestata preoccupazione, in risposta alle crescenti tensioni tra Russia, Stati Uniti e NATO, sul futuro della Stazione spaziale internazionale. Tuttavia, per il momento, le operazioni a bordo della stazione sono sicure, grazie agli impegni presi da tutti i principali partner.

Nel gennaio 2014, l'amministrazione Obama ha annunciato che avrebbe esteso i finanziamenti per la parte statunitense della stazione fino al 2024. Roscosmos ha approvato questa estensione, ma ha anche espresso l'approvazione per un piano che avrebbe utilizzato elementi del segmento orbitale russo per costruire una nuova stazione spaziale russa.

Conosciuta come Orbital Piloted Assembly and Experiment Complex (OPSEK), la stazione proposta servirebbe come piattaforma di assemblaggio per veicoli spaziali con equipaggio che viaggiano verso la Luna, Marte e il sistema solare esterno. Ci sono stati anche alcuni tentativi di annuncio da parte di funzionari russi su un possibile sforzo collaborativo per costruire un futuro sostituto della ISS. Tuttavia, la NASA non ha ancora confermato questi piani.

Nell'aprile 2015, il governo canadese ha approvato un budget che includeva finanziamenti per garantire la partecipazione della CSA con l'ISS fino al 2024. Nel dicembre 2015, JAXA e NASA hanno annunciato i loro piani per un nuovo quadro cooperativo per la Stazione Spaziale Internazionale (ISS), tra cui il Giappone che ha esteso la sua partecipazione fino al 2024. A partire da dicembre 2016, l'ESA si è anche impegnata ad estendere la sua missione al 2024.

L'ISS rappresenta uno dei maggiori sforzi collaborativi e internazionali nella storia, per non parlare di una delle più grandi imprese scientifiche. Oltre a fornire un luogo per importanti esperimenti scientifici che non possono essere condotti qui sulla Terra, sta anche conducendo ricerche che aiuteranno l'umanità a compiere i suoi prossimi grandi salti nello spazio - cioè la missione su Marte e oltre!

Inoltre, è stata fonte di ispirazione per innumerevoli milioni di persone che un giorno sognano di andare nello spazio! Chissà quali grandi impegni l'ISS consentirà prima che venga definitivamente ritirata, molto probabilmente tra decenni?

Abbiamo scritto molti articoli interessanti sulla ISS qui su Space Magazine. Qui la Stazione Spaziale Internazionale raggiunge 15 anni di presenza umana continua in orbita, la Guida per principianti a vedere la Stazione Spaziale Internazionale, fare una passeggiata spaziale 3D virtuale al di fuori della Stazione Spaziale Internazionale, visualizzazione della Stazione Spaziale Internazionale e immagini della Stazione Spaziale.

Per ulteriori informazioni, consulta la Guida di riferimento della NASA alla ISS e questo articolo sul decimo anniversario della stazione spaziale.

Il cast di astronomia ha anche episodi rilevanti sull'argomento. Ecco le domande: una luna sbloccata, energia nei buchi neri e l'orbita della stazione spaziale, ed episodio 298: stazioni spaziali, parte 3 - Stazione spaziale internazionale.

fonti: