La Stazione Spaziale Internazionale (ISS): vita a bordo e contesto operativo

Il 9 marzo 2023 si è svolta, organizzata dal CDT – Club Dirigenti Tecnici, una interessante serata sulla Stazione Spaziale Internazionale (ISS), satellite abitabile in orbita intorno alla Terra con funzioni di laboratorio scientifico e osservatorio astronomico; la serata ha voluto anche sottolineare l’eccellenza che Torino rappresenta nel mondo, nelle tecnologie avanzate dell’Aerospazio.

 

I relatori sono stati:

• Emanuele Pensavalle, Socio CDT – Senior Program & Innovation Manager,che ha lavorato in diverse aziende del settore aerospaziale, l’allora Aeritalia, oggi Thales Alenia Space, poi in Aviospace e attualmente consulente di aziende europee su aerospazio, innovazione e ricerca tecnologica. Ha illustrato la vita degli astronauti sulla ISS nei suoi vari aspetti, sia lavorativi che non, caratterizzata dai molti vincoli dovuti alle condizioni estremamente particolari in cui si svolge e pressoché sconosciuti ai non addetti ai lavori

• Ivano Verzola, Socio CDT – che ha lavorato al Columbus Control Center di Monaco per l’Agenzia Spaziale Tedesca e poi per l’ESA – Agenzia Spaziale Europea – come Flight Director del modulo Columbus, laboratorio spaziale sviluppato dall’ESA e realizzato essenzialmente in Italia, precisamente a Torino da Alenia Spazio. Attualmente lavora come Innovation, Research & Development Manager presso la Lazzero Tecnologie di Chieri. Ha illustrato  il complesso Sistema di Pianificazione e Controllo che dalla Terra organizza minuziosamente tutte le attività che si svolgono a bordo dell’ISS verificandone lo svolgimento effettivo.

Il Presidente CDT Antonio Errichiello ha fatto una breve introduzione al tema dell’incontro e, dopo avere ringraziato il Presidente della Lazzero Tecnologie per il fattivo contributo dato all’organizzazione della serata ha presentato i due relatori al folto e interessato pubblico presente in sala sottolineando l’innovatività ed esclusività del tema trattato.

 

 

 

Degli aspetti illustrati nella prima presentazone “La vita degli astronauti sulla Stazione Spaziale Internazionale” fatta da Emanuele Pensavalle

si riportano di seguito quelli forse meno noti:

• la stazione orbita intorno alla Terra ad un’altezza di circa 400 km con una velocità di oltre 28.000 km/h, impiegando 90 minuti per fare un giro completo; poiché a quella quota c’è una presenza residua di atmosfera che, sebbene molto rarefatta, tende a rallentarla, sono necessarie periodiche manovre di reboost per recuperare la quota richiesta ed evitare che ricada sulla Terra
• le dimensioni sono ragguardevoli, circa 110 x 90 m, paragonabili a quelle di un campo di calcio, con un volume abitabile di circa 400 m³ (circa il 50% della parte abitabile è stata realizzata a Torino)

Partecipano al progetto oltre 15 nazioni: USA, Russia, Giappone, Canada, UK, Svizzera e diversi Stati europei, con l’Italia che ha avuto una parte molto rilevante nella sua realizzazione

Nella ISS, occupata stabilmente dal novembre 2000, si sono succeduti oltre 200 astronauti con una presenza corrente di 6 astronauti in contemporanea: il lavoro a bordo si suddivide fra operazioni di missione (attività di routine necessarie al mantenimento della stazione in condizioni operative) e di ricerca scientifica, che è l’obiettivo del progetto, in biologia, medicina, scienza dei materiali e altro.

Sono condotti in generale esperimenti scientifici in quei campi dove la quasi totale assenza di gravità (condizioni di microgravità) può dare un contributo essenziale alla realizzazione di applicazioni innovative o allo studio di fenomeni fisici, chimici e biologici che potrebbero essere mascherati o modificati dalla gravità terrestre e si possono suddividere in categorie:

• fisiologia e psicologia umana
• fisica e chimica dei materiali e delle combustioni
• radiazioni cosmiche
• sospensioni e aerosol

Sono inoltre condotte osservazioni dello spazio profondo e studi della geofisica e della meteorologia terrestre.

La mancanza di gravità tuttavia rende la vita a bordo notevolmente diversa e più difficile di quella a cui siamo abituati (cibarsi, bere, dormire, mantenere condizioni igieniche accettabili, etc.) e soprattutto ha degli effetti negativi di tipo psico-fisico via via più gravi con il tempo trascorso in condizioni di microgravità, quali:

• alterazioni del sistema cardiovascolare e dell’apparato respiratorio
• perdita di massa muscolare
• disturbi della vista dovuti all’aumento di pressione nei bulbi oculari

 

Una conseguenza insospettata dell’assenza di gravità è stata la scoperta che il meccanismo di rinnovo (rigenerazione/distruzione) dello scheletro ad opera di osteoblasti e osteoclasti è profondamente alterato portando ad una perdita progressiva di densità ossea.

Particolarmente negativi gli effetti delle radiazioni ionizzanti (essenzialmente particelle subatomiche pesanti, ioni ad alta energia e radiazioni gamma): è un problema di difficile risoluzione per l’elevata massa necessaria a schermarle ed è il principale limite alle esplorazioni spaziali di lunga durata.

Sulla ISS gli astronauti permangono al massimo per sei mesi continuativi mentre per una missione su Marte sarebbero necessari circa tre anni, il che la rende al momento di difficile realizzazione.

Nella presentazione dal titolo  “Operazioni per il volo spaziale umano: l’ISS e il Columbus” condotta da Ivano Verzola, sono stati illustrati gli aspetti di pianificazione e controllo delle missioni spaziali operate a bordo del Columbus.

È intuibile come queste  richiedano un controllo e un supporto da Terra h24 strutturato su più livelli:

• profilo di missione e relativo supporto tecnico
• esperimenti scientifici e relativo supporto specialistico
• sistema operativo e relativo supporto ingegneristico

e si può capire facilmente come il percorso per diventare astronauta sia lungo e complesso.

Nel modulo Columbus, contributo europeo all’ISS, oltre a quelli generali già citati in precedenza, si fanno esperimenti specifici sul campo magnetico terrestre, sull’influenza della gravità alla crescita delle piante, sul clima terrestre, sulla localizzazione dei natanti tramite AIS, sulle radiazioni e altri d’interesse per le future esplorazioni spaziali.

I Centri di Controllo sono una ventina diffusi su tutta la superficie terrestre e in particolare il Col-CC (Columbus Control Center) è il Centro responsabile per le operazioni effettuate nel modulo in questione dell’ISS.

In ottemperanza ai criteri, elencati in ordine di priorità decrescente:

• Crew safety
• Vehicle integrity
• Mission success

il Centro gestisce la logistica e la manutenzione del modulo, insieme con i sistemi di terra che supportano le operazioni, ed è responsabile del Supporto Ingegneristico, della Product Assurance e della Safety.

uIl sistema di pianificazione e controllo di tutte le attività a bordo del modulo Columbus è fortemente strutturato ed è suddiviso in livelli di pianificazione:

• strategica e tattica, con orizzonte da 36 mesi a 12 mesi, in cui si individuano le attività da effettuare e le relative priorità
• a lungo termine, da 12 mesi a 1 mese, con creazione delle attività e assegnazione delle week di esecuzione evitando interferenze e periodi vuoti
• a breve termine, da 1 mese a 1 giorno, con l’inserimento delle attività in una specifica timeline e diversi cicli di review per assicurarsi di non avere fatto errori e di avere predisposto tutto quanto necessario allo svolgimento delle attività programmate, compresi i materiali e le apparecchiature necessarie insieme con le procedure di lavoro approntate per le attività in questione

Infine, quando tutte le attività da eseguire sono state riportate sulla timeline – che programma quali attività eseguire, quando e in che ordine farle sincronizzando i teams di bordo e di terra – viene dato il “GO for operations!” e si attiva il monitoraggio in continuo delle attività in corso di esecuzione.

Di queste attività è prevista una completa tracciabilità, in modo da potere ricostruire a distanza di non importa quanto tempo come e da chi sono state condotte, allo scopo sia di verificarne la corretta esecuzione che la loro idoneità a conseguire gli obiettivi di missione previsti.

Alcune immagini della serata:

Il Team organizzativo e i relatori:

Ivano Verzola, Antonio Errichiello, Emanuele Pensavalle, Zaverio Lazzero

Al termine delle presentazioni e delle domande rivolte ai relatori ci si è intrattenuti in sala con un aperitivo di networking

per uno scambio di conoscenze, come d’uso al termine di questi incontri.

  

A cura di Giovanni Zurlo – Consigliere CDT e Membro del Team tecnico-scientifico