Gli umani costruiranno mai astronavi?

"Vivremo mai tra le stelle?"

Questa è la grande domanda di Rachel Armstrong - ed è determinata a rispondere. Professore di architettura sperimentale all'Università di Newcastle nel Regno Unito, Armstrong ha pensato alla costruzione a zero-g per tutta la sua carriera e soprattutto da quando è entrato in Icarus Interstellar, un progetto internazionale progettato per promuovere e facilitare il volo interstellare nel XXI secolo. "Ha a che fare con l'andare oltre i nostri limiti ed essere più di quello che siamo adesso", dice. "La questione dell'astronave riguarda davvero la natura dell'umanità. E questo è diverso dal chiedere se noi può costruisci una nave stellare."

Il can o il can not è soggetto a cambiamenti, ma il would o would not è un prodotto dell'umanità stessa - il nostro ragionamento, le nostre priorità. Il contesto della questione dell'astronave è la crescita della popolazione, il deterioramento ambientale, la ricerca scientifica e l'impulso di esplorare. Rispetto a tutto ciò, definire l'oggetto dell'indagine è facile: una nave stellare, secondo Armstrong, è una nave che può essere utilizzata per trasportare la vita organica a mondi al di fuori del nostro sistema solare. Ci sono due caratteristiche principali che separano una nave spaziale da altri tipi di astronavi: la capacità di sostenere la vita a bordo per un lungo periodo di tempo e la capacità di portare quella vita in altre lune e pianeti.

La vita nello spazio è una cosa che possiamo fare. Questo è ciò che offre la ISS. Ciò che la ISS non può fare è spostarsi su distanze galattiche. La propulsione è, quando si tratta di astronavi, lo sfregamento. Gli scienziati stimano che per raggiungere un altro sistema stellare entro 100 anni, un veicolo spaziale dovrebbe viaggiare a circa il 10 percento della velocità della luce. Senza un motore a curvatura, le cose sono complicate.

Di tutte le tecnologie attuali o proposte, Armstrong pensa che le vele solari siano le più realistiche. Una vela solare utilizza fondamentalmente la pressione della radiazione emessa dalle stelle come forza propulsiva. La pressione della radiazione in questo caso spingerebbe contro grandi specchi ultrasottili attaccati alla navicella come una vela, spostandola in avanti a velocità molto elevate. Questo è un tipo di propulsione (comparativamente) economico. In effetti, è così economico che è la base per il progetto LightSail finanziato dai cittadini della Planetary Society, che ha effettuato un volo di prova nel giugno 2015. Non è necessario trasportare e immagazzinare alcun tipo di propellente a bordo.

"In realtà possiamo iniziare a costruirlo", afferma Armstrong.

Ma ci sono degli svantaggi. Se pezzi inaspettati di polvere e detriti spaziali colpiscono il materiale sottile della vela, l'intera cosa può essere irreparabilmente danneggiata in pochi secondi. Armstrong sostiene che una sonda robotica che cerca una tale spazzatura spaziale potrebbe aiutare a fornire un avvertimento tempestivo, ma la vela avrebbe comunque bisogno di eseguire manovre evasive. Se non ci fossero sistemi di propulsione di riserva a bordo, gli astronauti sarebbero alla completa mercé delle pressioni di radiazione e dei venti solari, che sono meno prevedibili.

Esistono altre tecnologie di propulsione più radicali che probabilmente avrebbero più senso per i tipi più grandi di astronavi. L'energia nucleare ha più senso. Possiamo già fare la fissione nucleare (è come alimentiamo i reattori nucleari qui sulla Terra), ma la fusione nucleare sarebbe tanto più efficiente. Molti altri tipi di tecnologie concettuali si basano sulla tecnologia della fusione, come l'uso di laser e fasci di elettroni per far avanzare una nave. Purtroppo, non sembriamo essere più vicini a rendere la fusione una realtà di quanto lo fossimo un decennio fa.

L'altro grande ostacolo al design della nave stellare è l'abitabilità. Una cosa è mandare le persone nello spazio e un'altra mantenerle in vita. Armstrong sostiene che quest'ultimo può essere fatto, ma solo con il terreno.

"Se vogliamo sopravvivere, avremo bisogno di terra", dice. "Ecco dove è la materia organica."

Il suolo è necessario per la crescita delle piante, che è necessaria per produrre ossigeno, frutta e verdura. Diversi tipi di piante potrebbero anche fornire una tonnellata di materiali organici diversi utili in un'ampia varietà di circostanze. Sfortunatamente, questa ricerca è difficile da perseguire. Il trattato internazionale sullo spazio esterno del 1967 limita gli esperimenti sui microrganismi in ambienti estremi. Supponendo che il trattato fosse modificato, gli scienziati dovrebbero trovare un modo per utilizzare processi chimici dinamici per trasformare zone altamente localizzate. Ciò richiederebbe "terreni eccellenti".

"Siamo in grado di progettare tessuti complessi a vita che vanno oltre l'idea di acqua e aria mescolate in determinati rapporti", afferma Armstrong. "Se introducessimo strategicamente diversi tipi di organismi e forse anche di tessuti tecnologici, potremmo scoprire che i terreni possono fare molto di più di quanto non facciano naturalisticamente."

La biologia sintetica potrebbe persino aiutare noi piante bioingegnere che potrebbero svolgere un ruolo critico in un ambiente stellare. Queste piante potrebbero essere prodotte per produrre ossigeno in quantità maggiori, vivere con meno risorse, filtrare i sistemi acquatici per riciclare l'acqua potabile, produrre frutta e verdura a ritmi più veloci, ecc.

Ma un habitat sostenibile non significa solo fornire le risorse per aiutare a far crescere la vita. Armstrong ha passato molto tempo ad esplorare le "tecnologie viventi" - in cui i materiali metabolici agiscono come "un'interfaccia chimica o linguaggio attraverso il quale strutture artificiali come l'architettura possono connettersi con i sistemi naturali". Questi materiali possiedono in pratica tratti metabolici che consentono loro per trasformarsi in stati diversi attraverso processi energetici. Armstrong è più interessato a capire come i materiali metabolici potrebbero partecipare alla creazione di un paesaggio ecologico insieme a materiali strutturali più convenzionali.

Un esempio sono le "gocce di olio protocellulare" che possono spostarsi in un ambiente e subire comportamenti complessi basati su condizioni mutevoli. Questo potrebbe significare diventare sempre più sensibili alla luce; rispondere a vibrazioni e vibrazioni; alterare le mutevoli composizioni d'aria versando diversi tipi di prodotti di scarto; o addirittura autoriparabile dopo essere stato danneggiato. Quest'ultima abilità potrebbe essere particolarmente utile per creare uno strato di scafo spaziale che aiuti a minimizzare il danno inflitto da altri oggetti invisibili che feriscono lo spazio, come piccole rocce o frammenti di ghiaccio.

Questi ostacoli rendono improbabile che ci incontreremo con la scadenza autoimposta di 2100 stellari di Armstrong. Anche se i vincoli tecnologici non fossero un problema, le forze economiche e politiche indubbiamente rallenterebbero il processo. Eppure, Armstrong è fiducioso che con l'interesse crescente per tornare sulla Luna e portare gli umani su Marte, potremmo presto stabilire una stazione di ricerca dedicata esclusivamente a considerare come costruire una nave stellare.

"Siamo seriamente intenzionati a creare una civiltà interplanetaria", afferma Armstrong.

"Anche se sembra fantascienza, pensare alle astronavi ci invita a pensare in modo strategico a come andiamo a fare le cose a lungo termine, per le generazioni a venire. Non sappiamo cosa succederà dopo, ma dobbiamo andare nell'ignoto."