IL BLOG IN SINTESI

Artificiale cos'è? 
ottenuto con accorgimenti o procedimenti tecnici che imitano o sostituiscono l'aspetto, il prodotto o il fenomeno naturale.

La gravità artificiale: è una serie di sistemi progettati per simulare la gravità di un pianeta in modo da semplificare la vita nello spazio. 

1. Analisi per comprendere meglio la gravità artificiale (terminologia, concetti e abecedario (illustrazione abecedario)

Possiamo creare gravità artificiale? Questa idea è già nota a molti, in quanto è stata portata sul grande schermo da film come 2001: Odissea nello spazio, dove l'intera stazione spaziale è in rotazione continua al fine di creare gravità artificiale.

Si potrebbe simulare la gravità mediante la rotazione, di tutta o parti, dell'astronave o della stazione spaziale.

La forza centrifuga per creare gravità

Possiamo catalogare la forza centrifuga come una specifica della gravità artificiale. 
La NASA negli anni '60 ha testato un'enorme centrifuga per testare tale forza. 

Il Rotor era una centrifuga di 5 metri di diametro che, ruotando, crea una forza centrifuga paragonabile alla gravità artificiale diretta.

I gas hanno una funzione importante che, oltre a permettere alle onde elettromagnetiche di creare una gravità artificiale stabile e adeguata agli esseri umani, aveva anche la funzione di creare un'atmosfera respirabile e sterile, dato che le epidemie che si scatenavano sulle stazioni (poche volte venivano rispettate le norme igieniche) erano molto aggressive e difficile da debellare.

Il problema più evidente è che per creare la  gravità artificiale bisogna mantenere una rotazione ad una velocità elevata e ciò provoca squilibri al corpo umano. La velocità non è l'unico problema per l'uomo; stare mesi di vita in microgravità indebolisce le ossa, assottiglia i muscoli e rende gli arti inferiori atrofici e ipersensibili al tatto. Gli astronauti in missione sulla ISS con un allenamento mirato e con un dispositivo che crea una forza di suzione provano a contrastare gli effetti dell'assenza di peso. Per creare condizioni di microgravità si usano i voli parabolici dove i passeggere provano l'assenza di gravità per 22 secondi.

Il problema più importante da affrontare nel viaggio spaziale sono le modificazioni del corpo in assenza di gravità, la creazione di una gravità artificiale sembra essere il problema di maggiore difficoltà. Nelle più ardue fantasie questo problema è risolto creando un pianeta artificiale.


Il tema della gravità artificiale è stato trattato, in questo blog, anche nel fumetto, nella letteratura, nei film e nella musica.

Le curiosità del blog

1. Aerotrim 
2. Come si dorme a bordo
3. La forza di gravità non è un problema

Glossario

AEROTRIM

Un eccellente simulatore di assenza di gravità.
L'aerotrim è costituito da cerchi concentrici che ruotano uno all'interno dell'altro.
Per gestire il movimento, ci sarà bisogno di sviluppare forze non convenzionali.
Proprio come gli astronauti nello spazio!
Sviluppato in ambiente NASA per l'addestramento dei piloti spaziali, risulta ancora uno dei pochi sistemi veramente efficaci , di simulazione di assenza di gravità.

COME SI DORME A BORDO

Nella foto Samantha Cristoforetti

La stazione orbita attorno alla terra ogni 90 minuti, tra 57° parallelo Nord e il 57° parallelo Sud, e gli astronauti vivono, ogni giorno, 16 albe e 16 tramonti. Non ha molto senso, dunque parlare di notte e giorno: per ogni astronauta sono pianificate circa 5-6 ore di sonno. Ciascun membro dell'equipaggio ha a disposizione un piccolo alloggio personale, nella zona della Stazione chiamata Tranquillity l'unico ambiente in cui si possa godere di una certa privacy, con un sacco a pelo ancorato al muro: molti astronauti raccontano che il sogno più ricorente è quello galleggiare nel vuoto.

ILLUSTRAZIONE DELL'ABECEDARIO

Andrè Fuzfa (Secondo Andrè è possibile con la tecnologia attuale manipolare la gravità)

Bean Alan  (Astronauta statunitense, fu il quarto uomo sulla Luna)

Cilindro di O'Neill  (Progetto di habitat spaziale)

Doking (termine tecnico "attraccare", si usa per gli Shuttle)

Elaysiani (abitanti di un pianeta di fantascienza)

Forza Centrifuga (forza apparente che agisce su un corpo con un moto circolatorio)

Generatore di Gravità (Modulo che ruotando su se stesso genera gravità)

Habitat spaziale (ipotetica sistemazione permanente e autosufficiente  dell'uomo in sedi esterne alla terra)

ISS (Stazione Spaziale Internazionale)

Kirk (personaggio di Star Trek)

Leggi di Newton (Principi della Dinamica)

Microgravità (condizione particolare nella quale un sistema è soggetto a un campo gravitazionale di basso valore)

Nasa (Ente Nazionale per le attività Spaziali e Aeronautiche)

Onde gravitazionali (perturbazione dello spazio-tempo)

Peso (forza che un campo gravitazionale esercita su un corpo avete massa)

Reiter Thomas (è entrato tra i 50 astronauti con più ore nello spazio)

Space Shuttel (l'astronave più veloce dell' Universo)

Terra (terzo pianeta in ordine di distanza dal sole)

UFO (oggetto volante non identificato)

Vittori Roberto (Astronauta)

Werner Von Braun (scienziato)

Zvezda (modulo di riciclo per produrre ossigeno)

EFFETTI SPECIALI PER SIMULARE L'ASSENZA DI GRAVITA'

L'ultima fatica di Alfonso Cuaròn, presentato alla 70esima Mostra del cinema di Venezia è per gli incredibili effetti 3D che ci fanno "vivere" la sensazione della microgravità. Come se, a fluttuare nello spazio, ci fossimo noi al posto dei protagonisti Sandra Bullock e George Clooney. Una vera"magia" costata a Cuaròn ben  4 anni di lavoro sul set a procedimenti inediti per simulare in modo incredibilmente realistico l'assenza di gravità. Uno di questi si chiama "Light Box":inventata da Tim Webber, il supervisore degli effetti visivi: un cubo di sei metri per tre, in cui l'attore è letteralmente sospeso a cavi manipolati da marionettisti o da robot (a seconda della velocità delle scene), e foderato su ogni lato da 1096 schermi con oltre 780 mila luci Led, per simulare ogni possibile ambiente luminoso, in modo da rendere compatibili le immagini reali dei volti degli attori con le animazioni in 3D delle loro evoluzioni nello spazio.

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LA FORZA DI GRAVITA'? NON E' UN PROBLEMA

Per l'artista e illusionista tedesco Johan Lorbeer che nei suoi spettacoli e performance dal vivo rimane appese per aria per ore, di fronte agli sguardi increduli e divertenti degli spettatori.

Il suo ultimo "spettacolo" si chiama Tarzan ed è andato in scena nella città siberiana di Krasnoyarsk: Lorbeer è rimasto attaccato per alcune ore con una mano a muro. Centinaia gli spettatori che hanno assistito senza parole al singolare show: non è dato sapere, infatti, come l'artista riesca a sfidare spazio e gravità.

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COLONIE SPAZIALI

Il problema più importante da affrontare nel viaggio spaziale sono le modificazioni del corpo in assenza di gravità, la creazione di una gravità artificiale sembra essere il problema di maggiore difficoltà.
Nelle più ardue fantasie questo problema è risolto creando un pianeta artificiale. Per quanto la colonizzazione di altri pianeti il problema più importante è la distanza della Terra dal pianeta dell'Universo. La NASA ha impiegato un'ingente quantità di scienziati e di risorse per progettare la colonizzazione del satellite della Terra, la Luna, del pianeta Marte, nel Sistema Solare.

Disegno di una ipotetica colonia spaziale
fatta da Donald E. Davis per la NASA.

COME SIMULARE LA GRAVITA' IN UNA NAVE SPAZIALE

Il problema fondamentale che sono costretti a subire gli astronauti sulla Stazione Spaziale (ISS) dopo una lunga permanenza in un ambiente con microgravità è quello dell'indebolimento muscolare e scheletrico.

Si potrebbe simulare la gravità mediante la rotazione, di tutta o parti, dell'astronave o della stazione spaziale. Questo concetto non è nuovo, è stato sfruttato in molti film e romanzi di fantascienza ad esempio 2001 Odissea nello Spazio, Interstellar, The Martian. In tutti questi casi la gravità era simulata mediante la rotazione dell'intera struttura o di alcune sue parti. Facendo ruotare il veicolo intorno al proprio asse, la forza centrifuga "spingerà" gli astronauti verso l'esterno, consentendogli così di poter camminare sulla faccia interna delle paratie esterne e vivere simulando la gravità. Un motivo è che tutte le strutture dovrebbero essere costruite in modo più "robusto", cioè in grado di resistere alle sollecitazioni strutturali cui sarebbero sottoposte con la rotazione, quindi complicazioni tecniche e costruttive e, conseguentemente, un aumento dei costi (che sono già abbastanza consistenti); un altro problema è che le strutture in rotazione dovrebbero essere di dimensioni molto grandi.

Prendiamo la stazione di 2001 Odissea nello Spazio, questa aveva un diametro di 300 metri e compiva una rotazione intorno al proprio asse in 60 secondi. Ora, dato che la gravità sul ponte più esterno sarebbe stata pari a quella lunare, cioè circa un sesto di quella terrestre.

Per ottenere una gravità simile alla Terra la stazione avrebbe dovuto effettuare una rotazione ogni 25 secondi.

Se parliamo della ISS, dato che non ha una forma a ruota o ciambella, a ruotare dovrebbe essere uno o più dei suoi comportamenti può essere al massimo circa 4,5 metri.

Un modulo di 4.5 metri di diametro per simulare una gravità come la Terra dovrebbe ruotare quasi 20 volte al minuto, e questo come mostrato nel film Gravity sarebbe sarebbe alquanto disorientante, una piccola centrifuga.

Essendo così piccola la struttura in rotazione, la differenza di gravità fra due estremi del corpo umano, maggiore nei piedi e minore nella testa sarebbe molto grande, provocando gravi problemi al sistema circolatorio, che si troverebbe a portare una scarsità di sangue al cervello

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LA MACCHINA DELLA GRAVITA' ARTIFICIALE

Un dispositivo simile a un "aspirapolvere umano" crea una forza di suzione utile a contrastare gli effetti dell'assenza di peso. 
Ma non è la solita idea allo studio in vista dei viaggi marziani.

Mesi di vita in microgravità indeboliscono le ossa, assottigliano i muscoli e rendono gli arti inferiori atrofici e ipersensibili al tatto. Gli astronauti in missione sulla ISS provano a contrastare gli effetti dell'assenza di peso con un allenamento mirato, ma al ritorno sulla Terra devono comunque affrontare lunghi mesi di riabilitazione.

Per lunghi viaggi verso Marte, occorrerà trovare un'altra soluzione, se non si vuole inviare sul Pianeta Rosso un equipaggio già indebolito: l'ultima al vaglio della Nasa si chiama lower body negative pressure (LBNP).

COME FUNZIONA. Il dispositivo sviluppato con la collaborazione di Alan Hargens, chirurgo ortopedico dell'Università della California di San Diego, ricerca una forma di gravità simulata sugli arti inferiori attraverso una "forza di suzione": un'aspirazione che permette agli astronauti di esercitare le gambe in modo simile a come farebbero sulla Terra.

IMMOBILI PER LA SCIENZA. Nei test di laboratorio, ha dimostrato di saper contrastare i problemi muscolari e scheletrici di volontari costretti a rimanere su un lettino, a riposo (una condizione che si usa per simulare gli effetti della gravità zero). In un esperimento, 15 coppie di gemelli sono stati lasciati per 28 giorni in posizione orizzontale, con la testa inclinata verso il basso.

SDRAIATI IN...PALESTRA. Uno per coppia si è potuto allenare nel LBNP per 40 minuti al giorno, su un tapis roulant verticale che -grazie alla forza di suzione e alla posizione dell'astronauta- risultava equivalente, a livello percettivo, a un attrezzo orizzontale. I muscoli che sostengono la schiena e ci mantengono in posizione eretta si sono indeboliti molto nel gruppo di controllo, ma no nei gemelli che avevano potuto allenarsi.

REALTA' VIRTUALE. "Una versione simile del dispositivo potrebbe essere progettata per i viaggi marziani. Per il benessere dell'equipaggio il sistema potrebbe includere ambientazioni virtuali per simulare passeggiate e corse con la famiglia, sulla spiaggia o in montagna" dice Hargens. Ma la forza di pressione potrebbe essere usata anche per simulare la posizione da seduti -nella quale trascorriamo 12-16 ore al giorno, con il carico di peso imposto a schiena gambe.

ALTRI PROGETTI. L'agenzia spaziale russa Roscosmos sta sperimentando sulla ISS un dispositivo simile, chiamato Chibis Suit: un paio di pantaloni "a suzione" per richiamare fluidi nella parte inferiore del corpo e contrastare l'afflusso di liquidi verso la testa, che può creare problemi -per esempio, visivi- gli astronauti. Ma la tuta non può essere usata per fare esercizio.

EFFETTO RISUCCHIO. Mentre sempre nel laboratorio di Hargens, l'agenzia spaziale cinese sta lavorando a un dispositivo a fisarmonica, con un paio di bretelle da indossare, che ricrea il vuoto attorno alla parte inferiore del corpo ogni volta che l'astronauta fa uno "squat" (un piegamento sulle gambe).

QUESTIONI DI SPAZIO. Insomma la soluzione ideale per contrastare l'assenza di gravità sarebbe una centrifuga gigante per "criceti umani" come quella proposta in 2001: Odissea nello spazio. Ma si stanno progettando anche soluzioni meno ingombranti e pericolose. 

Fonte: https://www.focus.it/scienza/spazio/come-simulare-la-gravita-in-una-nave-spaziale

Scritto da: Elisabetta Intini (28 Novembre 2016)

GLOSSARIO

IL VOLO PARABOLICO

I voli parabolici si usano per creare condizioni di micro gravità.
L'aereo, un Airbus A310 leggermente modificato, quando è già a circa 6 mila metri di altitudine sale di altri 1500 metri con un angolo di circa 45-50 gradi. L'aereo arriva così a un'altitudine di 7,5 km in circa 20 secondi durante i quali, a bordo si è soggetti a una forza di gravità circa il doppio di quella normale (1,8 g). Successivamente viene tolta potenza ai motori e da quel momento i passeggeri iniziano a provare l'assenza di gravità, per circa 22 secondi.
L'aereo, superato il picco della parabola per inerzia, scende in caduta libera; poco dopo viene ridata potenza ai motori, per riportare l'aereo in volo orizzontale e i passeggeri sono di nuovo soggetti a una gravità maggiore (1,8 g); la parabola a questo punto ricomincia e l'operazione è ripetuta una trentina di volte a volo.

Estratto dall'articolo

Grafico