Programma Iss

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La Stazione Spaziale Internazionale rappresenta l'unione di vari progetti di stazioni spaziali nazionali che hanno avuto origine durante la [[guerra fredda]]. All'inizio degli [[anni 1980|anni ottanta]], la NASA pianificò la realizzazione della [[stazione spaziale Freedom|stazione Freedom]] come controparte delle stazioni spaziali sovietiche ''[[Saljut]]'' e ''[[Mir (stazione spaziale)|Mir]]''. ''Freedom'' tuttavia non superò la fase di progetto e, con la [[caduta dell'Unione Sovietica]] e la fine della [[corsa allo spazio]], la sua realizzazione fu annullata. Le difficoltà economiche della NASA, comuni anche alle altre agenzie spaziali, convinsero l'amministrazione statunitense a contattare altri governi interessati all'esplorazione spaziale per realizzare un progetto comune. Contestualmente il caos economico nella Russia post-sovietica aveva portato alla cancellazione di ''Mir-2'' (che avrebbe dovuto succedere alla ''Mir''), nonostante il suo blocco di base, [[DOS-8]], fosse già stato realizzato.<ref name="SSSM">{{cita libro|author=David Harland|titolo=The Story of Space Station Mir|editore=Springer-Verlag New York Inc|data=30 novembre 2004|città=New York|url=http://www.amazon.co.uk/exec/obidos/ASIN/0387230114/ref=ord_cart_shr/202-3649698-1866219?%5Fencoding=UTF8&m=A3P5ROKL5A1OLE|isbn=978-0-387-23011-5|lingua=en}}</ref>
La Stazione Spaziale Internazionale rappresenta l'unione di vari progetti di stazioni spaziali nazionali che hanno avuto origine durante la [[guerra fredda]]. All'inizio degli [[anni 1980|anni ottanta]], la NASA pianificò la realizzazione della [[stazione spaziale Freedom|stazione Freedom]] come controparte delle stazioni spaziali sovietiche ''[[Saljut]]'' e ''[[Mir (stazione spaziale)|Mir]]''. ''Freedom'' tuttavia non superò la fase di progetto e, con la [[caduta dell'Unione Sovietica]] e la fine della [[corsa allo spazio]], la sua realizzazione fu annullata. Le difficoltà economiche della NASA, comuni anche alle altre agenzie spaziali, convinsero l'amministrazione statunitense a contattare altri governi interessati all'esplorazione spaziale per realizzare un progetto comune. Contestualmente il caos economico nella Russia post-sovietica aveva portato alla cancellazione di ''Mir-2'' (che avrebbe dovuto succedere alla ''Mir''), nonostante il suo blocco di base, [[DOS-8]], fosse già stato realizzato.<ref name="SSSM">{{cita libro|author=David Harland|titolo=The Story of Space Station Mir|editore=Springer-Verlag New York Inc|data=30 novembre 2004|città=New York|url=http://www.amazon.co.uk/exec/obidos/ASIN/0387230114/ref=ord_cart_shr/202-3649698-1866219?%5Fencoding=UTF8&m=A3P5ROKL5A1OLE|isbn=978-0-387-23011-5|lingua=en}}</ref>

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Logo del programma Iss

La Stazione Spaziale Internazionale (in lingua inglese International Space Station o ISS) è una stazione spaziale dedicata alla ricerca scientifica che si trova in orbita terrestre bassa, gestita come progetto congiunto da cinque diverse agenzie spaziali: la statunitense NASA, la russa RKA, l'europea ESA, la giapponese JAXA, la canadese CSA.[1] Viene mantenuta ad un'orbita compresa tra i 278 km e i 460 km di altitudine e viaggia a una velocità media di 27 743,8 km/h, completando 15,7 orbite al giorno.[2] È abitata continuativamente dal 2 novembre 2000; l'equipaggio, da allora, è stato sostituito più volte, variando da due a sei astronauti o cosmonauti.

Costruita a partire dal 1998, ne è previsto il completamento entro la metà del 2013; dovrebbe restare in funzione almeno fino al 2020 ma più probabilmente la sua vita sarà estesa al 2028.[3][4] Il costo totale è stato stimato dall'ESA in 100 miliardi di euro in 30 anni.[5] Il suo obiettivo, come è stato definito dalla NASA, è quello di sviluppare e testare tecnologie per l'esplorazione spaziale, sviluppare tecnologie in grado di mantenere in vita un equipaggio in missioni oltre l'orbita terrestre e acquisire esperienze operative per voli spaziali di lunga durata,[6] nonché servire come un laboratorio di ricerca in un ambiente di microgravità, in cui gli equipaggi conducono esperimenti di biologia, chimica, medicina, fisiologia e fisica e compiono osservazioni astronomiche e meteorologiche.[7][8]

La struttura della stazione, con i suoi oltre cento metri di intelaiatura, copre un'area maggiore di qualsiasi altra stazione spaziale precedente,[9] tanto da renderla visibile dalla Terra a occhio nudo.[10] Le sezioni di cui è composta sono gestite da centri di controllo missione a terra, resi operativi dalle agenzie spaziali che partecipano al progetto.[1][11]

La proprietà e l'utilizzo della stazione spaziale sono stabiliti in accordi intergovernativi[12] che consentono alla Federazione russa di mantenere la piena proprietà dei suoi moduli.[13] La stazione viene servita da navicelle Soyuz, navette Progress, Space Shuttle, dall'ATV e dal H-II Transfer Vehicle,[11] ed è stata visitata da astronauti e cosmonauti provenienti da 15 paesi diversi.[9]

Indice

Finalità

Il comandante della Expedition 8 e ufficiale scientifico Michael Foale effettua un'ispezione del Microgravity Science Glovebox.

La Stazione Spaziale Internazionale svolge principalmente la funzione di laboratorio di ricerca scientifica, per la quale offre il vantaggio rispetto ai veicoli spaziali, come lo Space Shuttle, di essere una piattaforma a lungo termine in ambiente spaziale, in cui possono essere condotti esperimenti di lunga durata in assenza di peso.[9][14] La presenza di un equipaggio permanente permette inoltre di monitorare, integrare, riparare e sostituire gli esperimenti e le componenti della stessa navicella spaziale. Gli scienziati a terra hanno accesso rapido ai dati forniti dal personale di volo e possono modificare esperimenti o fare arrivare nuovi prodotti in breve tempo, cosa generalmente non fattibile su veicoli spaziali senza equipaggio.[14]

Gli equipaggi, che abitano la stazione in missioni (chiamate expedition) di diversi mesi di durata, conducono esperimenti scientifici ogni giorno (circa 160 ore-uomo in una settimana).[7][15] A partire dalla conclusione della Expedition 15, 138 esperimenti scientifici importanti sono stati condotti sulla ISS.[16] I risultati degli esperimenti vengono pubblicati mensilmente.[17]

La ISS fornisce un punto di relativa sicurezza, in orbita terrestre bassa (low earth orbit o LEO), per testare componenti di veicoli spaziali che saranno necessari per le future missioni di lunga durata verso la Luna e Marte. La possibilità di acquisire esperienza nella manutenzione, riparazione e sostituzione dei suoi componenti in orbita è di fondamentale importanza per la gestione di un veicolo spaziale lontano dalla Terra.[17]

Una parte degli scopi della stazione è relativa alla cooperazione internazionale e all'istruzione. L'equipaggio della ISS fornisce opportunità per gli studenti sulla Terra di eseguire esperimenti sviluppati dai partecipanti facendo poi dimostrazioni a scopo didattico. La cooperazione di 14 nazioni diverse al suo sviluppo è certamente un buon banco di prova per future collaborazioni internazionali.[11][18]

Ricerca scientifica

La ISS fornisce una struttura per condurre esperimenti che richiedono una o più condizioni anomale che risultano essere presenti sulla stazione. I principali campi di ricerca comprendono la ricerca sull'uomo, la medicina spaziale, la biologia, (con esperimenti biomedici e sulle biotecnologie), la fisica (compresa la meccanica dei fluidi e la meccanica quantistica), la scienza dei materiali, l'astronomia (inclusa la cosmologia) e la meteorologia.[7][8][19][20] La NASA, con l'Authorization Act 2005 ha designato il segmento americano della ISS come un laboratorio nazionale con l'obiettivo di incrementare il suo utilizzo da parte di altre agenzie federali e del settore privato.[21] La ricerca sulla ISS ha migliorato la conoscenze degli effetti sul corpo umano della permanenza nello spazio a lungo termine. Gli studi si sono concentrati sull'atrofia muscolare, sulla perdita di tessuto osseo e sulle dinamiche dei fluidi. I dati saranno utilizzati per determinare se la colonizzazione dello spazio e voli umani di lunga durata siano fattibili. A partire dal 2006, i dati sulla perdita di massa ossea e muscolare suggeriscono che ci sarebbe un significativo rischio di fratture e problemi di circolazione se gli astronauti atterrassero su un pianeta dopo un lungo viaggio interplanetario (come ad esempio un viaggio della durata di sei mesi, necessari per raggiungere Marte).[22][23] Importanti studi medici vengono condotti a bordo della ISS attraverso il National Space Biomedical Research Institute (NSBRI). Tra questi l'Advanced Diagnostic Ultrasound in Microgravity in cui gli astronauti, sotto la guida di esperti a Terra, eseguono ecografie. Solitamente non vi è nessun medico a bordo della ISS e la diagnosi delle condizioni mediche rappresenta una sfida. Si prevede che l'ecografia guidata a distanza avrà applicazioni sulla Terra in situazioni di emergenza e in contesti rurali dove l'accesso alle cure di un medico esperto sono difficili.[24][25][26]

Esperimento MISSE al momento del recupero
L'astronauta Scott Kelly al lavoro sul Combustion Integrated Rack

I ricercatori stanno studiando anche l'effetto di un ambiente in quasi assenza di peso sulla evoluzione, lo sviluppo, la crescita e sui processi interni di piante e animali. In risposta ad alcuni di questi dati, la NASA si propone di indagare gli effetti della microgravità sulla sintetizzazione e crescita di tessuti umani e di proteine sconosciute che possono essere create nello spazio.[8]

Gli studi in microgravità sulla fisica dei fluidi permetterà ai ricercatori di capire meglio il loro comportamento: infatti poiché i fluidi nello spazio possono essere mescolati quasi completamente senza dover tenere conto del loro peso, sarà possibile studiare quelle combinazioni di liquidi che non si mescolerebbero sulla Terra. Grazie ad esperimenti condotti all'esterno della stazione, a temperature molto basse ed in quasi assenza di peso sarà possibile ampliare le nostre conoscenze sugli stati della materia (in particolare sui superconduttori) poiché la combinazione di queste due condizioni dovrebbe far osservare i passaggi di stato come se li si vedesse al rallentatore.[8]

Lo studio delle scienze dei materiali è un importante attività di ricerca svolta sulla ISS.[27] Altre aree di interesse includono ricerche che esaminano la combustione nello spazio coinvolgendo l'efficienza delle reazioni e la formazione di sottoprodotti, con possibili miglioramenti nel processo di produzione dell'energia sia qui sulla Terra che per i veicoli spaziali, cosa che avrebbe importanti conseguenze economiche ed ambientali. Gli obbiettivi futuri sono indirizzati allo studio di aerosol, ozono, vapore acqueo e ossidi nell'atmosfera terrestre, così come i raggi cosmici, la polvere cosmica, l'antimateria e la materia oscura nell'universo.[8]

Nel campo della fisica grosse aspettative vengono dall'Alpha Magnetic Spectrometer, un rivelatore utilizzato per la fisica delle particelle installato nella stazione grazie alla missione STS-134. Esso è progettato per la ricerca di nuovi tipi di particelle tramite la misura ad alta precisione della composizione dei raggi cosmici.[8][28]

Oltre a tutti gli esperimenti che verranno effettuati, il mantenimento stesso di una presenza costante dell'uomo nello spazio aiuterà a migliorare i sistemi per il supporto vitale ed il controllo ambientale, a trovare nuovi metodi per la cura delle malattie e per la produzione di materiali, fornendo così quelle conoscenze indispensabili alla colonizzazione umana dello spazio.

Origine della stazione

Atlantis si allontana dalla Mir durante la missione STS-71 per il programma Shuttle-Mir.
Lavori all'esterno della ISS sulla Nuova Zelanda.
L'astronauta Ron Garan durante STS-124 compie una passeggiata spaziale per l'assemblaggio della ISS.
Harmony (Nodo 2).

La Stazione Spaziale Internazionale rappresenta l'unione di vari progetti di stazioni spaziali nazionali che hanno avuto origine durante la guerra fredda. All'inizio degli anni ottanta, la NASA pianificò la realizzazione della stazione Freedom come controparte delle stazioni spaziali sovietiche Saljut e Mir. Freedom tuttavia non superò la fase di progetto e, con la caduta dell'Unione Sovietica e la fine della corsa allo spazio, la sua realizzazione fu annullata. Le difficoltà economiche della NASA, comuni anche alle altre agenzie spaziali, convinsero l'amministrazione statunitense a contattare altri governi interessati all'esplorazione spaziale per realizzare un progetto comune. Contestualmente il caos economico nella Russia post-sovietica aveva portato alla cancellazione di Mir-2 (che avrebbe dovuto succedere alla Mir), nonostante il suo blocco di base, DOS-8, fosse già stato realizzato.[29]

All'inizio degli anni novanta, il governo statunitense aveva coinvolto le agenzie spaziali di Europa, Russia, Canada e Giappone nel progetto di una stazione spaziale congiunta,[29] indicata come "Alpha".[30] Nel giugno 1992, il presidente statunitense George H. W. Bush e il presidente russo Boris Eltsin strinsero accordi ufficiali di collaborazione nell'esplorazione dello spazio e nel settembre del 1993, il vicepresidente statunitense Al Gore e il primo ministro russo Viktor Chernomyrdin annunciarono i piani per la costruzione della nuova stazione spaziale,[30] avviando anche il Programma Shuttle-Mir, che condusse a missioni dello Space Shuttle verso la stazione spaziale sovietica Mir allo scopo di incrementare la collaborazione tra le agenzie spaziali russa e statunitense e testare quelle soluzioni che avrebbero permesso l'integrazione delle tecnologie russa e statunitense nella ISS.[31] Negli accordi stipulati tra i vari partner internazionali, si previde il ri-utilizzo delle soluzioni progettuali che ciascun'agenzia aveva sviluppato per la realizzazione di una propria stazione spaziale; così, la stazione finì coll'essere basata sui progetti della stazione Freedom della NASA, sulla stazione Mir-2 (divenuta il cuore del modulo Zvezda), sul laboratorio Columbus dell'ESA, che inizialmente doveva essere un modulo autonomo e sul laboratorio giapponese Kibo.

Quando il primo modulo Zarya fu lanciato nel 1998 si stimava che la stazione sarebbe stata completata entro il 2003. Ritardi hanno portato ad una nuova data di completamento stimata per il 2013.[32] L'ESA, inoltre, stima che il costo del progetto dalla fine degli anni ottanta al 2016 superi i 100 miliardi di euro.[33]

Assemblaggio

L'assemblaggio della Stazione Spaziale Internazionale ha costituito un imponente sforzo di architettura spaziale, iniziato nel novembre del 1998.[34] I moduli russi, con l'eccezione di Rassvet, sono stati messi in orbita tramite lanciatori senza equipaggio e agganciati in modo automatico. Tutti gli altri elementi sono stati portati grazie ai voli dello Space Shuttle e assemblati dai membri dell'equipaggio della navetta o della stazione per mezzo di attività extraveicolari e con l'utilizzo del braccio robotico. Al 5 giugno 2011, sono state effettuate complessivamente 159 passeggiate spaziali finalizzate all'assemblaggio per un totale di oltre 1 000 ore di lavoro, 127 di queste passeggiate hanno avuto origine dalla stazione, le rimanenti 32 hanno avuto luogo dalla navetta ancorata ad essa.[35]

Il primo segmento della ISS, Zarya, fu lanciato il 20 novembre 1998 a bordo di un razzo russo Proton automatico. Il modulo è provvisto di propulsione, di strumenti per il controllo dell'orientamento, per le comunicazioni e per la produzione di energia elettrica, ma manca di un supporto vitale a lungo termine. Due settimane più tardi, lo Space Shuttle Endeavour, nel corso della missione STS-88, trasportò in orbita il modulo Unity della NASA, che fu agganciato a Zarya grazie ad una EVA. Il modulo è dotato di due porte (PMA): una utilizzata per realizzare il collegamento permanente con Zarya, l'altra per permettere l'attracco (docking) tra la navetta e la stazione spaziale. La ISS rimase disabitata per due anni, durante i quali il governo russo mantenne in servizio la stazione Mir, che venne dismessa nell'ottobre 2000 e fatta de-orbitare, giungendo alla sua distruzione controllata nell'atmosfera, nel marzo del 2001. Il 12 luglio 2000 avvenne il lancio di Zvezda che andò ad agganciarsi a Zarya grazie al software di bordo e al controllo da terra, integrando il complesso allora esistente di dormitori, servizi igienici, una cucina, impianti di riciclaggio di anidride carbonica, deumidificatori, generatori di ossigeno, apparecchiature di esercitazione, oltre agli strumenti per la trasmissione di dati e comunicazioni vocali con il controllo missione; rendendo, in tal modo, abitabile in modo permanente la stazione.[36][37]

La missione Expedition 1, il primo equipaggio residente, giunse sulla stazione nel novembre del 2000 a bordo della Soyuz TM-31, nell'intermezzo tra le missioni STS-92 e STS-97, degli Space Shuttle. Attraverso quest'ultime furono aggiunti alla stazione dei segmenti della Integrated Truss Structure, che la fornirono dei pannelli fotovoltaici, di una antenna per le comunicazioni in banda Ku e degli strumenti per il controllo di assetto.[38]

Nel corso dei due anni successivi, la stazione continuò ad ingrandirsi. Un razzo Soyuz-U portò il modulo Pirs. Gli Space Shuttle Discovery, Atlantis e Endeavour consegnarono il laboratorio Destiny e l'airlock Quest, oltre al braccio robotico principale, il Canadarm2 e diversi segmenti appartenenti alle Integrated Truss Structure.[39]

All'inizio del 2006 sono stati effettuati alcuni cambiamenti al piano di sviluppo della stazione. Diversi moduli sono stati cancellati o rimpiazzati da altri e il numero dei voli dello Shuttle è stato ridotto rispetto al piano originario. La ripresa ufficiale dell'assemblaggio è avvenuta con l'arrivo di Atlantis, nella missione STS-115, che ha installato un secondo set di pannelli fotovoltaici sulla stazione. Diversi segmenti e una terza serie di pannelli sono stati consegnati nelle missioni STS-116, STS-117 e STS-118. Queste aggiunte hanno permesso di portare un importante sviluppo nelle capacità di produzione di energia della stazione. Poco dopo sono stati aggiunti il nodo Harmony e il laboratorio europeo Columbus, seguiti dai primi due componenti del laboratorio Kibo. Nel marzo 2009, la missione STS-119 ha completato l'Integrated Truss Structure con l'installazione del quarto e ultimo set di pannelli fotovoltaici. La sezione finale di Kibo è stata assemblata nel luglio 2009 grazie alla missione STS-127, seguito poi dal modulo Poisk russo. Il terzo nodo, Tranquility, è stato assemblato nel febbraio 2010, durante la missione STS-130 dello Space Shuttle Endeavour con a fianco il modulo Cupola. L'ultimo modulo pressurizzato, Leonardo, è stato portato alla stazione nel corso dell'ultima missione del Discovery, la STS-133, seguito dall'Alpha Magnetic Spectrometer nella missione STS-134 dell'Endeavour.

Nel giugno del 2011, la stazione consiste di quindici moduli pressurizzati e del sistema Integrated Truss Structure. Mancano da installare il laboratorio russo Nauka e alcuni componenti esterni, tra cui il braccio robotico europeo. L'assemblaggio dovrebbe essere completato entro il 2013, quando la stazione raggiungerà una massa superiore alle 400 tonnellate.[34][32]

Moduli pressurizzati

Una volta completata, la Stazione Spaziale Internazionale sarà composta da sedici moduli pressurizzati con un volume di circa 1 000 m³.[40] Questi moduli comprendono laboratori, moduli per l'aggancio, nodi e spazi abitativi. Quindici di questi componenti sono già in orbita, con il restante in attesa del lancio. Ogni modulo è stato lanciato sia con lo Space Shuttle che con il razzo Proton o con il razzo Soyuz.[39]

A febbraio 2012 la stazione risulta composta dai seguenti moduli ed elementi:

Modulo Missione Data di lancio Veicolo di lancio Nazione Immagine Note
Zarya 1A/R 20 novembre 1998 Proton-K Russia (costruttore)
USA (finanziatore)
Zarya from STS-88.jpg [41]
Il primo componente della ISS ad essere stato lanciato, Zarya era in grado di provvedere all'energia elettrica, all'immagazzinamento, alla propulsione e al controllo di assetto durante le prime fasi di assemblaggio. Attualmente il modulo è utilizzato principalmente come magazzino.
Unity
(Node 1)
2A 4 dicembre 1998 Space Shuttle Endeavour STS-88 USA ISS Unity module.jpg [42]
Il primo modulo nodo di collegamento, connette la sezione statunitense con quella russa.
Zvezda
(lit. star)
(service module)
1R 12 luglio 2000 Proton-K Russia ISS Zvezda module-small.jpg [43]
Modulo di servizio della stazione. Provvede a fornire spazio per il soggiorno degli astronauti, per i sistemi per il controllo di assetto e per i dispositivi di supporto vitale. Il modulo provvede inoltre all'aggancio con le navette Sojuz, con la navetta Progress e con l'Automated Transfer Vehicle. L'aggiunta di questo modulo ha reso la stazione abitabile.
Destiny
(laboratorio USA)
5A 7 febbraio 2001 Space Shuttle Atlantis, STS-98 USA ISS Destiny Lab.jpg [44]
Prima struttura dedicata alla ricerca scientifica a bordo della ISS. Destiny è dedicato ad esperimenti di carattere generale. Il modulo serve inoltre come punto di aggancio per gran parte della Integrated Truss Structure della stazione.
Quest
(airlock)
7A 12 luglio 2001 Space Shuttle Atlantis, STS-104 USA ISS Quest airlock.jpg [45]
Primo airlock per la ISS, Quest permette le attività extraveicolari realizzate con la statunitense EMU e la tuta spaziale russa Orlan. Quest è strutturata in due segmenti: in uno vengono conservate le tute spaziali e l'equipaggiamento, l'altro permette l'uscita degli astronauti nello spazio.
Pirs

4R 14 settembre 2001 Sojuz-U, Progress M-SO1 Russia Pirs docking module taken by STS-108.jpg [46]
Pirs provvede a fornire alla ISS un porta addizionale per il docking per le navette Sojuz e Progress. Inoltre consente ai cosmonauti l'uscita e l'entrata per le passeggiate spaziali che utilizzano la tuta spaziale Orlan, fornendo spazio per immagazzinarne tre.
Harmony
(nodo 2)
10A 23 ottobre 2007 Space Shuttle Discovery, STS-120 Europa (costruttore)
USA (gestore)
STS-120 Harmony in Discovery27s payload bay.jpg [47]
Il secondo nodo di collegamento della stazione, Harmony, è il fulcro delle attività della ISS. Il modulo contiene quattro International Standard Payload Rack che forniscono energia elettrica e inoltre, grazie ai suoi sei punti di attracco, risulta essere il punto centrale di collegamento per vari altri componenti. Il modulo laboratorio Europeo Columbus e quello giapponese Kibo sono permanentemente ancorati al modulo. Lo Space Shuttle statunitense si aggancia alla ISS tramite PMA-2, collegato alla porta anteriore di Harmony. Inoltre, il modulo serve come punto di attracco per il Multi-Purpose Logistics Modules.
Columbus
(Laboratorio Europeo)
1E 7 febbraio 2008 Space Shuttle Atlantis, STS-122 Europa S122e007873.jpg [48][49]
La struttura di ricerca principale per gli esperimenti scientifici Europei a bordo della ISS. Columbus offre un laboratorio generico e strutture appositamente progettate per la biologia, la ricerca biomedica e per lo studio della fisica dei fluidi. Diverse posizioni di montaggio sono poste all'esterno del modulo e che forniscono alimentazione e dati per esperimenti esterni come la European Technology Exposure Facility (EuTEF), il Solar Monitoring Observatory, il Materials International Space Station Experiment, e l'Atomic Clock Ensemble in Space. Un certo numero di espansioni sono previste per lo studio della fisica quantistica e la cosmologia.
Kibō
Modulo logistico
(ELM)
1J/A 11 marzo 2008 Space Shuttle Endeavour STS‑123 Giappone Kibo ELM-PS on ISS.jpg [50]
Parte del modulo per esperimenti scientifici giapponese Kibō. Esso provvede a fornire una struttura per il trasporto e l'immagazzinamento dei carichi scientifici.
Kibō
Modulo pressurizzato
(JEM–PM)
1J 31 maggio 2008 Space Shuttle Discovery, STS-124 Giappone STS-124 Kibo.jpg [50][51]
Parte del modulo per esperimenti scientifici giapponese Kibō. Questo è il cuore del modulo Kibō ed è il laboratorio più grande dell'intera stazione con lo spazio per 23 racks che includono 10 racks per esperimenti. Il modulo è utilizzato per condurre esperimenti di medicina dello spazio, biologia, osservazione della Terra, produzione di materiali, biotecnologie e ricerca nel campo delle telecomunicazioni. Il modulo dispone, inoltre, della Exposed Facility, una piattaforma esterna che permette di esporre gli esperimenti direttamente al vuoto dello spazio. La piattaforma è poi raggiungibile tramite un braccio robotico.
Poisk
(modulo per esperimenti 2)
5R 10 novembre 2009 Sojuz-U, Progress M-MIM2 Russia Poisk.jpg [52][53]
Uno dei componenti russi della ISS, Poisk è usato per l'aggancio delle navette Sojuz e Progress, come airlock per le passeggiate spaziali e come interfaccia per gli esperimenti scientifici.
Tranquility
(node 3)
20A 8 febbraio 2010 Space Shuttle Endeavour, STS-130 Europa (costruttore)
USA (gestore)
Tranquility-node3.jpg [54][55]
Terzo e ultimo nodo di collegamento statunitense della stazione, Tranquility contiene un avanzato sistema di supporto vitale per il riciclo dell'acqua, che viene utilizzata da parte dell'equipaggio e per la generazione di ossigeno respirabile. Il nodo fornisce inoltre l'aggancio per altri moduli pressurizzati.
Cupola 20A 8 febbraio 2010 Space Shuttle Endeavour, STS-130 Europa (costruttore)
USA (gestore)
STS-130 Nicholas Patrick looks through Cupola.jpg [56]
Cupola è un modulo osservatorio che provvede a fornire all'equipaggio della ISS una vista diretta delle operazioni del braccio robotico e dell'aggancio delle navette. Inoltre è un punto di osservazione della Terra. Il modulo è fornito di una finestra di 80 cm di diametro, la più larga della stazione.
Rassvet
(modulo di ricerca 1)
ULF4 14 maggio 2010 Space Shuttle Atlantis, STS-132 Russia Rassvet Canadarm Crop.jpg [32]
Rassvet è utilizzato per il docking e come magazzino.
Leonardo
(Permanent Multipurpose Module)
ULF5 24 febbraio 2011 Space Shuttle Discovery, STS-133 Italia (Costruttore)
USA (Gestore)
Leonardo PMM module.jpg [57][58][59]
Il Leonardo Multi-Purpose Logistics Module ospita i pezzi di ricambio e varie forniture, consentendo tempi più lunghi tra le missioni di rifornimento e liberando spazio in altri moduli, in particolare in Columbus. L'arrivo del modulo PMM ha segnato il completamento del segmento orbitale americano.

Programmati per il lancio

Modulo Missione Data di lancio Vettore Nazione Immagine Note
Nauka
(Multipurpose Laboratory Module)
3R febbraio 2017 Proton‑M Russia MLM Nauka module - 3D rendering.jpg [32][60]
L'MLM sarà il modulo di ricerca principale della Russia e sarà utilizzato per esperimenti di microgravità generale, l'aggancio e la logistica. Il modulo fornisce uno spazio per il lavoro e una zona relax e sarà equipaggiato con un sistema di backup del controllo di assetto della stazione. Sulla base dell'attuale programma di assemblaggio, l'arrivo di Nauka porterà a termine la costruzione del segmento russo e sarà l'ultimo grande componente aggiunto alla stazione.

Moduli cancellati

Molti moduli pianificati per la stazione sono stati cancellati nel corso del programma. Questo sia per motivi di bilancio, sia perché non si sono più resi necessari e sia a seguito della riprogettazione della stazione avvenuta dopo l'incidente del Columbia. I moduli cancellati includono:

Elementi non pressurizzati

L'astronauta Stephen Robinson ancorato a Canadarm2 durante STS-114.

Oltre ai moduli pressurizzati, la ISS offre un gran numero di componenti esterni. Il più grande è l'Integrated Truss Structure (ITS), al quale sono montati i principali pannelli solari della stazione e i radiatori.[66] La ITS è costituita da dieci segmenti separati che formano una struttura di 108,5 m.

L'Alpha Magnetic Spectrometer (AMS), un esperimento di fisica delle particelle, installato grazie alla missione STS-134, è stato montato esternamente sul ITS.[67]

L'ITS serve come base per il braccio robotico denominato Mobile Servicing System (MSS), basato sul canadese Canadarm2. Il braccio è in grado di muoversi su dei binari e di raggiungere tutte le parti del segmento statunitense della stazione.[68]

Nella configurazione finale della stazione sono previsti altri due sistemi di manipolazione remota: l'European Robotic Arm che servirà il segmento russo e l' Experiment Module Remote Manipulator System facente parte del laboratorio giapponese Kibo.[69] Oltre a questi bracci robotici, ci sono due gru russe utilizzate per la movimentazione di astronauti e materiale intorno al proprio segmento.[70]

Sistemi principali della ISS

Alimentazione

Pannelli fotovoltaici montati sul segmento russo.
Particolare dei pannelli.

L'alimentazione della stazione è fornita tramite pannelli fotovoltaici che convertono la radiazione solare incidente in corrente elettrica. Prima dell'assemblaggio del segmento 4ª (missione STS-97 del 30 novembre 2000) l'energia elettrica era fornita dai pannelli dei moduli russi Zarja e Zvezda. I segmenti russi della stazione utilizzano una corrente continua a 28 volt (come lo Shuttle).[71] Nel resto della stazione la tensione fornita dai pannelli solari fornisce tensioni comprese tra 130 e 180 volt. La tensione è stabilizzata e poi portata a 160 volt DC per essere immessa nella stazione e poi convertita a 124 volt per le esigenze degli utilizzatori. La potenza viene convertita e suddivisa tra i due segmenti della stazione, questo si è reso fondamentale dopo la cancellazione del modulo russo Science Power Platform.[72]

Utilizzare linee ad una tensione più alta (da 130 a 160 volt) consente di ridurre i diametri dei fili per il trasporto di corrente[73] e quindi di ridurre il materiale necessario per la loro fabbricazione e di conseguenza il peso del carico al lancio.

A marzo 2009 è stata installata l'ultima coppia di pannelli fotovoltaici. Ogni coppia misura, da un'estremità all'altra, 240 piedi (73,152 m) e ha una superficie di 890 m². Con le quattro coppie di pannelli, la stazione ha una potenza elettrica installata di 120 kW.

Supporto vitale

Controlli ambientali e supporto vitale (ECLSS).

L'Environmental Control and Life Support System (ECLSS) della Stazione Spaziale Internazionale (il sistema di supporto vitale) provvede a controllare le condizioni atmosferiche, la pressione, il livello di ossigeno, l'acqua e la presenza di eventuali fiamme libere. Il suo scopo è mantenere le condizioni atmosferiche ma raccoglie, processa e immagazzina anche gli scoli della stazione. Per esempio il sistema ricicla i fluidi provenienti dai servizi igienici e condensa il vapore acqueo. L'anidride carbonica viene rimossa dall'aria dal sistema Vozdukh posto in Zvezda. Altri sottoprodotti del metabolismo umano, come il metano dagli intestini e l'ammoniaca dal sudore, vengono rimossi con filtri a carbone attivo.[74] L'ossigeno è prodotto dall'elettrolisi dell'acqua.

L'atmosfera a bordo della ISS è simile a quella terrestre[75] e si compone di una miscela di azoto e ossigeno ad una pressione di 101,3 kPa (14,7 psi)[76] - pari al valore della pressione atmosferica al livello del mare. Questa scelta garantisce il comfort dell'equipaggio e assicura una maggiore sicurezza rispetto ad un'atmosfera composta unicamente da ossigeno puro, a maggior rischio di incendio: un incidente di questo tipo causò la morte dell'equipaggio dell'Apollo 1.[77]

Controllo dell'assetto e dell'altitudine

Il grafico rappresenta i cambiamenti di altitudine della stazione da novembre 1998 all'inizio di gennaio 2009

La ISS è mantenuta in un'orbita quasi circolare, con un'altitudine minima media di 278 km e un massima di 460 km. Viaggia a una velocità media di 27 724 km all'ora e completa 15,7 orbite al giorno.[78] La massima altitudine normale è 425 km per consentire l'aggancio con le navette Sojuz. Poiché la stazione perde costantemente quota a causa di un leggero attrito atmosferico ha bisogno di essere riportata più in alto circa ogni anno.[14][79] Questo incremento di altitudine può essere effettuato tramite i due motori principali posti sul modulo di servizio Zvezda, tramite una navetta di rifornimento Progress o con l'ATV dell'ESA. Ci vogliono circa due orbite (tre ore) perché l'incremento di altitudine possa essere completato.[79]

Nel dicembre 2008, la NASA ha firmato un accordo con la società Ad Astra Rocket per la sperimentazione sulla ISS di un motore a propulsione al plasma VASIMR.[80] Questa tecnologia, se risultasse utilizzabile, potrebbe consentire un abbattimento dei costi per il mantenimento della stazione.[81][82] La posizione della stazione e la velocità vengono stabilite in maniera indipendente grazie al sistema Global Positioning System (GPS) statunitense e tramite il sistema russo GLONASS.

L'orientamento della stazione è mantenuto in modo attivo attraverso dei giroscopi di controllo alimentanti elettricamente. Quando questi raggiungono la saturazione, si procede alla loro desaturazzazione tramite piccoli propulsori a razzo montati all'esterno della stazione e controllati dal settore russo. L'assetto viene misurato attraverso sensori di orizzonte posti su Zvezda e tramite il GPS statunitense. Queste informazioni vengono poi inviate ai vari sistemi di controllo.

Computer

Astronauti al lavoro su alcuni computer.

La stazione spaziale internazionale è dotata di circa 100 computer portatili IBM e Lenovo ThinkPad, modelli A31 e T61p. Ogni computer è un modello in libero commercio che viene poi configurato per migliorare la sicurezza, per consentire il funzionamento in assenza di peso e con l'alimentazione a 28 V. Il ThinkPad è il solo portatile certificato per il volo di lunga durata a bordo della ISS anche se altri modelli sono stati utilizzati per esperimenti specifici.[83] Tutti i laptop a bordo della ISS sono collegati alla LAN della stazione tramite Wi-Fi e con la terra con una velocità di 3 Mbps di trasmissione e 10 Mbps di ricezione, paragonabile alla velocità media di una connessione domestica DSL.[84]

A maggio 2013 a tutti i laptop presenti, è stato sostituito il sistema operativo presente, ovvero Windows XP, con la versione Debian 6 di Linux. La scelta è stata motivata sostanzialmente in tre punti, due sono citati nel comunicato stampa, la stabilità e la sicurezza del sistema; il terzo lo spiega uno dei responsabili della United Space Alliance, Keith Chuvala: «Abbiamo bisogno di un sistema operativo su cui avere il controllo assoluto. Così se abbiamo bisogno di una modifica la possiamo realizzare da soli».[85]

Comunicazioni

Le comunicazioni radio permettono il trasferimento dei dati telemetrici e di quelli degli esperimenti scientifici tra la stazione e il centro di controllo a terra. Si ricorre a comunicazioni radio anche durante le procedure di rendezvous e aggancio, e per la trasmissione di audio e video tra l'equipaggio e i controllori di volo e tra gli astronauti e le proprie famiglie. Questa molteplicità di usi ha comportato che la stazione sia dotata di diversi sistemi di comunicazione utilizzati per scopi diversi.[86]

I sistemi di comunicazione radio utilizzati dalla stazione.

Il segmento russo comunica direttamente con la Terra attraverso l'antenna Lira montata sul modulo Zvezda.[11][87] L'antenna Lira ha anche la capacità di utilizzare come ripetitore il satellite Luch.[11] Questo sistema era utilizzato inizialmente per le comunicazioni con Mir fino al 1990.[11][29][88] Nonostante ciò, l'11 dicembre 2011, è stato lanciato il satellite Luch-5A e sono previsti i lanci di Luch-5B (per il 2012) e Luch-4 (per il 2013) al fine di ripristinare il sistema.[89][90] Un altro sistema russo di comunicazione è il Voskhod-M che permette le comunicazioni telefoniche interne tra Zvezda, Zarya, Pirs e Poisk, fornendo anche un collegamento radio VHF con il centro di controllo a terra.[91]

Il segmento statunitense della stazione si avvale di due ponti radio separati: la banda S (usato per l'audio) e la banda Ku (utilizzata per audio, video e dati). Queste trasmissioni vengono instradate tramite il sistema satellitare Tracking and Data Relay Satellite (TDRSS) posto in orbita geostazionaria che consente una comunicazione continua in tempo reale con il centro di controllo missione (Mission Control Center, MCC-H) di Houston.[11][86][92] I canali dati per il Canadarm2, per il laboratorio europeo Columbus e il giapponese Kibo vengono indirizzati attraverso la banda S e i sistemi in banda Ku, anche se il sistema europeo European Data Relay Satellite e uno simile giapponese andranno ad integrare il TDRSS in questo compito.[92][93] Le comunicazioni tra i moduli sono realizzate tramite una rete digitale wireless.[94]

La radio UHF è utilizzata dagli astronauti e cosmonauti per la conduzione delle EVA e dagli altri veicoli spaziali per l'aggancio e lo sgancio dalla stazione, come la Sojuz, la Progress, l'HTV, l'ATV e lo Space Shuttle (lo Shuttle si avvale anche della banda S e dei sistemi banda Ku via TDRSS).[95][96]

Politiche, gestione e finanziamenti

Aspetti giuridici

Rosso =Nazioni contributrici principali; Rosa = Nazioni contributrici passate

La Stazione Spaziale Internazionale è un progetto congiunto di diverse agenzie spaziali: la canadese (CSA), l'europea (ESA), la giapponese (JAXA - già NASDA), l'agenzia russa (RKA) e quella statunitense (NASA).[1]

Essendo un progetto multinazionale, gli aspetti giuridici e finanziari risultano essere particolarmente complessi. Tematiche di interesse comprendono la proprietà dei moduli, l'utilizzo della stazione da parte delle nazioni partecipanti e le responsabilità per il rifornimento della stazione. I diritti e i doveri sono stabiliti da uno speciale accordo intergovernativo (IGA). Questo trattato internazionale è stato firmato il 28 gennaio 1998 dalle principali nazioni coinvolte nel progetto della Stazione Spaziale: Stati Uniti d'America, Russia, Giappone, Canada e undici stati membri dell'Agenzia spaziale europea (Belgio, Danimarca, Francia, Germania, Italia, Paesi Bassi, Norvegia, Spagna, Svezia, Svizzera e Regno Unito).[12] Un secondo livello di accordi è stato poi stipulato, denominato Memorandum of Understanding (MOU), tra la NASA e l'ESA, CSA, RKA e JAXA. Questi accordi sono poi ulteriormente suddivisi in obbligazioni contrattuali tra le nazioni.[12] L'uso del segmento orbitale russo è stato negoziato a questo livello.[13]

Oltre a questi principali accordi intergovernativi, il Brasile, tramite l'Agenzia Spaziale Brasiliana, aveva inizialmente aderito al programma come partner bilaterale degli Stati Uniti attraverso un contratto con la NASA per la fornitura di strutture.[97] In cambio, la NASA avrebbe fornito al Brasile l'accesso alle sue strutture in orbita, così come un'opportunità di volo per un astronauta brasiliano nel corso del programma ISS. Tuttavia, a causa di problemi di costo, il subappaltatore Embraer non è stato in grado di fornire le apparecchiature promesse e così il Brasile ha lasciato il programma.[98] L'Italia ha un contratto analogo con la NASA per fornire servizi analoghi, anche se l'Italia partecipa al programma direttamente.[99] La Cina ha espresso spesso l'interesse alla partecipazione al progetto, tuttavia fino al dicembre 2010, non risulta direttamente coinvolta.[100][101] I responsabili delle agenzie spaziali indiane e sud-coreane hanno annunciato, durante l'International Astronautical Congress del 2009, di accedere al programma in funzione di permettere un'estensione della vita della ISS.[102]

Diritti di uso

Assegnazione del tempo di utilizzo di alcune strutture della stazione.

La sezione russa della stazione viene gestita e controllata dall'agenzia spaziale della Federazione russa. La Russia consente all'equipaggio della ISS l'utilizzo di questo segmento per quasi la metà del tempo di lavoro utile. La ripartizione del tempo per le altre sezioni è stato assegnato come segue:

Costi

Le stime dei costi per la realizzazione della stazione vanno dai 35 ai 160 miliardi di dollari.[104] L'ESA stima a 100 miliardi di euro la spesa totale per l'intera stazione in oltre 30 anni.[5] Una stima precisa dei costi per la ISS è poco chiara, infatti è difficile stabilire quali costi vanno attribuiti al programma ISS, o come il contributo russo debba essere calcolato.[104]

Critiche

I critici della ISS sostengono che il tempo e il denaro speso per la ISS potrebbe essere speso meglio su altri progetti, siano essi missioni spaziali robotiche, per l'esplorazione spaziale, per le indagini di problemi sulla Terra, per la colonizzazione di Marte, o anche solo risparmi fiscali.[105] Alcuni critici, come Robert Park, sostengono che la ricerca scientifica effettuata sia stata meno proficua di quanto previsto e che la peculiarità di un laboratorio nello spazio, il suo ambiente di microgravità, può essere simulato per mezzo di un meno costoso aereo in caduta libera.[106][107]

La capacità di ricerca della ISS è stata criticata dopo la cancellazione del Centrifuge Accommodations Module che ha limitato le potenzialità di ricerca scientifica. Questo ha infatti comportato l'utilizzo della stazione per esperimenti che non richiedono attrezzature specializzate. Ad esempio, nel primo semestre del 2007, la ricerca svolta sulla ISS ha trattato principalmente su argomenti correlati allo studio delle capacità dell'uomo di vivere e lavorare nello spazio ed altri aspetti medici come: calcoli renali, studio del ritmo cardiaco, studio degli effetti dei raggi cosmici sul sistema nervoso.[108][109][110] Altre critiche mosse alla stazione riguardano alcuni aspetti tecnici, come la scelta dell'inclinazione orbitale che ha comportato un costo più elevato per i lanci.[111]

La vita a bordo

Attività dell'equipaggio

Tracy Caldwell-Dyson nel modulo Cupola, osserva la Terra sotto di lei, durante la missione Expedition 24.
Astronauti della Expedition 20 lavorano all'interno del modulo Destiny.

Il fuso orario utilizzato a bordo della ISS è il Coordinated Universal Time (UTC). Nelle ore notturne, le finestre vengono coperte per dare l'impressione di oscurità, poiché nella stazione il sole sorge e tramonta per 16 volte al giorno. Durante le visite dello Space Shuttle, l'equipaggio della ISS segue per lo più il Mission Elapsed Time (MET), che è un fuso orario flessibile strutturato in base al tempo di lancio della missione shuttle.[112][113] Quando l'UTC e il MET sono discordanti di parecchie ore, l'equipaggio della stazione si adegua a partire da alcuni giorni prima e dopo dell'arrivo dello shuttle, in una pratica nota come "spostamento del sonno".[114]

La giornata tipo per l'equipaggio inizia con la sveglia alle 06:00, seguita da attività di post-sonno e un controllo generale della stazione. L'equipaggio poi consuma la prima colazione e partecipa ad un briefing di pianificazione quotidiana con il Controllo Missione. Il lavoro inizia poi circa alle 08:10. La pausa pranzo inizia alle 13:05 e dura circa un'ora, il pomeriggio è dedicato a diverse attività che si concludono alle 19:30 con una cena e un briefing. Gli astronauti si recano a dormire alle 21:30. In generale, l'equipaggio lavora dieci ore al giorno in un giorno feriale e cinque ore il sabato, con il resto del tempo dedicato al riposo o ai lavori rimasti incompiuti.[115]

Esercizi fisici

L'astronauta Frank De Winne si allena sul TVIS treadmill.

Gli effetti più negativi dell'assenza di peso a lungo termine sono l'atrofia muscolare e l'osteopenia da volo spaziale. Altri effetti significativi includono la ridistribuzione dei fluidi, un rallentamento del sistema cardiovascolare, la riduzione della produzione di globuli rossi, i disturbi dell'equilibrio e un indebolimento del sistema immunitario.Sintomi minori includono la perdita di massa corporea, congestione nasale, disturbi del sonno, eccesso di flatulenza e gonfiore del viso. Questi effetti scompaiono rapidamente al ritorno a terra.[22]

Per evitare alcuni di questi effetti negativi, la stazione è dotata di due tapis roulant, alcuni attrezzi per il sollevamento di pesi e una cyclette, ogni astronauta passa almeno due ore al giorno a compiere esercizi.[116][117] Gli astronauti utilizzano corde elastiche per agganciare se stessi al tapis roulant.[118] I ricercatori ritengono che l'esercizio fisico sia una buona protezione per le ossa e serva anche a contenere la perdita di massa muscolare che si ha quando si vive per lungo tempo senza gravità.[119]

Igiene

La ISS non è dotata di una doccia, anche se era prevista come parte dell'ormai cancellato Habitation Module. Invece, i membri dell'equipaggio possono lavarsi con un getto d'acqua, salviette umidificate e sapone erogato da un tubetto. Gli astronauti sono dotati anche di uno shampoo e un dentifricio commestibile per risparmiare acqua.[120]

Ci sono due bagni sulla ISS, entrambi di progettazione russa, situati su Zvezda e Tranquility.[116] I rifiuti solidi sono raccolti in sacchi individuali che sono immagazzinati in un contenitore di alluminio. Una volta che i contenitori sono pieni vengono trasferiti al veicolo spaziale Progress per lo smaltimento.[116][121] I rifiuti liquidi vengono raccolti e trasferiti al sistema di recupero dell'acqua, dove vengono riciclati sotto forma di acqua potabile.[122]

Cibo e bevande

L'equipaggio di STS-127 e Expedition 20 consuma un pasto all'interno di Unity.
Sandra Magnus e Yury Lonchakov, Expedition 18, stivano le scorte di cibo.

La maggior parte del cibo mangiato da parte degli equipaggi della stazione è congelato, refrigerato o in scatola. I menu sono studiati dagli astronauti, con l'aiuto di un dietista, prima della missione.[122] Poiché il senso del gusto è ridotto in orbita, il cibo piccante è uno dei preferiti di molti equipaggi.[117] Ogni membro dell'equipaggio ha pacchetti singoli di alimenti e li cuoce nella cucina di bordo dotata di due scaldavivande, un frigorifero e un distributore di acqua sia calda che fredda.[116]

Le bevande sono fornite sotto forma di polvere disidratata che poi viene mescolata con acqua prima del consumo.[116][122] Le bevande e le zuppe vengono sorseggiate tramite sacchetti di plastica con cannucce, mentre il cibo solido è mangiato con coltello e forchetta, i quali sono attaccati ad un vassoio magnetico. Qualsiasi alimento in grado di produrre residui come briciole e frammenti di cibo deve essere raccolto per evitare l'intasamento dei filtri d'aria della stazione e delle altre attrezzature.[122]

Dormire nello spazio

La stazione prevede alloggi per ogni membro dell'equipaggio permanente, con due "stazioni di sonno" poste nel segmento russo e altre quattro nel modulo Tranquility. Gli alloggi statunitensi sono realizzati in cabine dimensionate per una persona e insonorizzate. All'interno un membro dell'equipaggio è in grado di dormire in un sacco a pelo, ascoltare musica, usare un computer portatile e conservare oggetti personali in un cassetto di grandi dimensioni o in reti fissate alle pareti. L'alloggio fornisce inoltre una lampada da lettura e una mensola.[116][117][122]

Gli equipaggi in visita alla stazione che non hanno un proprio alloggio assegnato, possono dormire in un sacco a pelo attaccato al muro.[120] Gli alloggi degli equipaggi sono ben ventilati, altrimenti gli astronauti potrebbero svegliarsi senza fiato e per privazione di ossigeno, a causa della bolla composta dalla propria anidride carbonica espirata che potrebbe venire a formarsi.[117]

Operatività

Expedition

Ad ogni equipaggio permanente della stazione viene assegnato un numero sequenziale di expedition. Ogni expedition ha una durata di circa sei mesi e inizia con il passaggio ufficiale di consegne tra un comandante e l'altro. Le expedition da 1 a 6 consistevano in equipaggi di tre persone, ma l'incidente dello Space Shuttle Columbia ha portato ad una riduzione dell'equipaggio a due soli membri per le expedition da 7 a 12. L'Expedition 13 ha visto il ripristino degli equipaggi composti da tre astronauti.[123][124]

Il 27 maggio 2009, Expedition 20 ha avuto inizio e ha portato per la prima volta l'equipaggio della ISS a sei membri permanenti. Questo è avvenuto anche grazie alla missione Shuttle STS-115 che ha permesso di espandere la capacità della stazione. L'equipaggio di Expedition 20 è giunto sulla stazione in due distinti voli Sojuz TMA lanciati in due momenti diversi (ogni Sojuz TMA può contenere solo tre persone): Sojuz TMA-14 il 26 marzo 2009 e Sojuz TMA-15 il 27 maggio dello stesso anno. Tuttavia la stazione non è stata abitata permanentemente da sei membri, infatti quando l'equipaggio di Expedition 20 (Roman Romanenko, Frank De Winne e Robert Thirsk) ritornò sulla Terra nel novembre 2009, per un periodo di circa due settimane solo due membri dell'equipaggio (Jeffrey Williams e Max Surayev) rimasero a bordo. Gli astronauti a bordo aumentarono a cinque ai primi di dicembre, quando Oleg Kotov, Timothy Creamer e Soichi Noguchi sono giunti con Sojuz TMA-17. L'equipaggio è poi sceso nuovamente a tre, nel marzo 2010, per poi ritornare a sei nell'aprile 2010 con l'arrivo della Sojuz TMA-18 che ha portato Aleksandr Skvortsov, Mikhail Korniyenko e Tracy Caldwell Dyson.[123][124]

La Stazione Spaziale Internazionale è il veicolo spaziale che ha ricevuto più visite nella storia del volo spaziale. Al 15 dicembre 2010 ha ricevuto, infatti, 297 visitatori (196 persone diverse).[9][125] Mir ha avuto 137 visitatori (104 persone diverse).[29]

Visite di veicoli spaziali

La navetta russa Progress in procinto di agganciarsi alla ISS. Oltre 40 progress hanno raggiunto la stazione, nel corso degli anni, per rifornirla di cibo, acqua, propellenti e materiale di vario tipo.
L'ATV-003 Edoardo Amaldi si prepara all'aggancio con la ISS. 28 marzo 2012.
La navetta Dragon è in avvicinamento alla ISS.
La navetta Cygnus è agganciata alla ISS.

Veicoli spaziali provenienti da quattro diverse agenzie spaziali visitano la Stazione Spaziale Internazionale per vari scopi. L'Automated Transfer Vehicle dell'Agenzia Spaziale Europea, il Progress russo e l'HTV dalla Japan Aerospace Exploration Agency forniscono servizi di rifornimento alla stazione. Inoltre, la Russia fornisce un veicolo spaziale Sojuz, utilizzato per la rotazione dell'equipaggio e l'evacuazione di emergenza, che viene sostituito ogni sei mesi. Dal canto loro, gli statunitensi hanno servito la ISS attraverso il programma Space Shuttle, compiendo le missioni di rifornimento, i voli di assemblaggio e logistica e la rotazione dell'equipaggio fin alla conclusione del programma.

Al 9 marzo 2011 hanno visitato la stazione: 25 Sojuz, 41 Progress, 2 ATV, 2 HTV e 35 voli dello space shuttle.[35] Ogni expedition richiede, in media, 2 722 kg di forniture, al 9 marzo 2011 gli equipaggi avevano consumato un totale di circa 22 000 pasti.[35] I voli Sojuz per la rotazione dell'equipaggio e i voli di rifornimento Progress visitano la stazione rispettivamente, in media, due e tre volte ogni anno. L'ATV e l'HTV dovrebbero visitarla ogni anno, a partire dal 2010.

Dopo il ritiro dello Space Shuttle, altri veicoli spaziali sono attesi per raggiungere la stazione. Due, l'Orbital Sciences Cigno e lo SpaceX Dragon, voleranno per il Commercial Orbital Transportation Services della NASA, consegnando merci alla stazione almeno fino al 2015.[126][127] Inoltre, il veicolo spaziale Orion, sviluppato come un sostituto dello Space Shuttle facente parte del Programma Constellation, è stato ricollocato dal presidente Barack Obama, il 15 aprile 2010, come navetta di salvataggio per l'equipaggio della stazione.[128] Orion, fino a quel momento, era stato del tutto cancellato dal bilancio.[129]

Veicoli spaziali attualmente agganciati e in orbita

Veicolo Missione Modulo Data attracco (UTC) Data sgancio
Europa Edoardo Amaldi ATV-3 Cargo Zvezda 28 marzo 2012 22:31[130] 27 agosto 2012
Russia Sojuz Sojuz TMA-04M Poisk 17 maggio 2012 5:36 Settembre 2012
Russia Sojuz Sojuz TMA-05M Rassvet 17 luglio 2012 5 settembre 2012
Giappone Kounotori 3 HTV-3 Cargo Harmony 27 luglio 2012 6 settembre 2012
Russia Progress Progress M-16M Pirs 2 agosto 2012 dicembre 2012

Programma di lanci per il 2012

Veicolo Missione Lancio Aggancio
USA Dragon CRS1 Canaveral Dragon 1 Cargo 24 settembre[131] Harmony nadir[132]
USA Cygnus CRS1 Canaveral Cygnus 1 Cargo 2 ottobre Harmony nadir
Russia Sojuz TMA-06M Baikonur Expedition 33/34 15 ottobre Poisk
Russia Progress M-17M Baikonur Progress 49 Cargo 1 novembre Zvezda
Russia Sojuz TMA-07M Baikonur Expedition 34/35 5 dicembre Rassvet
Russia Progress M-18M Baikonur Progress 50 Cargo 26 dicembre Pirs

Centri di controllo missione

Centri spaziali coinvolti nel programma ISS.

I componenti della ISS sono gestiti e controllati dalle loro rispettive agenzie spaziali, presso i centri di controllo sparsi in tutto il mondo, tra cui:

Sicurezza

Incidenti

Dal momento che è iniziato, il programma ISS ha avuto a che fare con diversi incidenti gravi, problemi imprevisti e fallimenti. Questi incidenti hanno avuto un impatto sul calendario di montaggio della stazione, hanno portato a periodi di ridotta capacità e, in alcuni casi, avrebbero potuto portare all'abbandono forzato della stazione se non fossero stati risolti tempestivamente.

Pannello solare danneggiato, fotografato durante la missione STS-120.
Stephen Bowen, al lavoro sul giunto SARJ, durante la missione STS-126.

Il primo evento importante e negativo che ha impattato sul programma è stato il disastro dello Space Shuttle Columbia, avvenuto il 1 febbraio 2003 (durante la missione STS-107), che ha portato ad una sospensione di due anni e mezzo del programma Space Shuttle statunitense, seguito da una ulteriore sosta dopo STS-114 a causa del continuo verificarsi di distacco di schiuma del serbatoio esterno. Questi eventi hanno fermato i piani di assemblaggio della stazione e ridotto le capacità operative della stessa.[134] Il disastro del Columbia è stato seguito da una serie di piccoli problemi verificatisi a bordo della stazione, tra cui una perdita d'aria dal segmento statunitense nel 2004,[135] la propagazione di fumo da un generatore di ossigeno Elektron nel 2006[136] e il guasto del computer nel 2007, durante la missione STS-117 che ha lasciato la stazione senza propulsione ed altri sistemi di controllo ambientale. La causa principale degli incidenti è risultata essere la condensa all'interno dei connettori elettrici che ha portato ad un corto circuito.[137]

Questi problemi riscontrati nelle apparecchiature interne sono poi stati seguiti da moltissimi problemi con i componenti esterni. Ad esempio, durante la missione STS-120 nel 2007, in seguito allo spostamento del traliccio P6 dei pannelli solari, è stato osservato che una parte della matrice risultava danneggiata e non completamente dispiegata.[138] Una EVA di emergenza è stata realizzata da Scott Parazynski, assistito da Douglas Wheelock, per riparare la matrice, attività considerata pericolosa a causa dei brevi tempi di pianificazione e della possibilità di folgorazione.[139]

Altri problemi con i tralicci dei pannelli solari si sono verificati in seguito nello stesso anno ed in particolare al sistema che ruota le matrici nella direzione del Sole. La missione STS-126 dello Shuttle ha provveduto a compiere alcune importanti riparazioni, tra cui la lubrificazione di entrambe le articolazioni e la sostituzione di 11 dei 12 cuscinetti sul giunto.[140][141]

Più di recente, alcuni problemi sono stati riscontrati con i motori e con i sistemi di raffreddamento. Nel 2009 un comando errato dato ai motori di Zvezda ha causato il propagarsi in tutta la struttura di eccessive vibrazioni per oltre due minuti.[142] Anche se nessun danno per la stazione è stato segnalato, alcuni componenti potrebbero essere stati sollecitati oltre i loro limiti progettuali. Ulteriori analisi hanno confermato l'assenza di danni e sembra che "le strutture siano ancora in grado di soddisfare le loro funzioni per il normale corso della loro vita preventivata". Ulteriori valutazioni sono tuttora in corso.[143]

Il 2009 ha visto anche danni al radiatore S1, una delle componenti del sistema di raffreddamento della stazione.[144] Il 15 maggio 2009 una tubazione di ammoniaca del pannello radiatore danneggiato è stata chiusa meccanicamente dal resto del sistema di raffreddamento, grazie ad una valvola controllata da un computer. La stessa valvola è stata usata subito dopo per sfogare l'ammoniaca dal pannello danneggiato, eliminando la possibilità di una fuga dal sistema di raffreddamento tramite il pannello danneggiato.[144]

Il 24 agosto 2011 la navetta cargo Progress M-12M, diretta verso la ISS per rifornirla, andò persa pochi minuti dopo il lancio, a causa di un malfunzionamento di un motore del lanciatore Sojuz.[145] L'incidente ha causato la sospensione cautelativa di tutti i lanci della Sojuz - l'unico mezzo esistente per portare astronauti sulla stazione dalla conclusione del Programma Space Shuttle - facendo correre il rischio, poi scongiurato grazie al successo del lancio di Progress M-13M,[146] di dover abbandonare la stazione per evitare che una prolungata esposizione allo spazio determinasse il degrado delle scialuppe di salvataggio degli astronauti, impedendone l'uso e quindi il rientro a terra degli astronauti stessi.[147]

Un problema al circuito di raffreddamento

Il 1º agosto 2010, un fallimento nel sistema di raffreddamento ha lasciato la stazione con solo la metà della sua normale capacità di termoregolazione e zero ridondanza in alcuni sistemi.[148][149][150] Il problema sembra essere stato nella pompa di ammoniaca che si occupa del riciclo del liquido.

Le operazioni programmate sulla Stazione Spaziale Internazionale sono state interrotte e sono state affrontate una serie di EVA per risolvere il problema. Una prima EVA, il 7 agosto 2010, ha cercato di sostituire il modulo danneggiato, ma non è stata completata a causa di una fuga di ammoniaca. Una seconda EVA, l'11 agosto, ha rimosso correttamente il modulo della pompa.[151][152] Una terza EVA è stata necessaria per ripristinare la funzionalità normale dell'intero sistema.[153]

Il sistema di raffreddamento della stazione è in gran parte costruito dalla società americana Boeing.[154][155]

Detriti orbitali

Il foro di entrata nel pannello del radiatore dello Space Shuttle Endeavour causato da detriti spaziali durante la missione STS-118.
Oggetti orbitali tracciabili dal radar, inclusi detriti. Si noti l'anello dei Satelliti geostazionari.

Alle basse quote dove orbita la ISS, vi è una varietà di detriti spaziali, costituiti da parti di razzi abbandonati, frammenti di esplosioni, scaglie di vernice, scorie di motori a combustibile solido e molti altri oggetti.[156] Questi oggetti, oltre ai micrometeoriti naturali,[157] rappresentano una minaccia per la stazione in quanto hanno la capacità di bucare i moduli pressurizzati e causare danni ad altre parti della stazione.[158][159] I micrometeoriti possono anche rappresentare un rischio per gli astronauti, in quanto tali oggetti potrebbero forare le loro tute spaziali, durante le attività extraveicolari, causando la loro depressurizzazione.

I detriti spaziali vengono monitorati a distanza da terra e l'equipaggio della stazione può essere avvertito nel caso un oggetto di notevoli dimensioni fosse in rotta di collisione. Ciò consentirebbe di intraprendere una manovra detta Debris Avoidance Manoeuvre (DAM) che utilizza propulsori posti sul segmento orbitale russo per modificare l'altitudine orbitale della stazione ed evitare il detrito. Le DAM non sono infrequenti e avvengono tutte le volte che i modelli di calcolo mostrano un detrito che si avvicina ad una distanza considerata pericolosa.[158] Otto manovre sono state eseguite prima di marzo 2009,[160] Le prime sette tra ottobre 1999 e maggio 2003.[161] Di solito l'orbita viene innalzata da uno o due chilometri per mezzo di un aumento della velocità orbitale nell'ordine di 1 m/s. Insolitamente si è realizzato un abbassamento di 1,7 km il 27 agosto 2008, il primo per 8 anni.[161][162] Nel 2009 si sono verificati ulteriori due DAM, una il 22 marzo e una il 17 luglio.[163] Se una minaccia da detriti orbitali viene identificata troppo tardi per effettuare una manovra di allontanamento, l'equipaggio della stazione chiude tutti i boccaporti a bordo della stazione e si ritira nella navicella spaziale Sojuz, in modo che essi possano evacuare velocemente la stazione in caso di grave danneggiamento da impatto. Parziali evacuazioni della stazione si sono verificate tre volte, il 6 aprile 2003, il 13 marzo 2009 e il 28 giugno 2011 quando l'equipaggio ha dovuto rifugiarsi nelle due capsule Soyuz a causa di un detrito che è passato a pochi metri dalla stazione.[158][164]

Esposizione alle radiazioni

Senza la protezione dell'atmosfera terrestre, gli astronauti sono esposti a più alti livelli di radiazione dovuta al flusso costante di raggi cosmici. Gli equipaggi della stazione sono esposti a circa 1 millisievert di radiazione ogni giorno, che è circa la stessa che ognuno riceve sulla Terra in un anno, da fonti naturali.[165] Ciò si traduce in un rischio più elevato di sviluppare un tumore per gli astronauti. Alti livelli di radiazioni possono causare danni ai cromosomi dei linfociti. Queste cellule sono fondamentali per il sistema immunitario e quindi il loro danneggiamento potrebbe contribuire alla bassa immunità sperimentata dagli astronauti. L'aumento dell'esposizione alle radiazioni viene correlata anche ad una maggiore incidenza di cataratta negli astronauti. Farmaci protettivi e protezioni di schermatura possono ridurre i rischi a un livello accettabile, ma i dati sono scarsi e l'esposizione a lungo termine si potrà tradurre in un aumento dei rischi.[22]

Nonostante gli sforzi per migliorare la schermatura contro le radiazioni sulla ISS, rispetto alle stazioni precedenti come la Mir, i livelli di radiazione all'interno della stazione non sono stati sufficientemente ridotti. Si ritiene che l'ulteriore avanzamento tecnologico sarà necessario per rendere possibili i voli spaziali umani a lunga durata all'interno del sistema solare.[165]

Va osservato, tuttavia, che i livelli di radiazione sperimentati a bordo della ISS, sono circa 5 volte superiori a quelle dei passeggeri delle linee aeree. Ad esempio, su un volo di 12 ore, ogni passeggero incontrerebbe 0,1 millisievert di radiazioni, solo 1/5 dell'esposizione sperimentata da ogni astronauta.[166]

Note

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Bibliografia

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