È il momento di alzare il volume nello spazio! Questo è l’appello di diverse aziende private che vogliono vedere un fattore di inflazione per il futuro. Ciò che viene attualmente valutato e testato è l’uso di “softgoods” per realizzare airlock e habitat espandibili/inflabili, non solo per l’orbita terrestre bassa, ma anche per fornire sistemazioni confortevoli per i futuri esploratori della luna e di Marte. Prima di tutto, però, vale la pena fare un viaggio nella memoria su questa idea, che sottolinea anche quanto sia progredito il tutto.

I progetti dei palloni Echo della NASA negli anni ’60 testavano le comunicazioni di rilancio. (Crediti immagine: NASA)
Le radici della tecnologia spaziale gonfiabile
Prendiamo come esempio il Progetto Echo, che prevedeva due veicoli spaziali americani, il primo lanciato nel 1960 e il secondo nel 1964. Erano satelliti a pallone Mylar a pelle sottile. Questi palloni riempiti di gas — Echo 1 si espandeva fino a 100 piedi (30,48 metri), mentre Echo 2 si gonfiava a 135 piedi (41 m) — testavano la riflessione dei segnali a microonde da un punto all’altro sulla Terra.
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Poi, nel marzo 1965, il cosmonauta sovietico Alexei Leonov utilizzò un airlock gonfiabile attaccato alla sua navetta Voskhod 2 per eseguire il primo passeggiata spaziale umana. Ma quel traguardo si rivelò tutt’altro che semplice. La tuta del cosmonauta sovietico si irrigidì così tanto nel vuoto spaziale che Leonov dovette abbassare la pressione della tuta, permettendogli infine di piegare le giunture della tuta spaziale per risalire a bordo della sua navetta.

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Il Bigelow Expandable Activity Module (BEAM), la struttura espandibile di Bigelow Aerospace attaccata alla Stazione Spaziale Internazionale dal 2016. (Crediti immagine: NASA)
La nascita di Bigelow
Entriamo nel 21° secolo e nel lavoro pionieristico di Robert Bigelow e del suo team presso la Bigelow Aerospace di Las Vegas. L’azienda ha costruito due prototipi espandibili non pilotati che sono stati lanciati in orbita terrestre nel 2006 e nel 2007, rispettivamente, nell’ambito del suo programma Genesis. Essi orbitano ancora intorno alla Terra.
Traendo spunto dallo sforzo annullato dalla NASA noto come TransHab, l’impresa Bigelow Aerospace è stata un centro creativo che ha fatto progredire la tecnologia dei moduli spaziali espandibili. Un prodotto del loro lavoro è ora attaccato alla Stazione Spaziale Internazionale (ISS). Il Bigelow Expandable Activity Module, o BEAM, è arrivato alla ISS e rimane attaccato al suo modulo Tranquility fino ad oggi.

Bigelow Aerospace e il suo lavoro innovativo in moduli espandibili hanno incluso l’uso di estensioni proprietarie del tessuto protettivo Vectran, un’alternativa più resistente al Kevlar. Il Vectran è una fibra polimerica a cristallo liquido ad alte prestazioni che offre proprietà superiori rispetto al Kevlar.
Bigelow non è più operativa — l’azienda ha chiuso i battenti nel 2020 — ma la sua influenza potrebbe farsi sentire anche in futuro.
Competizione in espansione
Oggi, diverse aziende leader stanno spingendo avanti con strutture espandibili nello spazio, come la nuova startup Max Space, che sta lavorando su habitat gonfiabili per l’orbita terrestre, la luna e Marte. E anche Sierra Space è coinvolta, sviluppando un habitat chiamato Large Integrated Flexible Environment (LIFE).
Allo stesso modo, Lockheed Martin sta testando concetti di strutture gonfiabili che offrono vantaggi rispetto ai corrispondenti in metallo. Ogni gruppo sta mettendo gli occhi sul promettente potenziale della tecnologia espandibile. E ogni azienda ha la propria “ricetta segreta” incorporata nei propri prodotti.
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Megastrutture
“Il futuro dello spazio è limitato dallo spazio,” ha spiegato Maxim de Jong, co-fondatore di Max Space, basato a Jacksonville, Florida, con uffici di design a Vancouver, Canada. Non nuovo alle strutture spaziali espandibili, de Jong ha progettato le scocche di pressione dei Genesis 1 e 2 di Bigelow, i primi veicoli spaziali in orbita ad incorporare con successo architettura gonfiabile ad alto volume e alta tensione.
“Ci stiamo preparando per volare nella nostra missione inaugurale nel 2026,” ha detto de Jong a Space.com. All’interno di questo processo, il gruppo ha recentemente eseguito test di dispersione di una nuova progettazione di scudo contro i detriti spaziali. “Questo è un vero discriminante di progresso, considerando quanto sia difficile, in termini di design, tempo e costi, lo sviluppo degli scudi contro i detriti.”

L’obiettivo di Max Space è avere una famiglia di habitat scalabili nello spazio, che variano da 20 metri cubi (700 piedi cubici) a 100 metri cubi (3.500 piedi cubici) fino a 1.000 metri cubi (35.000 piedi cubici) entro il 2030. C’è il potenziale per passare fino a 10.000 metri cubi (350.000 piedi cubici) “megastrutture” che potrebbero essere lanciate nello spazio in un solo volo, utilizzando i razzi megarocket Starship di SpaceX o New Glenn di Blue Origin, “una volta che saranno attivi,” afferma il sito di Max Space.

Maggiore volume e minore massa
Gli esperti della Lockheed Martin spiegano che le strutture gonfiabili offrono un volume maggiore per una massa minore. Ciò si traduce in volumi abitabili più grandi in grado di essere lanciati nello spazio, riposti all’interno di fairings di carico ragionevolmente dimensionati.
Recentemente, un’unità pilota costruita per applicazioni di airlock ha subito controlli di pressurizzazione e depressurizzazione. Il design dell’airlock è stato sottoposto a più cicli per valutare i fattori di “creep” del materiale Vectran.
Lockheed Martin, in collaborazione con il Marshall Space Flight Center della NASA in Alabama, ha avviato un test di “creep” di 100 ore in cui l’unità di softgoods è pressurizzata a una percentuale della sua massima pressione di rottura di 285 libbre per pollice quadrato (PSI) e mantenuta a questa pressione fino al fallimento per rottura a causa del creep. Il “creep” è la deformazione permanente del materiale.
“Il tempo mirato al fallimento per questo test era di circa 100 ore,” ha dichiarato Uy Duong, ingegnere capo per l’abitabilità presso Lockheed Martin. “Questo test ha già superato il limite di 1.500 ore senza fallimenti, e continueremo il test fino al fallimento o fino a metà dicembre se non si verifica alcun evento di rottura tra ora e allora.”
Duong e i suoi colleghi stanno osservando grandi habitat gonfiabili per l’uso sulla luna e su Marte, così come in orbita terrestre bassa.
Sierra Space sta lavorando sull’habitat Large Integrated Flexible Environment (LIFE) e punta a costruire strutture sempre più grandi. (Crediti immagine: Barbara David)
Tanto spazio
Shawn Buckley è vicepresidente di Space Destinations e In-Space Infrastructure presso Sierra Space a Louisville, Colorado. In precedenza, era un architetto chiave del BEAM presso Bigelow Aerospace.
Ora, in Sierra Space, Buckley e il suo team stanno lavorando alacremente sull’habitat LIFE, progettando una linea di evoluzione del prodotto che potrebbe portare a un modulo che offre 5.000 metri cubi (175.000 piedi cubici) di volume espandendosi fino a oltre 70 piedi (22 m) in lunghezza e 62 piedi (19 m) di diametro.
Il primo prodotto nella roadmap di Sierra Space è una grande struttura espandibile a tre piani di 27 piedi (oltre 8 m) di diametro. Può essere messa in orbita terrestre da un razzo convenzionale attrezzato per ospitare quattro astronauti, con “spazio” per esperimenti scientifici, attrezzature per l’allenamento, un centro medico e una serra speciale che coltiva cibo per gli esploratori in missioni di lunga durata.
“In poco più di 2,5 anni, siamo stati in grado di costruire e testare sette articoli, e ora ci stiamo avviando all’ottavo. Ci stiamo muovendo a un ritmo veloce,” ha dichiarato Buckley a Space.com. “La tecnologia sta guadagnando davvero slancio e ci stiamo muovendo molto rapidamente.”
Buckley ha affermato che il test ripetuto è essenziale. “Questo è ciò che dà fiducia alla NASA e ai nostri clienti. Alla fine della giornata, maggiore è il numero di dati che possiamo raccogliere, meglio saremo informati,” ha detto.
L’arte del concetto alla realtà viene delineata da Lockheed Martin, prevedendo habitat espandibili sulla luna. (Crediti immagine: Lockheed Martin)
Scopo di nicchia
I sistemi strutturali degli habitat gonfiabili “hanno un ruolo come uno strumento nel nostro arsenale per espandere, per così dire, i voli spaziali umani per nuovi mercati e missioni,” ha affermato Brent Sherwood, un noto architetto spaziale e leader nel dominio spaziale per l’American Institute of Aeronautics and Astronautics. I suoi passati incarichi includono essere vicepresidente dello sviluppo di sistemi spaziali presso Blue Origin.
“Come tutti gli strumenti, sono meglio utilizzati per uno scopo di nicchia,” ha detto Sherwood a Space.com. Le strutture espandibili possono trovare particolare utilizzo come “elementi connettori,” ha aggiunto.
“Ad esempio, sulla superficie lunare, molto presto avremo bisogno di metodi fisicamente conformabili per collegare moduli abitativi separati,” ha affermato Sherwood.
“Conformabile significa accogliere diversi livelli di pavimento — diciamo, da un modulo di atterraggio a un rover pressurizzato — posizionamento superficiale impreciso, come nella costruzione di basi iniziali, e espansione e contrazione termiche dovute ai cicli giorno/notte lunari,” ha detto Sherwood.
Un po’ di conformabilità può semplificare l’architettura complessiva del sistema, ha affermato Sherwood. “Quindi potrebbe essere che uno degli usi migliori sia rappresentato da elementi connettori relativamente piccoli piuttosto che dall’obiettivo di ‘ingrandire grandi moduli,'” ha sottolineato.
“Alla fine, dovremo imparare a fabbricare enormi contenitori a pressione nello spazio, ma abbiamo molta crescita e validazione del mercato da realizzare tra ora e allora,” ha concluso Sherwood.