Il sogno di attraversare le profondità dello spazio e piantare il seme della civiltà umana su un altro pianeta esiste da generazioni. Per quanto tempo abbiamo saputo che la maggior parte delle stelle nell’Universo probabilmente ha il proprio sistema di pianeti, ci sono stati coloro che hanno sostenuto la necessità di esplorarli (e persino di stabilirsi su di essi). Con l’alba dell’era spaziale, questa idea non era più solo materia da fantascienza, ma è diventata oggetto di studio scientifico. Sfortunatamente, le sfide per avventurarsi oltre la Terra e raggiungere un altro sistema stellare sono innumerevoli.
Quando si tratta di inviare missioni con equipaggio verso esopianeti, ci sono solo due vie. La prima è sviluppare sistemi di propulsione avanzati in grado di raggiungere velocità relativistiche (una frazione della velocità della luce). La seconda implica la costruzione di astronavi in grado di sostenere equipaggi per generazioni, comunemente note come Navi Generazionali. Il 1° novembre 2024, il Progetto Hyperion ha lanciato un concorso di design per viaggi interstellari con equipaggio tramite Navi Generazionali, il quale si basa su tecnologie attuali e di prossima generazione. Il concorso è aperto al pubblico e premierà in totale $10.000 (USD) per concetti innovativi.
Il Progetto Hyperion è un team internazionale e interdisciplinare composto da architetti, ingegneri, antropologi e pianificatori urbani. Molti di loro hanno collaborato con agenzie e istituti come la NASA, l’ESA e il Massachusetts Institute of Technology (MIT). Il loro concorso è sponsorizzato dall’Iniziativa per gli Studi Interstellari (i4is), un’organizzazione no-profit con sede nel Regno Unito dedicata alla ricerca che abiliti l’esplorazione robotica e umana e la colonizzazione degli esopianeti attorno a stelle vicine.
Concetto artistico di una nave generazionale. Credito: Maciej Rebisz/Michel Lamontagne
Sebbene i concetti per un’astronave interstellare risalgano ai primi anni dell’era spaziale, l’interesse per questo campo è cresciuto considerevolmente negli ultimi due decenni. Questo è dovuto in gran parte all’esplosione recente del numero di esopianeti conosciuti nella nostra galassia, che attualmente conta 5.787 pianeti confermati in 4.325 sistemi stellari. Questo è illustrato da concetti come Breakthrough Starshot, Swarming Proxima Centauri e il Genesis Project. Questi concetti sfruttano astronavi di scala grammo, energia diretta (laser) e vele di luce per raggiungere velocità fino al 20% della velocità della luce, permettendo loro di effettuare il viaggio in decenni piuttosto che in secoli o millenni.
Tuttavia, inviare astronavi con equipaggio verso altri sistemi stellari con un numero sufficiente di passeggeri per stabilirsi su un altro pianeta è molto più impegnativo. Come affrontato in un articolo precedente, un’astronave che si affida a metodi di propulsione noti o tecnicamente fattibili impiegherebbe tra 1.000 e 81.000 anni per raggiungere anche la stella più vicina (Proxima Centauri). Sebbene alcuni concetti avanzati come Project Orion, Daedalus e Icarus potrebbero teoricamente raggiungere Proxima Centauri in 36-85 anni, i costi e la quantità di propellente necessaria sarebbero proibitivi.
L’alternativa a questi concetti “go fast” è quella di prepararsi per un lungo viaggio, che potrebbe durare secoli o addirittura millenni. Ciò richiede un’astronave di dimensioni sufficienti per ospitare migliaia (o anche decine di migliaia) di esseri umani attraverso più generazioni. Per risparmiare spazio e ridurre la massa del carico, gli equipaggi dovrebbero coltivare gran parte del proprio cibo e affidarsi a sistemi di supporto vitale che siano di natura bioregenerativa. In breve, la nave dovrebbe essere autosufficiente affinché i passeggeri possano vivere vite confortevoli e sane fino a raggiungere la loro destinazione.
Andreas Hein, Professore Associato di Ingegneria Aerospaziale presso l’Università del Lussemburgo e Scienziato Capo presso il Centro Interdisciplinare per Sicurezza, Affidabilità e Fiducia, fa parte del Comitato Organizzatore del Progetto Hyperion. Come ha dichiarato in un’intervista:
“Pensate alla differenza tra un drone e una nave transatlantica. I progetti precedenti per astronavi interstellari, come Orion, Daedalus e Icarus, si sono concentrati su sonde senza equipaggio con l’obiettivo principale di raccogliere dati scientifici dai sistemi stellari mirati, compresa la ricerca di segni di vita. Al contrario, le Navi Generazionali sono progettate per trasportare un equipaggio, con l’obiettivo primario di colonizzare un esopianeta o un altro corpo celeste nel sistema stellare mirato. Tendono anche ad essere molto più grandi delle sonde interstellari, sebbene probabilmente utilizzerebbero sistemi di propulsione simili, come la propulsione a fusione.”
Navi Generazionali
La prima descrizione nota di una nave generazionale fu fornita dall’ingegnere missilistico Robert H. Goddard, uno dei “padri della missilistica moderna,” da cui prende il nome il Centro di Volo Spaziale Goddard della NASA. Nella sua saggio del 1918, “L’Ultima Migrazione,” descrisse un “arca interstellare” che lascia il Sistema Solare in un lontano futuro, dopo che il Sole avrà esaurito il suo ciclo di vita. I passeggeri sarebbero stati criogenicamente congelati o in uno stato di torpore indotto per gran parte del viaggio, fatta eccezione per il pilota, che sarebbe stato risvegliato periodicamente per guidare la nave.
Goddard raccomandò che la nave fosse alimentata da energia atomica se la tecnologia venisse realizzata. In caso contrario, una combinazione di idrogeno, ossigeno e energia solare sarebbe stata sufficiente. Goddard calcolò che queste fonti di energia avrebbero consentito alla nave di raggiungere velocità di 4,8-16 km/s (3-10 mi/s), equivalenti a circa 57.936 km/h (36.000 mph). A seguire, il famoso scienziato missilistico russo e cosmologo Konstantin E. Tsiolkovsky, riconosciuto anche come uno dei “padri della missilistica moderna.” Nel 1928, scrisse un saggio intitolato “Il Futuro della Terra e dell’Umanità” che descriveva un “Arca di Noè” interstellare.
Nella versione di Tsiolkovsky, la navetta sarebbe stata autosufficiente e l’equipaggio sarebbe rimasto sveglio per il viaggio, che sarebbe durato migliaia di anni. Nel 1964, lo scienziato della NASA Dr. Robert Enzmann propose il concetto più dettagliato fino ad oggi per una nave generazionale, nota come “Nave Stellare Enzmann.” La proposta prevedeva una nave lunga 600 metri (2.000 piedi) alimentata da un propulsore a fusione che utilizza deuterio come propellente. Secondo Enzmann, questa nave avrebbe ospitato un equipaggio iniziale di 200 persone con spazio per espandersi lungo il viaggio.
Negli ultimi anni, il concetto è stato esplorato da varie angolazioni, da quella biologica e psicologica a quella etica. Questo ha incluso una serie di studi (2017-2019) condotti dal Dr. Frederic Marin dell’Osservatorio Astronomico di Strasburgo utilizzando software numerico su misura (chiamato HERITAGE). Nei primi due studi, il Dr. Marin e i colleghi hanno effettuato simulazioni che hanno mostrato che un numero minimo di 98 membri dell’equipaggio (max. 500) sarebbe necessario in combinazione con una banca criogenica di sperma, ovuli ed embrioni per garantire diversità genetica e buona salute al momento dell’arrivo.
Nel terzo studio, il Dr. Marin e un altro gruppo di scienziati hanno stabilito che la nave che li trasportava avrebbe dovuto misurare 320 metri (1050 piedi) di lunghezza, 224 metri (735 piedi) di raggio e contenere 450 m² (~4.850 ft²) di terra artificiale per coltivare cibo sufficiente a sostentarli. In breve, queste proposte e studi stabiliscono che una nave generazionale e il suo equipaggio devono portare “la Terra con loro” e fare affidamento su sistemi bioregenerativi per ripristinare il loro cibo, acqua e aria nel corso delle generazioni.
Credito: Maciej Rebisz/Michel Lamontagne
Come accennato, la maggior parte degli studi riguardanti l’esplorazione interstellare si sono concentrati su sonde o navi, tendendo a enfatizzare la velocità rispetto a garantire che i passeggeri possano completare il viaggio. Come ha spiegato Hein, questo rende il Progetto Hyperion il primo concorso a concentrarsi sulle Navi Generazionali e a garantire che i viaggiatori interstellari rimangano sani e salvi fino all’arrivo in un sistema stellare vicino:
“Questo concorso è senza precedenti, un vero primo. A nostra conoscenza, segna la prima volta che un concorso di design specificamente incentrato sulle Navi Generazionali è stato lanciato. Si basa sulla precedente ricerca del nostro team, condotta dal 2011, che affronta domande fondamentali come la dimensione della popolazione necessaria. Questo concorso esplora in modo unico l’interazione complessa tra le tecnologie delle Navi Generazionali e la dinamica di una società ad alta scarsità di risorse.
“La maggior parte degli studi si è concentrata sugli aspetti tecnologici, come propulsione e supporto vitale, trattando spesso la tecnologia della nave e la società a bordo come problemi separati. Questo approccio è comprensibile data la sfida di analizzare queste interdipendenze. Abbiamo persino ricevuto il consiglio di stare lontani. Il nostro obiettivo è compiere un passo iniziale verso l’esplorazione e l’immaginazione di queste interdipendenze. Vogliamo essere Cayley invece di Da Vinci. Da Vinci immaginava gli aerei, ma Cayley concepì i principi di design di base, che spianarono la strada ai Fratelli Wright.”
Il Concorso
Le iscrizioni al concorso rimarranno aperte fino al 15 dicembre 2024 e tutte le squadre partecipanti devono pagare una quota di registrazione di $20. I tre migliori progetti vincitori saranno annunciati il 2 giugno 2025 e riceveranno $5000 per il primo posto, $3000 per il secondo e $2000 per il terzo. Inoltre, dieci squadre riceveranno menzioni d’onore per idee creative e innovative. Per ulteriori informazioni, visita il sito web del Progetto Hyperion e il Comunicazione sulla Missione.
Secondo la loro dichiarazione di missione, il Progetto Hyperion è uno studio preliminare e una valutazione di fattibilità per il volo interstellare con equipaggio utilizzando tecnologie attuali e di prossima generazione. L’obiettivo è informare il pubblico sulla futura possibilità dei viaggi spaziali interstellari e guidare la ricerca e lo sviluppo tecnologico futuri. Come affermano sul loro sito web, il concorso ha il seguente tema:
“L’umanità ha superato la grande crisi di sostenibilità del 21° secolo ed è entrata in un’era di abbondanza sostenibile, sia sulla Terra che nello spazio. L’umanità ha ora la capacità di sviluppare una nave generazionale senza sacrifici significativi. Una Nave Stellare Interstellare passa accanto a un pianeta ghiacciato in un sistema solare vicino. Andando oltre l’esame classico del problema della propulsione interstellare e del design strutturale per un viaggio della durata di secoli, quale potrebbe essere il tipo ideale di architettura abitativa e società per garantire un viaggio di successo?”
Credito: Maciej Rebisz/Michel Lamontagne
I partecipanti dovranno progettare la nave, il suo habitat e i suoi sottosistemi, compresi i dettagli sulla sua architettura e società. Il Documento del Progetto descrive altre importanti Condizioni Limite, inclusa la durata della missione, la sua destinazione e altre considerazioni importanti. La durata della missione è di 250 anni dal lancio all’arrivo nel sistema stellare obiettivo, coerente con il fatto che la nave abbia una propulsione avanzata in grado di raggiungere una frazione della velocità della luce.
Per garantire la salute e la sicurezza dell’equipaggio, l’habitat della nave deve avere condizioni atmosferiche simili a quelle della Terra, protezione da radiazioni galattiche, micrometeoriti e polvere interstellare (necessaria per i viaggi spaziali relativistici). La nave deve anche fornire gravità artificiale tramite sezioni rotanti, ma “parti dell’habitat possono avere gravità ridotta.” L’habitat deve altresì garantire sistemazioni e condizioni di vita decenti per 1000 più o meno 500 persone durante il viaggio. L’habitat dovrà anche essere progettato in un modo tale da poter essere modificato per soddisfare le esigenze in cambiamento.
La struttura della società deve permettere variazioni culturali, comprese lingua, etica, struttura familiare, credenze, estetica, struttura sociale e altri fattori sociali. Il concorso considera anche la conservazione e la perdita di conoscenza rispetto alla Terra, un fenomeno che definiscono “quasi inevitabile.” Cameron Smith, un antropologo della Portland State University e del Centro per l’Esplorazione Umana dello Spazio (CHaSE) dell’Università dell’Arizona, è altresì membro del Comitato Organizzatore del Progetto Hyperion. Come ha spiegato:
“[T] la situazione di una popolazione, diciamo migliaia o anche 1500 persone, che viaggia in isolamento per secoli sarebbe unica nell’esperienza umana. Così come pianifichiamo la salute dell’architettura e dell’hardware, mantenendoli in buono stato nel corso di questo lasso di tempo, possiamo pianificare per la salute e il mantenimento sia della biologia che della cultura. E abbiamo una guida eccellente, che è l’evoluzione.
“L’evoluzione è al centro di tutte le scienze della vita e, sotto molti aspetti, si applica anche al cambiamento culturale nel tempo. La biologia evolve e le culture evolvono. E abbiamo imparato come gestire le nostre culture sulla Terra per adattarci a una varietà di situazioni.”
“L’idea, tuttavia, è far riflettere le persone su come la cultura possa essere adeguata alle condizioni insolite che ho delineato. La separazione dalla Terra, la separazione da altre popolazioni umane, eccetto che tramite comunicazione radio o video – che diventerà sempre meno frequente man mano che ci allontaneremo dalla Terra – cosa potrebbe cambiare nel corso del viaggio che richiederebbe un aggiustamento culturale?”
Credito: Maciej Rebisz/Michel Lamontagne
Durante il viaggio, la popolazione deve anche avere accesso a prodotti di base (abbigliamento, rifugio, ecc.). La massa dell’habitat deve essere la più bassa possibile, affidabile per l’intera durata del viaggio e includere sistemi di riserva. La destinazione della nave generazionale è un pianeta roccioso in un sistema stellare vicino (come Proxima b). In un colpo di scena interessante, il concorso sottolinea che questo pianeta avrà un ecosistema artificiale creato da una sonda precursore, alla Project Genesis. Di conseguenza, gli equipaggi non richiederanno adattamenti genetici o biologici significativi per sopravvivere in quell’ecosistema. Come ha spiegato Hein:
“250 anni in una lattina di metallo e rimanere felici, ossia, può una società prosperare in un ambiente gravemente limitato in termini di risorse? Rispondere a questa domanda è fondamentale per progettare una nave generazionale e potrebbe anche offrire spunti di riflessione su futuri sostenibili sulla Terra. Dalla mia prospettiva, c’è stata una notevole mancanza di soluzioni immaginifiche per questa sfida.
“Rispondere a questa domanda è essenziale per progettare una nave generazionale e potrebbe anche offrire spunti di riflessione su futuri sostenibili sulla Terra. Dalla mia prospettiva, c’è stata una notevole mancanza di soluzioni immaginifiche per questa sfida.”
“Speriamo anche di aumentare la consapevolezza delle complessità sottese alle tecnologie odierne. Quali tecnologie potrebbero o dovrebbero essere preservate su una nave generazionale e quali potrebbero andare perse? Ricerche mostrano che la dimensione della popolazione di una società influisce sulla diversità e sulla complessità delle sue tecnologie. La maggior parte delle tecnologie moderne richiede catene di approvvigionamento intricate che coinvolgono numerose aziende, infrastrutture e sistemi normativi. Pertanto, una nave generazionale farà probabilmente affidamento su soluzioni a bassa tecnologia a meno che tecnologie dirompenti, come la produzione molecolare o Standard Template Constructs (come rappresentato in Warhammer 40k), diventino fattibili.”
Un Approccio Interdisciplinare
Un focus principale del concorso è la ricerca interdisciplinare, riflettendo il comitato organizzativo stesso. Questo è diventato una tendenza nella ricerca spaziale, grazie in gran parte all’ascesa dell’industria spaziale commerciale. Per molte aziende e no-profit oggi, la ricerca tradizionale si sta espandendo oltre l’ingegneria aerospaziale e incorporando architettura e design d’interni, biologia, sociologia, psicologia, agricoltura e altre discipline per creare concetti che permettano di vivere in modo sano e sostenibile nello spazio.
Credito: Maciej Rebisz/Michel Lamontagne
Secondo le regole, le squadre devono consistere in almeno un designer architettonico, un ingegnere e uno scienziato sociale (un sociologo, un antropologo, ecc.). Come ha spiegato Yazgi Demirbas Pech, un architetto e designer del Comitato Organizzativo:
“Ci aspettiamo che questo concorso ispiri una maggiore collaborazione interdisciplinare, enfatizzando il valore di campi come architettura e scienze sociali – specialmente critici nella pianificazione di missioni a lungo termine e di lunga distanza. Un approccio olistico che integri questi diversi campi può contribuire a soluzioni più sostenibili e centrati sull’essere umano per l’esplorazione spaziale.
“Contrariamente alle pratiche architettoniche tradizionali sulla Terra, l’architettura spaziale richiede un delicato equilibrio tra vincoli tecnici rigidi – come spazio fisico limitato, condizioni ambientali estreme e risorse limitate – e le essenziali esigenze umane di comfort, sicurezza e benessere psicologico. Qui, l’architettura diventa un elemento che sostiene la vita, consentendo alle persone di vivere, lavorare e prosperare su vaste distanze e intervalli di tempo.
“Attraverso questo concorso, invitiamo le squadre a sfidare i principi di design convenzionali e ridefinire cosa significa “casa” tra le stelle. Includere architetti o studenti di architettura nelle squadre apporterà indubbiamente nuove prospettive a questo concorso stimolante.”
Risolvi per lo Spazio e Risolvi per la Terra
Un altro aspetto importante del concorso è il desiderio di ispirare idee che possano anche avere applicazioni e benefici qui sulla Terra. Questo è un altro aspetto cruciale del futuro dell’esplorazione spaziale, che include piani per creare avamposti sulla Luna, su Marte e oltre. Come una nave generazionale, le missioni che operano più lontano dalla Terra non possono fare affidamento su missioni di rifornimento regolari inviate dalla Terra. Ciò significa che gli habitat devono essere il più autosufficienti possibile e garantire che gli abitanti abbiano abbastanza aria, acqua e cibo per vivere comodamente.
Per decenni, scienziati e pianificatori hanno cercato nell’ambiente naturale della Terra ispirazione. Questo è stato l’obiettivo del progetto Biosfera 2, che ha condotto due esperimenti tra il 1991 e il 1994 in cui volontari vivevano in un bioma sigillato che imita i molteplici ambienti della Terra. Dal 2007, l’Università dell’Arizona ha utilizzato la struttura per condurre ricerche attraverso il suo programma CHaSE, rimanendo allo stesso tempo aperta al pubblico.
Credito: Maciej Rebisz/Michel Lamontagne
“Dagli anni ’90, [Biosfera 2] è stato un centro di ricerca per ecosistemi chiusi come se fossimo su una nave stellare, e la ricerca qui continua. [Io] risiedo effettivamente alla biosfera fino a gennaio e sto guardando le stelle e sono impegnato in tutto questo in questo momento,” ha affermato Smith, che ha scritto a Universe Today dalla struttura. Come ha continuato a notare, la ricerca di questo esperimento e studi simili hanno applicazioni significative per la vita qui sulla Terra, principalmente perché non c’è margine di errore nello spazio:
“[T] la pianificazione e la preparazione per la nave stellare in termini di cultura e protezioni biologiche per la prole sarebbero progettate molto attentamente per fornire le maggiori protezioni, forse in modi più specificamente mirati alla loro sopravvivenza e buona salute rispetto a qualsiasi cultura mai esistita sulla Terra. Nel viaggio interstellare, le cose devono andare per il verso giusto per sopravvivere nel lungo termine in un ecosistema chiuso, quindi la pianificazione e la preparazione devono essere molto approfondite.”
Poiché il fallimento nello spazio spesso significa morte, specialmente quando le persone sono stazionate lontano dalla Terra dove le missioni di soccorso impiegherebbero troppo tempo per raggiungerle, le tecnologie su cui gli esploratori e i coloni futuri si affideranno devono essere rigenerative, a prova di guasto e sostenibili nel tempo. Questa ricerca e sviluppo avranno benefici diretti riguardo ai problemi più pressanti che affrontiamo qui sulla Terra: cambiamento climatico, sovrappopolazione, povertà e fame, e la necessità di vivere in modo sostenibile. Come ha enfatizzato Pech:
“Credo che pensare oltre la Terra possa offrire preziose intuizioni su come potremmo migliorare la vita qui su ‘nave spaziale Terra.’ Proprio come nello spazio, dove affrontiamo numerose sfide, il nostro pianeta richiede approcci innovativi per favorire l’armonia e la resilienza in mezzo ai conflitti e alle sfide globali attuali.”
C’è anche il beneficio aggiuntivo di stimolare domande sulla vita nell’Universo e dove le civiltà extraterrestri (ETC) potrebbero già essere in viaggio tra le stelle. Per decenni, gli scienziati hanno esplorato queste domande come parte del Paradosso di Fermi. Come ha spiegato Hein:
“Infine, proprio come il Progetto Daedalus ha dimostrato la fattibilità teorica del viaggio interstellare, miriamo a stabilire una prova di esistenza simile per il viaggio umano verso le stelle. Raggiungere questo obiettivo porterà nuove prospettive al Paradosso di Fermi: se possiamo immaginare oggi viaggi interstellari con equipaggio, una civiltà più avanzata dovrebbe averlo già realizzato. Allora, dove sono?”
Coloro che sono interessati al concorso o hanno ulteriori domande sono incoraggiati a contattare l’Iniziativa per gli Studi Interstellari all’indirizzo [email protected]. L’i4is rimarrà aperta per domande fino al 1° dicembre 2024.
Ulteriori letture: Progetto Hyperion