Spazio

La confezione (insieme ad altri oggetti) è stata scaricata dallo Shuttle Discovery per essere esaminata. Tutti gli oggetti sono poi stati conservati come reperti e venduti: questa confezione è stata acquistata dalla NASA, JSC (Johnson Space Center) a Houston, Texas.  (Foto sotto: certificati di autenticità)

Come si va in bagno nello spazio? Storia di una sfida tecnica

La gestione sicura dei rifiuti solidi e liquidi del corpo umano è una questione tecnica essenziale per qualunque missione spaziale, ma raramente discussa in pubblico. Se chiedete a un astronauta come si va al gabinetto nello spazio, spesso risponderà usando le parole rese famose dall’astronauta lunare Charlie Duke: “very carefully”, ossia “con molta attenzione”. L’attenzione è meritatissima perché, in microgravità, ciò che si vorrebbe allontanare il più rapidamente possibile dal proprio corpo tende a non farlo: per esempio, la tensione superficiale fa aderire i liquidi al corpo come una pellicola, mentre nel caso dei rifiuti solidi si verifica un particolare effetto di estrusione non lineare che i tecnici chiamano “the curl” (il ricciolo). Se avete presente come si comporta la pasta d’acciughe quando la spremete dal tubetto, non vi serve sapere altro.

Come se non bastasse, se l’astronauta o cosmonauta riesce ad allontanare correttamente da sé questi materiali indesiderati rischia di trovarsi circondato da una galassia di maleodoranti particelle liquide o solide fluttuanti, che sarebbe ovviamente pericoloso trovarsi addosso, inalare o ingerire e sarebbe poco salutare dover maneggiare o rimuovere dagli apparati tecnici di bordo, dove potrebbero creare intasamenti, contaminazioni e corti circuiti.

Sulla Terra, o su un altro corpo celeste come la Luna o Marte, la gravità fa andare tutto verso il basso nei recipienti appositi, ma in assenza di peso occorre trovare un altro modo di raccogliere e contenere le sostanze indesiderate. In altre parole, creare un gabinetto spaziale che funzioni a dovere è una sfida tecnica impegnativa ma assolutamente vitale per qualunque viaggio nel cosmo.

Per le fasi di volo durante le quali astronauti e cosmonauti dovevano restare sigillati nella propria tuta pressurizzata e per le “passeggiate spaziali” si adottò (e si adotta tuttora) una sorta di pannolone, oggi chiamato elegantemente Maximum Absorbency Garment. L’introduzione di una dieta a basso residuo solido e di un clistere pre-volo consentì a russi e americani di contenere il problema ma non di risolverlo del tutto.

Con l’avvento delle prime stazioni spaziali (le Salyut sovietiche e lo Skylab statunitense negli anni Sessanta e Settanta del secolo scorso) e dello Shuttle americano fu possibile adibire una parte della cubatura del veicolo a latrina, come avviene anche oggi a bordo della Stazione Spaziale Internazionale (ma non, a quanto risulta, sulla stazione cinese Tiangong, che per queste funzioni usa gli apparati semplificati del veicolo Shenzhou).

Inoltre, dopo tutte le riluttanze degli ingegneri degli anni Sessanta e Settanta, ci si rese conto che l’anatomia femminile era in realtà perfettamente gestibile usando semplicemente un po’ di destrezza e un imbuto appositamente conformato (aderente al corpo e dotato di un’apertura per l’ingresso dell’aria, diversamente dall’imbuto maschile, per il quale l’aderenza ai genitali non è richiesta ed è anzi sconsigliata).

Lo Shuttle, per esempio, aveva un gabinetto vero e proprio: una piccolissima cabina nella quale l’astronauta si poteva fissare inserendo i piedi nelle apposite staffe per poi orinare dentro un imbuto dotato di impianto aspirante oppure “sedersi” su un sedile dotato di una piccola apertura di dieci centimetri di diametro, anch’essa collegata a un aspiratore.

L’uso di questo gabinetto spaziale richiedeva un apposito addestramento sulla Terra, con tanto di positional trainer: un simulatore fisico nel quale l’astronauta imparava a sedersi correttamente e ad allineare con precisione il proprio sfintere rispetto all’orifizio del gabinetto, con l’ausilio di una telecamera che inquadrava dall’interno della toilette l’intera manovra. Una volta padroneggiato il positional trainer, si passava al functional trainer, nel quale bisognava procedere concretamente alle evacuazioni, eseguendo inoltre la complessa procedura di attivazione e gestione del sistema aspirante. Non era certo una soluzione agevole, ma era già un passo avanti rispetto al sacchetto o al vasino del passato. L’unico inconveniente era che i rifiuti liquidi spesso si ghiacciavano all’esterno dello Shuttle, causando frequenti intasamenti che rendevano inservibile questa toilette e obbligando gli astronauti a tornare ai sistemi tradizionali.

Questo nuovo sistema ebbe un rodaggio particolarmente sofferto. Durante il primo volo dello Shuttle (STS-1) il sistema di raccolta delle urine funzionò correttamente, ma quello fecale si intasò. Per fortuna c’erano a bordo, come riserva, i vecchi sistemi Apollo.

Durante questa missione di debutto si scoprì anche un altro problema: disseccare le feci usando il vuoto tendeva a generare polveri fecali che, se il sistema non funzionava alla perfezione, si potevano diffondere nell’atmosfera della cabina, cosa che accadde puntualmente durante il rientro di STS-1. Il rischio era che questa polvere entrasse in contatto con gli occhi, il naso o la gola degli astronauti e che l’umidità naturale di queste zone ricostituisse la materia fecale. Una situazione particolarmente indesiderabile. Il gabinetto spaziale fu drasticamente riveduto e semplificato per le missioni successive.

Sulla Stazione Spaziale Internazionale ci sono attualmente due gabinetti, uno nella sezione russa e uno nella sezione statunitense. Entrambi usano gli stessi principi meccanici già collaudati e richiedono lo stesso genere di addestramento all’uso: la gravità viene sostituita dall’aspirazione, un imbuto collegato a un tubo aspirante raccoglie i liquidi e un recipiente metallico in depressione raccoglie i solidi.

La miglioria importante rispetto al passato è che sull’imbocco del recipiente viene fissato ogni volta un sacchetto perforato che raccoglie le feci, riducendo il rischio di dover procedere a catture manuali di particelle fluttuanti. Il recipiente viene periodicamente sostituito ed eliminato mettendolo a bordo dei veicoli cargo destinati a disintegrarsi durante il rientro in atmosfera.

Anche qui non mancano i problemi: l’accumulo di materiale fecale crea odori che si cerca di trattenere filtrando l’aria, lasciando che il freddo dello spazio congeli man mano il materiale e sigillando il contenitore dopo ogni uso, ma queste soluzioni hanno introdotto a loro volta le sfide tecniche denominate coloritamente fecal popcorning (le feci appena espulse tendono a rimbalzare per inerzia sulle pareti e smuovono quelle già congelate, creando un effetto simile al popcorn durante la cottura) e fecal decapitation (il materiale tende a riemergere inaspettatamente durante la richiusura del sigillo e viene tranciato, con effetti comprensibilmente poco entusiasmanti). 

La tecnologia della toilette spaziale è ormai matura, ma per effettuare missioni nello spazio profondo occorre ridurre i consumi e quindi riciclare tutto il riciclabile: per questo a bordo della Stazione Spaziale Internazionale è stato introdotto dal 2008 un sistema che recupera, distilla e rende potabile l’umidità dell’aria di bordo generata dalla respirazione degli astronauti e gran parte dell’urina del gabinetto della sezione statunitense.

Questo complesso e delicato sistema riduce drasticamente la quantità d’acqua che è necessario portare nello spazio, contenendo i costi e consentendo missioni più lunghe, anche se ha qualche effetto psicologico da prendere in considerazione. Come dice l’astronauta Paolo Nespoli, infatti, il problema non è tanto l’idea che in un certo senso devi bere la tua stessa pipì: è che ti rendi conto che devi berti anche quella degli altri.

Una volta arrivati sulla Luna o su Marte sarà di nuovo possibile sfruttare la gravità per ottenere un gabinetto che funziona in modo normale in termini di raccolta dei rifiuti solidi e liquidi, ma resterà la necessità di riciclare, alla quale si aggiungerà quella di non contaminare l’ambiente circostante.

Il dispositivo per i rifiuti liquidi in sostanza è formato da un tubo, alla cui fine è presente un imbuto dotato di tappo. All’interno del tubo è presente un ventilatore che si può accendere tramite una manopola. Accendendo il ventilatore, si crea una aspirazione che permette di fare pipì senza che questa venga dispersa. Questa quindi finirà in un dispositivo di filtraggio di alto livello, presente sotto il pavimento della stazione. Questo complesso sistema di filtraggio, farà in modo di riciclare completamente la pipì che, dopo tutta la durata del processo, sarà trasformata in acqua potabile. Per i rifiuti solidi, invece, esiste un sistema a parte sempre situato in questa zona della stazione spaziale. Consiste in un contenitore metallico collegato ad uno sportellino quadrato che si apre, in modo da potersi sedere sopra. Una volta aperto questo sportellino, si troverà un foro che collega la superficie ad un contenitore, dove andranno a finire i rifiuti solidi. Per una questione di igiene, i rifiuti non finiscono tutti insieme indistintamente nel contenitore. Alla base del foro, infatti, chi deve utilizzare il “bagno”, dovrà inserire una apposita bustina nel quale finiranno i propri bisogni. Una volta terminato, il sacchetto dovrò essere richiuso per poi essere buttato nel contenitore. Sulla stazione spaziale internazionale, si usa la comune carta igienica.