In che modo la NASA simula la gravità zero sulla Terra per testare le apparecchiature?

Prima che qualsiasi attrezzatura o hardware venga inviato nello spazio, di solito viene rigorosamente testato per assicurarsi che possa resistere agli estremi dello spazio. Dalle temperature fredde alle radiazioni, lo spazio mette a dura prova le apparecchiature, ma anche l’hardware funziona in modo diverso nello spazio rispetto alla Terra a causa della diversa gravità. In che modo, allora, organizzazioni come la NASA simulano la gravità zero sulla Terra?

Gli astronauti mettono alla prova il loro coraggio con il Neutral Buoyancy Laboratory (NBL), una piscina gigante che contiene 6,2 miliardi di litri d'acqua. Grazie alle dimensioni, gli astronauti possono lavorare con modelli a grandezza naturale per aiutarli a prepararsi per il loro viaggio nello spazio. Ma l’NBL serve solo per l’addestramento degli astronauti, non per testare le apparecchiature per vedere come si comporterebbe nello spazio.

Ciò solleva la domanda: possiamo creare gravità zero sulla Terra? E quanto è affidabile per testare le apparecchiature che verranno inviate nello spazio? Scopriamolo.

I voli parabolici aiutano a replicare le condizioni di gravità zero sulla Terra fornendo fino a 40 secondi di "caduta libera". Le origini del volo parabolico per simulare la gravità zero risalgono al 1950, quando fu proposto per la prima volta dai ricercatori della Brooks Air Force Base in Texas. Nel 1959, i piloti erano in grado di raggiungere da 10 a 15 secondi di caduta libera in un trasporto merci C-131B, abbastanza grande sia per addestrare gli astronauti che per testare le apparecchiature. Questo faceva parte del programma di gravità ridotta dell'aeronautica militare, iniziato nel 1957 ed è gestito dalla NASA dal 1973.

Questi voli funzionano volando a forma di parabola. L'aereo inizia ad accelerare e poi il pilota si ferma. Quando l'aereo sale a una velocità sufficientemente elevata, il pilota esegue un pushover, riducendo la spinta, che consente agli occupanti e alle attrezzature dell'aereo di cadere alla stessa velocità dell'aereo.

Il volo parabolico è un metodo economico e spesso utilizzato per simulare la gravità zero sulla Terra (o per simulare la gravità sulla Luna o su Marte), ma è limitato dalla durata.

I sistemi di scarico per gravità funzionano utilizzando un dispositivo tipo gru a ponte per scaricare il peso di un essere umano o di un'attrezzatura per simulare la gravità zero, la gravità lunare e la gravità su Marte. L'Active Response Gravity Offload System (ARGOS) è un grande dispositivo situato presso il Johnson Space Center della NASA. Rileva e segue attivamente il movimento utilizzando un sensore dell'angolo del cavo. Ciò significa che è possibile spostare attrezzature e veicoli spaziali e interagire con essi, e ARGOS manterrà il livello di gravità simulato. Effetti simili possono essere ottenuti con un complesso sistema di pesi e pulegge per scaricare gli effetti della gravità terrestre, un sistema utilizzato dagli ingegneri per testare il telescopio spaziale James Webb.

Sebbene ARGOS sia un dispositivo di grandi dimensioni, esistono tavoli di scarico per gravità più piccoli perfetti per testare le apparecchiature. Il Goddard Space Flight Center della NASA ha un tavolo costituito da un grande pezzo di granito lucidato e livellato. Sono effettivamente in grado di far "galleggiare" l'attrezzatura di prova sul tavolo grazie alla slitta su cui sono posizionati: i cuscinetti d'aria producono un sottile strato d'aria sotto la slitta, che la fa galleggiare sul tavolo. "È fondamentalmente come un tavolo da air hockey al contrario", ha affermato Joe Easley della NASA Goddard, ingegnere di dimostrazione e test di robotica.

Lo svantaggio dei sistemi di scarico per gravità è che non sempre offrono le sei direzioni in cui è possibile spostare le cose a gravità zero: ad esempio, la tabella di scarico per gravità offre solo tre gradi di libertà, il che può limitare la precisione.

La NASA dispone anche di una specifica struttura di ricerca sulla gravità zero presso il Glenn Research Center, operativa dal 1966. Funziona utilizzando una camera a vuoto in acciaio lunga 467 piedi. Una pompa a vuoto riduce la pressione a 0,05 torr. (Per confronto, la pressione atmosferica standard è 760 torr.) Quindi, una gru lascia cadere l'attrezzatura o l'esperimento nella camera a vuoto e i ricercatori hanno 5,18 secondi per studiarlo in caduta libera. Come il volo parabolico, lo svantaggio di questo metodo è il breve tempo a disposizione, nonché un limite di peso di 2.500 libbre.

I ricercatori sono sempre alla ricerca di nuovi modi per testare hardware ed esperimenti prima di inviarli nello spazio. Ma oggigiorno, man mano che i costi di accesso allo spazio si abbassano, la Stazione Spaziale Internazionale viene spesso utilizzata come banco di prova per l’hardware piuttosto che cercare di capire come possiamo creare gravità zero sulla Terra.