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Scienza dello Space Shuttle
La tragica perdita dello Space Shuttle Columbia e del suo equipaggio ha spaventato la nazione. Come mai? Non perché è stato perso? Piuttosto, perché la sua distruzione ha spaventato la nazione?
I pericoli del lancio del volo Shuttle sono evidenti. Nessuno a distanza di udito dimenticherà mai il ruggito devastante. Anche i numeri disadorni sono sbalorditivi. Al momento del lancio, il booster trasporta 1,8 chilotoni di idrogeno liquido e ossigeno, l'energia di 4 chilotoni di TNT, circa il 20% di quella della bomba che distrusse Hiroshima. Gli astronauti navigano nello spazio sopra un'enorme esplosione continua. Potrebbe essere messo in sicurezza? La risposta semplice: no.
I numeri di rientro sono ugualmente impressionanti. Lo Shuttle rientra a Mach 18, ovvero 18 volte la velocità del suono. Se tutta l'energia dell'aria spinta all'esterno dalla navetta fosse convertita in calore, raggiungerebbe una temperatura pari alla temperatura atmosferica locale (250 gradi Kelvin) moltiplicata per 18 al quadrato; sono 80.000 K. Ma non tutta l'energia viene convertita in calore; la temperatura effettiva è di soli 2000 K. Eppure anche quella è circa un terzo della temperatura della superficie del Sole. Gli hobbisti che fotografano il rientro vedono una bellissima scia luminosa, come la palla di fuoco di una meteora, fatta di ioni creati dall'intenso calore dell'aria che colpisce lo Shuttle. Gli astronauti che sbirciano fuori dalle finestre sono rimasti ugualmente incantati (e forse un po' spaventati) poiché il cielo scuro dello spazio è nascosto dal plasma caldo incandescente. Si può rendere sicuro un simile rientro? No.
Solo le tessere, principalmente sul fondo dello Shuttle, sono progettate per sopportare tale calore, e anche loro possono sopportarlo solo per un tempo limitato. Durante il rientro, l'impatto dell'aria di Mach 18 distruggerà l'imbarcazione a meno che non venga mantenuto un attento equilibrio e il calore confinato a queste piastrelle. Se lo Shuttle cade, l'aria si indebolisce rapidamente e distrugge l'intero velivolo. Non sappiamo ancora cosa abbia causato il crollo dello Shuttle il 1 febbraio, e anche quando lo sapremo, sarà impossibile garantire che non accada di nuovo. Per me, il notevole risultato del programma spaziale è che solo due Shuttle sono stati persi in 113 missioni.
Ci sono pochi lavori più pericolosi di quello di un astronauta. Ma la maggior parte del pubblico non lo sa, o meglio, non lo sapeva. Il disastro del Challenger era stato in gran parte dimenticato. L'errata impressione che lo Shuttle sia sicuro è in gran parte opera delle pubbliche relazioni della NASA, che si è sforzata di rendere i voli una routine. La navetta è così sicura che possiamo far volare senatori e insegnanti. I voli navetta sono così di routine che possiamo usarli per eseguire esperimenti suggeriti dagli studenti delle scuole superiori.
C'è un altro grande equivoco che la NASA ha diffuso più attivamente, forse perché molti nell'agenzia si sono convinti che sia proprio vero. Eccolo: l'obiettivo primario dello Space Shuttle è il progresso delle conoscenze scientifiche. La maggior parte degli scienziati alza gli occhi al cielo quando sente questa affermazione.
Non fraintendere quello che dico: c'è una buona, anche grande scienza lanciata nello spazio sullo Shuttle. I risultati del telescopio spaziale Hubble entusiasmano i fisici e gli astronomi tanto quanto il pubblico in generale. Ma si può sostenere che Hubble avrebbe potuto essere lanciato a un costo inferiore da razzi non riutilizzabili. L'esercito degli Stati Uniti preferisce lanciare i suoi satelliti spia, cugini stretti dei telescopi spaziali, con veicoli senza equipaggio. Tali satelliti non devono essere qualificati per l'uomo, ovvero non richiedono costi di ingegneria aggiuntivi per renderli assolutamente sicuri per essere nello spazio insieme agli umani.
È vero, Hubble era difettoso e ha richiesto la riparazione da parte degli astronauti dello Shuttle. Ma anche l'esercito perde i suoi telescopi spia e la sua risposta è lanciarne uno sostitutivo. Il lancio di due telescopi Hubble completamente nuovi, l'originale e uno sostitutivo, nessuno dei quali qualificato per la manutenzione umana (e quindi più economico), sarebbe stato probabilmente meno costoso a lungo termine.
Quando si tratta della scienza stessa, lo Space Shuttle è una cattiva scelta di piattaforme. Gli esseri umani sono una fonte di rumore-vibrazionale, infrarosso, gravitazionale. Gli esperimenti sensibili devono allontanarsi da questo. Il semplice volo di un esperimento su una missione con equipaggio aumenta automaticamente i costi dell'esperimento. Molti scienziati si lamentano in privato delle missioni scientifiche che sono state ritardate e rese più costose perché sono state spostate da veicoli di lancio senza equipaggio e costretti a diventare parte della giustificazione scientifica della NASA per lo Shuttle.
Hubble a parte, come chiameresti i risultati davvero gloriosi della NASA negli ultimi 20 anni? La mia preferita: la scoperta che ogni luna di ogni pianeta è significativamente diversa da ogni altra luna, un risultato del tutto imprevisto e ancora non compreso. Si potrebbe anche cogliere l'incredibile successo dei satelliti meteorologici. O le straordinarie immagini che ottieni dal tuo sistema TV satellitare. Quelli che sanno potrebbero scegliere i nostri sistemi di spionaggio spaziale. Poi c'è il GPS, il Global Positioning System, utilizzato per guidare aeroplani, barche, escursionisti, automobili, soldati e armi intelligenti. Questi progetti hanno una cosa in comune: erano tutti senza personale.
Dopo la catastrofe della Columbia, il senatore John McCain ha affermato che l'esplorazione dello spazio è una missione che gli Stati Uniti non abbandoneranno. Spero che abbia ragione. Ma (e qui il senatore McCain potrebbe differire), tale esplorazione nel prossimo decennio o due potrebbe forse essere fatta meglio con veicoli senza equipaggio. Stiamo già inviando robot su Marte. Abbiamo in programma di riportare dei campioni. Un giorno potremmo anche mandare lì degli astronauti. Ma non abbiamo fretta di farlo. Nuovi telescopi e strumenti senza equipaggio ci diranno di più sullo spazio rispetto agli astronauti in orbita.
C'è un futuro per gli umani nello spazio. Alla fine il volo ipersonico sarà perfezionato e saremo in grado di portare gli aeroplani in orbita. Ma nessuno sa quando saranno dispiegabili i motori scramjet richiesti; sono ancora in fase di ricerca e sviluppo, con una forte enfasi sull'R. I test rivelano una nuova fisica critica con ogni numero di Mach aggiunto e i prototipi ipersonici hanno appena raggiunto Mach 5. L'orbita richiede maggiore di Mach 18.
Forse un approccio diverso avrà successo prima. Lo sviluppo di fibre di carbonio ultra resistenti può rendere reale il sogno di un ascensore spaziale (precedentemente chiamato skyhook), che ci consente di salire e scendere lentamente e in sicurezza. Ma la scienza non è ancora arrivata. Tra 20 anni, chi lo sa?
Molti alla NASA credono che il futuro della loro agenzia dipenda dalla continuazione e dall'estensione del volo spaziale umano. Senza astronauti, si sostiene, il pubblico perderà interesse per lo spazio. Penso che questo argomento sia sbagliato. Pochi americani sapevano che lo Space Shuttle era in orbita, finché gli astronauti non furono uccisi. Quando gli studenti che conosco a Berkeley mettono poster spaziali sulle loro pareti, non sono poster di astronauti. Sono immagini di regioni in cui stanno nascendo stelle, di stelle che esplodono, di campi di galassie estremamente distanti e di una bellezza inquietante. Sono state tutte scattate con strumenti che non avevano bisogno di esseri umani per entrare nello spazio e che richiedevano la loro assenza per scattare foto stabili.
Lo Space Shuttle non è sicuro e non lo sarà nel prossimo futuro. Usarlo vale le vite perse? Dobbiamo essere onesti. Forse le missioni Shuttle dovrebbero continuare, ma se lo fanno, facciamolo in piena consapevolezza pubblica che la possibilità di morte in ogni missione è di circa il 2%. I soldati che vanno in battaglia spesso accettano rischi anche superiori a quello. Gli astronauti hanno sempre saputo di questo pericolo e hanno scelto di accettarlo. Il pubblico può accettare un livello così alto? Non lo so. Ma qualunque sia la decisione, dovrebbe essere presa con franchezza e verità. Lo Space Shuttle è una grande ingegneria; è il sogno dell'uomo nello spazio; è un'avventura. Ma non è sicuro, non può essere reso sicuro e non è una grande scienza.