High Frontier ― Colonie umane nello spazio

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O' Neill negli anni Settanta.





Gerard Kitchen O'Neill (1927-1992) fu uno scienziato e pioniere spaziale americano. Laureato in fisica nucleare alla Cornell, appassionato di volo e di astronautica (era uno dei candidati "civili" alle missioni Apollo), elaborò, in seguito alle osservazioni di uno studente di Princeton, devoto credente nella teoria della terra cava abitata al suo interno da popolazioni misteriose (una storiella molto fantasiosa ma piuttosto comune negli USA di quegli anni, generò tonnellate di libri alla Peter Kolosimo), il concetto del Cilindro O'Neill, uno habitat spaziale, abitato sulla superficie interna, provvisto di paesaggi di tipo terrestre, aria respirabile e gravità artificiale generata dalla rotazione del cilindro stesso sul suo asse principale.

La "creatura" di O'Neill non è solo il frutto di un sognatore o di uno svitato qualsiasi, lo scienziato americano sosteneva che il futuro dell'umanità è nello spazio, ma nello spazio, egli argomentava, ci dovranno andare persone qualunque, non piloti super addestrati come erano in genere (e sono tuttora) gli astronauti russi, americani e di altre nazionalità. E siccome, da buon americano, O'Neill era pratico, individuò anche un valido motivo per costruire questo habitat: lo sfruttamento delle risorse minerarie.


Un grosso meteorite, può avere una massa di diversi miliardi di tonnellate, per un buon 60 per cento di minerale puro, in genere ferro, magnesio, cromo o sostanze di questo tipo (in alcuni tipi di corpo si arriva al 90 per cento della massa...). In situazioni di microgravità è assai più conveniente smantellare uno di questi meteoriti (ce ne sono miliardi solo nel nostro sistema solare) che scavare una miniera sulla terra.


O'Neill era parimenti convinto che l'acqua fosse abbondante nel sistema solare, e quindi non dovesse essere prodotta con le complicate fuel cells usate sulle navette Apollo (che provocarono, se ben ricordo, l'incidente all'Apollo 13). Recenti scoperte sembrano dargli ragione.





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Studio di massima per rendere abitabile il serbatoio centrale dello Shuttle: fornirebbe un habitat per le squadre incaricate della costruzione di Island One.











L'esaurimento delle materie prime sulla Terra è una realtà (secondo gli scienziati il nucleo centrale della Terra produce in continuazione minerali, ma occorrono decine di milioni di anni perché salgano in superficie... noi non abbiamo tanto tempo). L'inquinamento pure. Le arche spaziali dirette su pianeti abitabili di altri sistemi solari, care agli scrittori di SF degli anni Cinquanta, sono per ora un sogno e temo lo rimarranno a lungo (i soliti complottologi sostengono che il DARPA stia sperimentando un motore a curvatura, un sistema di propulsione che permetterebbe di superare la velocità della luce, ma, ammesso e non concesso che sia vero, non si capisce dove si troverebbe l'energia per spedire un'arca spaziale con milioni di coloni, assieme ai loro cani, gatti, porci, vacche e capre e galline...).


Quindi il sogno di Gerard O'Neill si dimostra sempre meno sogno e sempre più necessità: inquinamento, cambiamenti climatici, esaurimento delle risorse, aumento drammatico della popolazione (siamo 7 miliardi, ormai, solo se una dittatura mondiale imponesse il figlio unico a ogni coppia fertile potremmo scendere a due miliardi, che è la popolazione ottimale del pianeta, entro un secolo).







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Una breve sintesi del libro di O’Neill, per capitoli:

 

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Un miglioramento tecnico e delle condizioni di vita e' tale se da' a tutti accesso alle materie prime ed all'energia necessari per il progresso e riduce la concentrazione di potere decisionale e le dimensioni di citta', industrie, sistemi economici (pag.27).


Contrariamente a quanto sta accadendo, l'Autore (il libro e' stato scritto nel 1976) prevedeva lo sviluppo informatico di massa solo nel 2100 (pag.265) mentre nei primi anni del XXI secolo sarebbero state compiute le prime esplorazioni spaziali: sta invece avvenendo l'opposto.

 

 

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Le limitate dimensioni della Terra creano quattro problemi (pag.28):

1.      scarsità di energia, e quindi riduzione della libertà di movimento, povertà, inquinamento;

2.      scarsità di cibo;

3.      scarsità di spazio vitale; popolazione con tutti i mali del numero (criminalità, corruzione, sporcizia, malattie, alienazione, pag.49). Piccoli programmi di aiuto sono inutili, il non fare e' un'azione che condanna alla fame milioni di individui, occorre invece affrontare su larga scala povertà e ignoranza (pag.40);

4.      la libertà di scelta può anche essere minacciosa o addirittura terrorizzante (pag.74).



 

 


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Gli obiettivi della colonizzazione dello spazio sono strettamente connessi all'aumento della popolazione mondiale, che solo in questo modo potrebbe essere regolamentata aumentando la libertà e le opzioni per ogni essere umano "senza guerre, fame, dittature o costrizioni" (pag.42); l'umanizzazione dello spazio consentirà l'accesso a energia illimitata e a basso costo, territori illimitati, risorse materiali "disponibili senza rubare o uccidere o inquinare" (pag.43).

Un forte tasso di sviluppo industriale per lungo tempo che non danneggi l'ambiente richiede (pag.74):

1.      illimitata energia solare;

2.       risorse quasi illimitate dagli asteroidi;

3.       localizzazione nello spazio vicino alla Terra.

4.      L'emigrazione nello spazio non deve essere un viaggio di sola andata ("opzione del ritorno a volontà”, pag.54).



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L'Autore esclude la colonizzazione di altre superfici planetarie, soprattutto a causa degli svantaggi gravitazionali (pag.47). La notte lunare e la sua gravità rappresentano ostacoli all'insediamento (pag.149), inoltre sulla Luna mancano alcuni materiali che sono invece presenti in quantità negli asteroidi (pag.197).

I vantaggi della colonizzazione dello spazio possono essere così sintetizzati (pag.48):

1.      Energia solare sempre disponibile. I costi di distribuzione possono essere ridotti perché gli impianti non devono essere costruiti solo su superfici piane come sulla Terra (pag.64); la manutenzione necessaria e' modesta, l'energia e' gratuita (pag.196). Le radiazioni solari possono fornire tutta l'energia necessaria (pag.121): "l'energia nucleare sulla Terra non può competere con l'energia solare nello spazio" (pag.65).

2.      Viaggi meno lenti e costosi (la libertà di viaggiare e' analizzata a pag.58).

3.      Processi industriali avvantaggiati dalla microgravità (pagg.69-70).

4.      Gravità uno fornita dalla rotazione: abbiamo tecnologie per realizzare habitat grandi come meta' Svizzera (pag.74, il libro e' stato pubblicato nel 1976) con aree per l'industria, per l'agricoltura, per il soggiorno e la ricreazione (pag.79).

5.      Agricoltura intensiva biologica, libera da parassiti (pag.60): nello spazio è possibile un'agricoltura intensiva (pag.81) caratterizzata da doppia semina (sovrapposizione di due cicli di crescita), raccolti multipli (piante a stelo alto con piante basse), clima stabile, temperatura ideale, più raccolti l'anno.



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Le guerre territoriali sulla Terra sono impensabili nelle comunità spaziali; in un habitat spaziale, molti pericoli tipici della Terra non esistono: terremoti, vulcani, cicloni, uragani, tifoni, incidenti automobilistici, atti terroristici (pagg.121-122).

La colonizzazione dello spazio interplanetario rende "immortali" in senso fisico, perché rende indipendenti da possibili catastrofi terrestri (pag.204); inoltre, ognuno avrà la sensazione dell'importanza del proprio lavoro, non vi sarà disoccupazione, gli ambienti dovranno essere confortevoli (pag.233). In una certa fase della crescita, "gli scambi fra le isole nello spazio cominceranno a dominare sull'economia 'coloniale' degli scambi con la Terra" (pag.242); il "commercio estero" garantirà nel lungo termine il successo economico delle comunità spaziali (pag.261).

A lungo termine l'industria di base sulla Terra non potrà competere con quella nello spazio, l'Autore immagina "una Terra non industriale con una popolazione di circa un miliardo di abitanti" in cui l'industria principale sarebbe il turismo dallo spazio (pag.276).

Con la crescente automazione della produzione, nello spazio l'uomo potrà intervenire solo in campi dove servono creatività ed immaginazione: "architettura del terreno, degli edifici e forse nuove specialità artistiche come progettazione del tempo ed ecologia creativa" (pag.267).

Le comunità spaziali avranno (pag.270):

1.      densità decrescente di popolazione;

2.      abbondanza di energia e materie prime;

3.      economia senza inflazione;

4.      durata della vita più lunga per l'ottimizzazione di atmosfera, temperatura, radiazione solare e minore rischio di morti accidentali; gli anziani e coloro che sulla Terra sono costretti a letto avrebbero libertà di movimento in zone a gravità vicina allo zero (pag.271).

 



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Per innescare il processo produttivo nello spazio occorreranno comunità spaziali abbastanza grandi (migliaia di persone, pag.124): "costruire industrie nello spazio a partire da materiali terrestri sarebbe assurdo" (pag.141); sulla Terra siamo infatti "svantaggiati gravitazionalmente" (pag.158).

Una parte delle capacità produttive nello spazio potrà essere destinata a costruire navi spaziali (pag.200); verranno altresì sviluppate le ricerche di astronomia ottica e di radioastronomia (pag.201). Per quanto riguarda invece la ricerca di vita extraterrestre, due sono i numeri fondamentali: la probabilità che una vita intelligente si sviluppi effettivamente e quanto tempo questa dedicherebbe alle radiocomunicazioni (pag.203).
In effetti, una civiltà più progredita della nostra avrebbe buone ragioni per scegliere di non comunicare con noi (pag.205), oppure di limitarsi al "lampo di luce di un faro" (pag.206): "La moderazione e il rispetto per gli altri si accompagnano alla maturità tecnica" (pag.260).

Radio e televisione potranno tener collegati gruppi di persone impegnati in viaggi spaziali di lunga durata: "gli abitanti dello spazio saranno psicologicamente abituati ai lunghi viaggi" (pag.277). Le sonde automatiche rimarranno comunque lo strumento migliore per effettuare esplorazioni di altri sistemi solari (pagg.280-281); inoltre, la sorgente di energia per viaggi interstellari deve essere a bordo della nave spaziale (pag.282).


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Se guardiamo la natura umana e la storia, e il bisogno che abbiamo dentro di noi di varcare nuovi confini ed esplorare nuovi sentieri (pag.286), possiamo immaginare un "mondo umano permanente fuori dalla Terra" (pag.176), iniziando da turni di lavoro di pochi mesi fino a soggiorni di alcuni anni (pag.276).
L'umanizzazione dello spazio potrà migliorare le condizioni di vita sulla Terra, non eliminerà però la possibilità del bene e del male (pag.287).

L'umanizzazione dello spazio e' opposta allo spirito delle utopie classiche, caratterizzate da costrizione interna e libertà da interferenze esterne (pag.245); i viaggi saranno più frequenti di quanto lo siano oggi sulla stessa Terra perché il loro costo sarà molto più basso, non vi saranno restrizioni tecnologiche: "l'umanizzazione dello spazio non e' un tema utopistico" (pag.247), sebbene ciascuna comunità spaziale potrà diventare un laboratorio sociale indipendente (pag.248).

La libertà di avere tanti figli, di comunicare, di viaggiare, di scegliere l'impiego: nello spazio sarebbero associate ad una crescita delle superfici anziché ad un maggiore affollamento (pag.259), le risorse che possono essere recuperate dagli asteroidi sono enormi e permettono la costruzione di territori con superfici migliaia di volte superiori a quella della Terra (pag.258). L'umanizzazione dello spazio, conclude l'Autore, e' "un'avventura ancora più affascinante delle grandi esplorazioni del passato" (pag.307).


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I Punti di Lagrange. La linea tratteggiata indica l'estensione dell'orbita sincrona.


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Un lanciatore pesante automatico (Heavy Lift Vehicle, HLV) derivato dallo Shuttle, potrebbe essere usato nelle prime fasi della costruzione delle colonie.


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Un lander riusabile di nuova generazione scende sulla Luna.

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Un habitat gonfiabile potrebbe essere la base per i primi lavori sulla superficie lunare.





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Così potrebbe apparire una fattoria lunare successiva.


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Una rotaia elettromagnetica potrebbe essere usata per inviare i carichi verso i Punti di Lagrange.

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Lo stabilimento lunare che invierebbe i materiali per la costruzione delle colonie spaziali.

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La rotta dei carichi dalla Luna al Punto 2 Lagrange.





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Il mass-catcher in orbita lagrangiana.



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Stazione in orbita lunare. Sarebbe necessaria per garantire una più efficace organizzazione dell'attività di costruzione.


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Lavori mineari su di un NEO.


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Asteroidi di piccola massa potrebbero essere inviati verso la zona delle colonie applicando loro un propulsore a ioni.








 

ISLAND ONE/BERNAL SPHERE

 

La cosiddetta Bernal Sphere deve il suo nome allo scienziato irlandese John Desmond Bernal (1901-71), che per primo, nel 1929, propose un habitat spaziale sferico. Nelle sue intenzioni, doveva avere un diametro di un miglio (1609 metri), e ospitare una popolazione di 30 mila persone. Nel 1975, O’Neill rivisitò il progetto, e, alla luce delle tecnologie disponibili, nacque Island One, con un diametro di 512 metri (circonferenza equatoriale 1 miglio, 1609 metri) e una rotazione di 1,9 giri al minuto per assicurare una gravità pari a 1 all’altezza dell’equatore della sfera. Nei calcoli di O’Neill essa avrebbe potuto essere costruita in un punto lagrangiano in meno di cinque anni e costituire la base per le future colonie, ovviamente più grandi e abitate.

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Il percorso della luce.



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Una nave spaziale (in questo caso la Robert K Goddard), attracca ad Island One.






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Island One sulla medesima scala dello Hindemburg, della Queen Mary e dell'Empire State Bulding.



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Commutersphere, per trasferimenti su brevi distanze nell'area delle colonie spaziali.


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Così potrebbe essere una fabbrica automatica nello spazio.


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Concept per un habitat spaziale di partenza.

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La costruzione di Island One: area agricola.



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L'interno di Island One.











 

ISLAND TWO/STANFORD TORUS

 

Il cosiddetto Stanford Torus nasce da un progetto proposto a un convegno della NASA alla Stanford University, nel 1975, e risulta chiaramente ispirato alla famosa “ruota” di von Braun. La “ruota” o “toro” ha un diametro di 1800 metri e può ospitare 10 mila persone. Ruotando su sé stessa una volta al minuto, fornisce all’interno una gravità fra 0,9 e 1.

 

 


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Nel toro si utilizzerebbero delle persiane mobili per produrre l'effetto giorno/notte.


 

 

CRYSTAL PALACE/HATBOX




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“Crystal Palace”

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“Crystal Palace”, l'area agricola.



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“Crystal Palace”, l'area abitata.

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Crystal Palace, detto anche Hatbox, garantisce la maggiore superficie abitabile a gravità uno col minimo di struttura e schermatura.






 

SUNFLOWER

 

Studio dell'MIT, così chiamato per i pannelli solari, che lo fanno assomigliare a un girasole, è un’ulteriore evoluzione della Bernal Sphere e ha un diametro di 512 metri (cifra necessaria a ottenere una circonferenza di 1 miglio e permettere gravità equatoriale 1 con un giro al minuto sul proprio asse).



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Il percorso della luce in Sunflower.


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ISLAND THREE/O’NEILL CYLINDER

 

Diametro di 5 miglia 8 (8047 metri) per una lunghezza di 20 (32187), la superficie interna è divisa in sei segmenti di uguale superficie: tre sono abitati, tre fungono da finestre attraverso le quali, muovendo opportunamente i pannelli esterni, si può permettere l’alternarsi del ciclo giorno/notte. Per ottenere gravità 1, il cilindro dovrebbe ruotare sul suo asse ogni 90 secondi.





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Island Three con l'area agricola localizzata nei cilindri assicurati all'anello, mentre le industrie a microgravità sono nella parte finale del cilindro abitato. Sotto una vista in scala del medesimo habitat.




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Il percorso della luce solare in Island Three.


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Terrazze di un modulo agricolo: in alto le vasche per l'a piscicoltura, le cui acque superflue vanno a irrigare le culture più in basso, nelle quali vengono coltivati cereali, frutta e verdura, oltre al foraggio per il bestiame.



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L'interno di Island Three.



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Un quartiere di Island Three.

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Un modulo abitativo standard.

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Il ciclo interno dell'ecosistema.


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KALPANA

Progetto degli anni 90, 550 metri di lunghezza per 250 di raggio, il minimo per garantire la rotazione sufficiente a creare gravità 1 sulla sua superficie senza creare problemi agli occupanti. Previsto per 5000 residenti.



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LEWIS ONE

Previsto alla fine degli anni 70 per 10000 residenti, che occupano interamente la superficie interna non essendo previste finestre per l’illuminazione solare, in quanto essa è sostituita da un sistema artificiale.

 





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ASTEN

Progettato dallo studente canadese Eric Yam, più che una colonia spaziale vera e propria, è una stazione spaziale dotata di ampie aree ricreazionali verdi, parchi e piscine per rompere la monotonia di porte e corridoi delle unità abitative e delle fabbriche e laboratori a microgravità. La struttura cilindrica, lunga un miglio, 1609 metri, dovrebbe ospitare fra le 10 e le 22400 persone, e potrebbe essere costruito in pochi anni alla spesa di 563 miliardi di dollari (considerato che sarebbe solo il primo gradsino per la costruzione di colonie spaziali vere e proprie, e che la ISS finora è costata oltre 100 miliardi di dollari, forse vale la pena di pensarci). Disponibile un pdf di 93 pagine con l’intero progetto.



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PER ESPLORARE LO SPAZIO

 

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Colonia in orbita nella fascia di Kuiper, al centro di uno specchio per raccogliere la quantità maggiore di luce solare.



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Sopra e sotto: l'astronave Goddard. il motore ionico, propulso dagli specchi solari, le permetterebbe di navigare attraverso il sistema solare in tempi assai più brevi di quelli attualmente necessari, mantenendo, con la spinta positiva, una gravità di almeno zero e cinquanta nei suoi compartimenti abitati.

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Sopra e sotto: arca interstellare delle dimensioni di Island One. Propulsione con reazione materia-antimateria, la luce solare viene fornita da un arco centrale ionico.

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