Nome: Bernal sphere; Stanford torus; O’Neill cylinder

Nome: Rispettivamente, lo scienziato britannico John Desmond Bernal, che propose l’idea nel 1929; un programma di studio estivo tenuto dalla NASA nel 1975 alla Stanford University; il fisico di Princeton Gerard K. O’Neill in un libro del 1976 sulla colonizzazione spaziale.

Ritratti di fantascienza selezionati: le stazioni spaziali di Stanford sono raffigurate nel film del 1968 2001: Odissea nello spazio e Elysium del 2013. Un cilindro O’Neill modificato è servito come base della stazione spaziale Babylon 5 nella serie televisiva degli anni ‘ 90 con lo stesso nome e nei romanzi Rama di Arthur C. Clarke.

Il desiderio di vivere in luoghi nuovi ha spinto la nostra specie a stabilirsi nei climi più rigidi della Terra, dai deserti alle tundre. Un giorno, quella stessa voglia (o, meno ottimisticamente, devastazione per il nostro mondo natale) potrebbe spingerci a colonizzare l’ambiente più duro di tutti: lo spazio.

Sebbene suonino insondabilmente futuristici, le stazioni spaziali che ospitano molte migliaia di persone sono in realtà ben all’interno del nostro know-how tecnico e ingegneristico. Gli scienziati hanno sostenuto che avamposti spaziali permanenti plausibilmente potrebbe essere costruito per meno di quello che gli Stati Uniti spende ogni anno sui suoi militari.

Nel 1970, ad esempio, i ricercatori finanziati dalla NASA hanno studiato la fattibilità di più progetti di colonie. E hanno dovuto farlo per meno di billion 35 miliardi (a nord di billion 200 miliardi di dollari di oggi). “Tutto doveva essere basato su ciò che era disponibile al momento”, ha detto Jerry Stone, leader del progetto SPACE della British Interplanetary Society (Progetto di studio Advancing Colony Engineering), che ora sta aggiornando i disegni decennali per prendere in considerazione nuovi materiali come la fibra di carbonio, così come i robot moderni e la potenza di calcolo.

Quel workshop degli anni ‘ 70 ha prodotto tre concetti di design distinti che sono ancora ampiamente referenziati oggi: la sfera Bernal, il toro di Stanford e il cilindro O’Neill. Quindi li useremo come nostra guida per quello che ci vorrebbe per costruire una colonia fiorente nello spazio. Tutti e tre i disegni contengono essenzialmente uno spazio vitale ruotato per indurre la gravità, con la differenza fondamentale che la forma utilizzata.

La sfera di Bernal

Una sfera di Bernal esterno. (Credito fotografico: National Space Society)

Una sfera di Bernal è essenzialmente un globo di circa un terzo di miglio di diametro che ruota quasi due volte al minuto per fornire gravità terrestre lungo il suo equatore. (Questa sensazione di gravità artificiale si esaurirebbe vicino ai poli.)

Circa 10.000 persone potevano popolare lo spazio interno, i loro edifici allineati sulla curva e apparendo sopra la distesa della sfera.

Un interno sfera Bernal. (Credito fotografico: Rick Guidice/NASA)

Il Toro di Stanford

Un toro di Stanford, un tubo a forma di ciambella di 430 piedi di spessore con un diametro di 1,1 miglia, gira una volta al minuto per produrre la sua gravità. La parte interna del tubo è aperta, come nel film Elysium, o racchiusa da un materiale trasparente per far entrare la luce.

L’esterno di un toro di Stanford. Uno specchio, situato sopra il toro, dirige la luce del sole nell’anello dell’habitat. (Photo Credit: Don Davis / NASA)

Il toro sarebbe riparo un numero simile di coloni come la sfera. Gli orizzonti si allontanerebbero, verso l’alto, e l’anello del paesaggio abitato che svetta sopra la testa farebbe svenire i nuovi arrivati. Sei raggi collegano l’anello dell’habitat a un hub centrale dove la navicella spaziale può attraccare. Una stima di massa: 10 milioni di tonnellate.

L’interno di un toro di Stanford. (Photo Credit: Don Davis / NASA)

Il cilindro O’Neill

La terza forma è il cilindro O’Neill, il cui corpo principale è largo circa 5 miglia e lungo 20 miglia. Tre strisce di terra si estendevano lungo l’interno, con tre strisce di uguale dimensione intervallate che fungevano da gigantesche finestre sigillate.

Le dimensioni enormi del cilindro significano una rotazione delicata di un giro ogni minuto e mezzo sarebbe sufficiente per la gravità terrestre. Un problema, tuttavia, è che gli oggetti vogliono ruotare attorno ai loro assi lunghi, quindi sarebbe necessario un sistema di controllo attivo per mantenere la velocità di rotazione dell’asse corto desiderabile. O’Neill ha anche immaginato che i cilindri sarebbero sempre disponibili in coppie controrotanti per compensare effetti destabilizzanti e giroscopici che avrebbero causato la deviazione dei cilindri dai loro angoli previsti, rivolti al sole.

O’Neill cilindro interno. (Photo Credit: Rick Guidice/NASA)

Mentre una di queste colonie spaziali sarebbe molto più vasto di più grande progetto di infrastruttura spaziale dell’umanità fino ad oggi, la Stazione Spaziale Internazionale, i loro disegni non porrebbero sfide ingegneristiche insormontabili. “Dal punto di vista ingegneristico, la struttura è molto semplice—i calcoli ingegneristici sono totalmente validi”, afferma Anders Sandberg, ricercatore presso l’Istituto Future of Humanity dell’Università di Oxford, che ha studiato i concetti di megastruttura.

Mining la Luna

Il problema più grande è la logistica. Lanciare abbastanza materiale nello spazio per costruire una colonia costerebbe un sacco di soldi. Una scommessa migliore: stabilire semplici impianti di produzione nello spazio progettati per utilizzare materie prime estratte dalla luna o dagli asteroidi.

Il vero risparmiatore di costi che O’Neill immaginava sarebbe l’installazione di una grande catapulta elettromagnetica sulla luna. Popolare tra gli hobbisti come coilguns, questi dispositivi utilizzano elettromagneti per spingere un carico utile magnetizzabile giù un albero. Grazie alla debole gravità della luna, solo un sesto della Terra, gettando ampio materiale nello spazio sarebbe un pezzo di torta.

“La cosa bella di un lanciatore elettromagnetico, una volta che è stato costruito, i costi di lancio sono praticamente zero”, dice Stone. “Non devi fornire carburante, solo elettricità, e lo ottieni dal sole con l’energia solare.”

Gli ingredienti lunari o asteroidali grezzi potrebbero essere modellati molecola per molecola, grazie alla tecnologia di stampa 3D, nella maggior parte dei componenti necessari per la colonia. “Sappiamo dai campioni di Apollo la composizione delle rocce lunari e del suolo”, dice Stone. “C’è un sacco di ossigeno, di cui abbiamo bisogno per respirare; un sacco di alluminio, che è necessario per le parti strutturali; c’è silicio, per le finestre; e magnesio e titanio e altre cose utili.”

Altri elementi strutturali chiave includerebbero pannelli solari per l’energia e specchi per inclinare la luce solare riflessa negli involucri degli habitat attraverso le loro finestre. I robot potrebbero gestire gran parte della costruzione stessa, guidati da esseri umani o lavorando autonomamente. Il suolo e altri oggetti specifici della Terra, come la fauna selvatica, avrebbero, con qualche difficoltà, bisogno di essere spediti in alto.

Colonie costruite per durare

Le colonie completate risiederebbero nel punto lagrangiano noto come L5, un’isola di stabilità in cui l’attrazione gravitazionale del nostro pianeta, la luna e il sole si bilanciano. Aree agricole dedicate (situate in tori aggiuntivi al di fuori della sfera Bernal, o nei tappi terminali del cilindro O’Neill, con controlli ambientali ottimizzati) manterrebbero i coloni ben nutriti con cibo fresco. Il commercio con altre colonie e la Terra fornirebbe qualsiasi merce non disponibile.

Per proteggere le colonie dagli impatti dei meteoriti, le scorie residue della produzione potrebbero essere costruite come imbottitura sull’esterno della colonia. In generale, dicono gli esperti, i meteoriti dovrebbero essere un fastidio gestibile.

“Un meteorite con una velocità cinetica sufficiente per rompere un pannello della finestra potrebbe accadere ogni tre anni”, dice Stone, sulla base di studi sul problema. Le finestre sarebbero state fatte di molti piccoli pannelli, quindi uno si rompeva di tanto in tanto, nessun problema: ci sarebbero voluti secoli perché l’aria della colonia fuoriuscisse.

Schermare i residenti dalle radiazioni spaziali dannose, tuttavia, è più complicato. I raggi cosmici provenienti dallo spazio profondo non potrebbero essere ragionevolmente fermati se gli esseri umani vivessero al di fuori della protezione dell’atmosfera del nostro pianeta. I residenti spaziali avrebbero rischi di cancro leggermente elevati, mitigabili da frequenti proiezioni, dice Stone.

Per quanto riguarda le radiazioni del sole, diversi pollici di schermatura dell’acqua ne bloccherebbero la maggior parte. Durante i brillamenti solari raramente intensi, i coloni potevano rifugiarsi in “rifugi temporaleschi”fittamente schermati—non diversamente dalle precauzioni per i principali eventi meteorologici qui sulla Terra.

Un vantaggio: le colonie spaziali sarebbero immuni ai disastri naturali terrestri. “Nelle colonie non ci sarebbero terremoti, uragani, tsunami, vulcani”, dice Stone. “Inoltre, controlli praticamente il tempo in un cilindro O’Neill. Perché è così grande, avresti nuvole di pioggia naturali che si formano lì dentro.”

Quel livello di controllo—e la possibilità di prosperare nell’ultima frontiera—dovrebbe motivare l’umanità a lasciare la nostra casa planetaria. Come O’Neill scrisse in Physics Today nel 1974: “Credo che ora siamo arrivati al punto in cui possiamo, se lo scegliamo, costruire nuovi habitat molto più confortevoli, produttivi e attraenti della maggior parte della Terra.”