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Progettare oltre la terra: la sfida dell’architettura dello spazio

Liquifer

Progettare oltre la terra: la sfida dell’architettura dello spazio
Scritto da Liquifer -

L’esplorazione e la vita nello spazio

L’esplorazione dello spazio è una delle grandi sfide scientifiche e tecnologiche, che ci spinge oltre i confini fisici della Terra verso l’ignoto, in tutta la sua vastità. Le imprese pionieristiche delle missioni Apollo, la realizzazione della stazione spaziale internazionale e gli ambiziosi progetti di insediamento su Marte rivelano quanto l’uomo sia mosso dal desiderio di viaggiare nello spazio; un desiderio oggi sentito più che mai. Ma più ci avventuriamo nello spazio, più diventa urgente il bisogno di edificare luoghi abitabili e sostenibili.

Sta emergendo un nuovo campo operativo dell’architettura, che in futuro diventerà componente essenziale dell’attività dell’uomo in un contesto extra-terrestre: l’architettura dello spazio. Questa disciplina, definita come “attività teorica e pratica della progettazione e costruzione di ambienti abitabili nello spazio”,1 è ancorata a una rete di nozioni scientifiche e ingegneristiche a servizio dell’esplorazione e dell’insediamento spaziale. Rispetto ad altri campi di applicazione dell’architettura, in questo caso il progetto viene dominato da sistemi ingegneristici, sulla base di regole ineludibili per rendere possibile la vita in luoghi estremi.

La prima necessità risulta essere dunque quella di un ambiente che funzioni da un punto di vista tecnico; una condizione che riduce drasticamente la libertà creativa dell’architetto, il quale non riveste una posizione chiave nella configurazione di un habitat extra-terrestre, risultando tuttavia strategica nel quadro della sfida scientifica e ingegneristica. Progettare luoghi abitabili in assenza di gravità, sulla Luna e su Marte, è da sempre un’impresa multidisciplinare.

In generale, l’esplorazione dello spazio si concretizza in straordinarie iniziative sovra-nazionali; basti pensare al programma per la stazione spaziale internazionale, il Lunar Gateway (stazione spaziale da utilizzare come punto d’appoggio per missioni verso la Luna) e ad altri programmi internazionali di esplorazione dello spazio. 

 

Lava Hive, habitat marziano modulare stampato in 3D con l’innovativa tecnica costruttiva “lava-casting”, Liquifer, 2015 © Liquifer courtesy Liquifer

Chi si occupa di architettura dello spazio?

Quando si progetta in un contesto extra-terrestre, è fondamentale comprenderne le esigenze specifiche. Una solida formazione architettonica è basilare. I requisiti tecnici, associati alle condizioni estreme, costituiscono una sfida alla progettazione di questi spazi. Come vengono costruiti i sistemi di supporto vitali, come avviene uno spostamento da un punto A a un punto B (traiettorie astrodinamiche), perché in un contesto a gravità zero non ci sono letti, sedie e altri consueti elementi di arredo? Queste sono alcune domande con cui si confronta l’architettura dello spazio. Tale ramo della progettazione si basa sulla profonda conoscenza di altre discipline e altri ambiti, come la progettazione dei sistemi spaziali, la fisiologia, la psicologia e le strategie di sostenibilità, e risulta altrettanto fondamentale svolgere corsi di approfondimento sulle problematiche.

Dovendo progettare in contesti in cui le risorse sono scarse, l’approccio deve essere conservativo: riutilizzare la componentistica, costruire con stampanti 3D in maniera automatizzata ed efficiente, avvalersi delle risorse in situ. La comprensione dei modelli di vita naturale, come le biosfere terrestri, è un ulteriore prerequisito per lo sviluppo di sistemi a ciclo chiuso in cui aria, acqua e rifiuti vengono immediatamente recuperati. 

Anche lo spazio è limitato, di conseguenza la progettazione di ambienti multifunzionali, dotati di elementi riconfigurabili e di arredo componibile assume un peso specifico sempre maggiore. In linea di principio, è importante definire uno spazio personale per ogni membro del team – la cosiddetta zona equipaggio –, così come impostare un’illuminazione circadiana che ricrei l’alternanza notte-giorno e uno spazio serra in cui le piante contribuiscano al ciclo vitale generale dell’ambiente interno, così come al benessere degli astronauti durante lunghe missioni, e infine possano essere raccolte e consumate fresche.

 

Space Home Mock-Up, progetto di una struttura per vivere in assenza di gravità, Liquifer Space Systems in collaborazione con Comex e Sabelt, 2021 © ESA courtesy Liquifer

Progettare ambienti vivibili a gravità zero

La microgravità nello spazio richiede un ripensamento delle norme architettoniche convenzionali. Vivere in una stazione orbitale significa vivere in assenza di gravità, essere in una condizione di moto perenne; il che presuppone, per l’uomo, la necessità di stabilizzare il proprio corpo per svolgere determinate mansioni. Significa vivere e muoversi in uno spazio realmente tridimensionale, in cui ogni angolo è accessibile senza essere vincolati agli assi X e Y di un piano orizzontale. Più complesso è l’orientamento, dato che non esistono un sopra e un sotto e spesso identifichiamo come “sotto” semplicemente ciò che sta al di sotto dei nostri piedi. I dispositivi di ancoraggio sono di aiuto per mantenere il corpo in posizione quando si conducono esperimenti, quando si mangia, si dorme o si guarda un film. Ogni giorno, svolgere determinati esercizi fisici per due ore è essenziale per combattere l’atrofia muscolare e la perdita di densità ossea causata dall’assenza di gravità.

Nelle stazioni spaziali è inoltre importante considerare la presenza di rumore: il costante ronzio dei sistemi di supporto vitale può portare a stress e disturbi del sonno. Il disturbo acustico deve dunque essere limitato, per far sì che il rumore di ventole e altri macchinari non interferisca con il lavoro degli astronauti, alterandone lo stato psicofisico.

 

RegoLight, costruzione di infrastrutture in regolite (suolo lunare) stampate in 3D che sfruttano la luce solare come unica fonte di energia, RegoLight Consortium, 2018 © Liquifer courtesy Liquifer

Progettare ambienti vivibili sulla Luna e su Marte

Costruire insediamenti sulla Luna e su Marte pone sfide senza precedenti. Questi corpi celesti non hanno un’atmosfera come quella terrestre che permette di respirare liberamente e nemmeno una magnetosfera protettiva che ripara da radiazioni pericolose e sbalzi termici estremi. L’architettura dello spazio sta concentrandosi su strutture abitabili e schermanti. Per esempio, sia il materiale reperibile in loco, come la regolite, sia le formazioni naturali come i tunnel di lava potrebbero fungere da riparo nel contesto lunare. Su Marte, invece, sono in corso valutazioni su insediamenti ipogei (in toto o in parte) oppure sull’utilizzo di strutture di protezione in regolite, stampate in 3D.

Altrettanto importante per la sopravvivenza sulla Luna e su Marte sarà lo sviluppo di sistemi di supporto vitale che rigenerino acqua e ossigeno e utilizzino piante per la produzione di cibo e ossigeno. Questi ultimi ricalcano gli ecosistemi terrestri chiusi e convertono i prodotti di scarto in risorse essenziali.

Costruire su altri pianeti servendosi delle risorse in situ, creando i presupposti per la presenza umana nello spazio pone una riflessione sui metodi edilizi convenzionali, un tempo basati sulla disponibilità illimitata di risorse. Siccome le risorse essenziali per la sopravvivenza dell’uomo non sono facilmente reperibili nello spazio e i costi di trasporto sono esorbitanti, diventa fondamentale sviluppare e mettere in atto nuovi approcci. Le strategie odierne si fondano su recupero e riciclo, utilizzo di risorse in situ, stampa in 3D di strumentazioni e materiali, e sulla creazione di sistemi a ciclo chiuso.

Le ricerche sulle tecniche costruttive utilizzando come materiale edilizio la regolite, presente sulla Luna e su Marte, sono di grande interesse per chi si occupa di architettura dello spazio. La sinterizzazione, un processo di lavorazione a elevata temperatura che fonde le particelle di sabbia della regolite per creare strutture solide, ha evidenziato infatti risultati promettenti nella realizzazione di insediamenti resistenti che necessitano unicamente del Sole come fonte di energia e della sabbia come materiale edilizio di base. Questi processi vengono svolti utilizzando stampanti 3D. La costruzione in contesti extra-terrestri richiede infatti processi di automazione svincolati dalla presenza umana; proprio per questo, l’impiego di tecnologie a forte impronta automatizzata sarà cruciale per lo sviluppo di insediamenti lontani dall’atmosfera terrestre. Gli elementi creati con la tecnologia di stampa 3D, combinati con strutture resistenti in materiali locali, non solo permettono di abbattere i costi ma anche di promuovere una vita sostenibile nello spazio. 

 

Paver – gettare le basi per la sinterizzazione di grandi superfici di regolite, Paver Consortium, 2022 © Liquifer courtesy Liquifer

Il ruolo della stampa in 3D nella costruzione degli insediamenti spaziali

La tecnologia di stampa 3D ha un forte impatto sulle tecniche di costruzione. L’architettura spaziale sta lavorando con specialisti della materia e ingegneri spaziali per potenziarla e creare insediamenti personalizzati, sostenibili e realizzati con risorse in situ. In questo contesto, è degno di nota l’impegno della NASA per rafforzare e evidenziare ulteriormente il potenziale della stampa 3D per la vita nello spazio. Per esempio, le Centennial Challenges (concorsi a premi di incentivo alla competizione spaziale della NASA per risultati tecnologici non finanziati dal governo) prevedono lo sviluppo di ambienti realizzati con stampanti 3D e di modelli per dimostrazioni con bracci robotici che estrudono un mix di simulanti di regolite e leganti, per creare materiale edilizio. Negli ultimi anni sono state condotte tre fasi di questi concorsi, che oggi hanno portato a Mars Dune Alpha, un habitat sviluppato con stampante 3D dalla società ICON a Huston e utilizzato per simulazioni. 

 

Eden ISS Dimostrazione a terra delle tecnologie di coltivazione delle piante e delle operazioni nello spazio per una produzione alimentare sicura a bordo della Stazione spaziale internazionale, Eden ISS Consortium, 2019 © Bruno Stubenrauch courtesy Liquifer

Vivere nello spazio per (ri)progettare la Terra

Trasferire il know-how dell’architettura spaziale sulla Terra richiede un profondo cambiamento nella nostra concezione di città del futuro. Nel 2010 Susmita Mohanty, Sue Fairburn e Barbara Imhof si sono riuniti, insieme ad altri contributor esterni, per dare vita a City as Spaceship, un laboratorio che si pone come obiettivo la rilettura degli ambienti urbani, affrontandoli come fossero astronavi autosufficienti. Un approccio che pone l’accento sugli aspetti critici dell’abitare e sulla scarsità di risorse, e invita i progettisti a considerare strategie quali recupero, sistemi a ciclo chiuso e ad autosufficienza completa, in termini energetici e alimentari. Se consideriamo le città come ecosistemi autonomi e simili a navicelle spaziali, verrà allora priorizzato il consumo efficiente del suolo. Come nello spazio, in cui ogni centimetro viene attentamente valutato e utilizzato, le città del futuro dovranno ottimizzare lo spazio per progettare in maniera compatta, senza compromessi in relazione alla qualità di vita.

Inoltre, il concetto di “città come navicella spaziale” sottolinea l’importanza del recupero delle risorse. Nelle città del futuro avremo bisogno di sistemi a ciclo chiuso per la gestione energetica e dei rifiuti, sulla scia dei sistemi di supporto vitale nelle stazioni spaziali. Gli scarti devono essere considerati un valore a servizio dell’infrastruttura urbana, poiché integrati in grandi processi di gestione e valorizzazione energetica, con l’obiettivo di realizzare modelli di economia circolare in cui si minimizzano gli scarti e ottimizzano le risorse.

Raggiungere una completa indipendenza energetica e alimentare sta diventando un obiettivo primario per la costruzione del nostro futuro. Il ricorso estensivo a fonti di energia rinnovabili (solare, eolica, etc.) e l’introduzione di sistemi idroponici e di vertical farming nel tessuto urbano possono garantire una produzione alimentare a km zero e ridurre l’approvvigionamento (e quindi la dipendenza) dall’esterno. A livello progettuale, questo genere di approccio può incrementare il livello di sostenibilità e resilienza delle città e, più in generale, il modello di “città come navicella spaziale” può creare i presupposti per garantire futuri agglomerati urbani sostenibili, resilienti e dunque abitabili.

Eden ISS Dimostrazione a terra delle tecnologie di coltivazione delle piante e delle operazioni nello spazio per una produzione alimentare sicura a bordo della Stazione spaziale internazionale, Eden ISS Consortium, 2019 © Bruno Stubenrauch courtesy Liquifer

La nostra visione del futuro

Nella nostra visione del futuro siamo in prima linea nel ridefinire i confini dell’esistenza umana. Lavoriamo per rafforzare il nostro know-how, per poter pensare e viaggiare oltre l’orizzonte terrestre. I nostri sforzi si indirizzano sia verso nuovi territori inesplorati nel sistema solare, sia verso un progresso in termini di sostenibilità sul pianeta Terra. I nostri sforzi congiunti nello sviluppo architettonico, ingegneristico e scientifico-tecnologico mirano a migliorare la qualità di vita, soddisfare la nostra sete di esplorazione e ampliare il nostro spettro di conoscenza. Mettendoci in gioco in questo ampio ambito di ricerca, riconosciamo inoltre il continuum tra spazio e Terra: un rapporto in cui il nostro pianeta natio, proprio come una navicella in viaggio nello spazio, è parte di qualcosa di più grande.

L’uso del “noi” riflette i vent’anni di esperienza dello studio di architettura dello spazio Liquifer, oggi presente a Vienna e Brema, sotto la direzione di Barbara Imhof, René Waclavicek e Waltraut Hoheneder.

 

1 “Space Architecture”, Wikipedia – https://en.wikipedia.org/wiki/Space_architecture, visitato il 1 gennaio 2024

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