Lo sviluppo della tuta spaziale: dalla tuta al mercurio alla tuta AI

Le tute spaziali si sono evolute rapidamente nel corso dei decenni e avranno un ruolo importante nei nostri prossimi viaggi sulla Luna, su Marte e oltre.

SpaceX Starman
La tuta SpaceX Starman

Le tecnologie su cui facciamo affidamento per consentire l’esplorazione dello spazio sono in continua evoluzione. Una delle tecnologie più importanti, anche se facilmente trascurabili, necessarie per l’esplorazione dello spazio è la modesta tuta spaziale. La tuta spaziale è la pietra angolare della sopravvivenza umana nello spazio, che permette alle persone fragili di affrontare gli elementi e le sfide dure e inesorabili dello spazio.

Senza tute speciali per la sicurezza degli astronauti, eventi come l’atterraggio sulla luna e la prima passeggiata nello spazio non sarebbero stati possibili. Proprio come le navicelle spaziali, le tute spaziali si sono evolute e sono diventate sempre più efficaci nel proteggere gli astronauti. Allo stesso tempo, offrono una serie di nuove funzionalità che competono con alcuni dei vostri film di fantascienza preferiti. Al di là delle missioni scientifiche, ci sono buone probabilità che le tute spaziali sviluppate oggi gettino le basi per le tute indossate dai turisti spaziali di domani.

Ecco un rapido sguardo a quanto siamo passati dai primi precursori delle tute spaziali ai nuovi entusiasmanti sviluppi di oggi.

Tute a pressione anticipata

Con l’evoluzione del volo, i piloti hanno dovuto sviluppare tute a pressione per fornire ossigeno quando l’aria diventava troppo rarefatta. La prima tuta a pressione fu brevettata nel 1918 da Fred M. Sample. Era fatto di un materiale elastico e comprendeva una tuta ermetica, un casco che poteva essere facilmente aperto e chiuso, e un tubo flessibile di alimentazione dell’aria collegato ad una fonte di aria compressa e ad una pompa.

Nel 1934, l’aviatore Wiley Post, il primo uomo a volare da solo intorno al mondo, fece sviluppare dal produttore di gomma B.F. Goodrich una tuta a pressione di gomma che gli permise di raggiungere i 40.000 piedi (12,1 km). Una versione successiva fu realizzata in lattice versato su abiti di cotone e aveva un casco di metallo con visiera in vetro. L’ingegnere Russell Colley sviluppò in seguito l’XH-5 “Tomato Worm Suit”, che aveva articolazioni segmentate alle ginocchia, alle anche e ai gomiti (assomigliava al corpo del Tomato Hornworm, da cui il nome).

Il Litton Mark I: una delle prime tute spaziali

Tuta spaziale Litton
La tuta spaziale Litton

Mentre lavorava per la Litton Industries nei primi anni ’50 il Dr. Siegfried Hansen ha involontariamente gettato le basi per le future generazioni di tute spaziali. Hansen ha creato il Mark I, un abito progettato per essere indossato nel vuoto. Il Mark I può sembrare primitivo per gli standard odierni, ma è stato il primo abito che ha permesso a chi lo indossava di respirare nel vuoto, garantendo allo stesso tempo un alto grado di mobilità.

In seguito, i ricercatori che stavano lavorando per inviare i primi esseri umani nello spazio si sono resi conto dell’utilità della tuta. Oggi, il Mark I è ampiamente considerato come la prima tuta per attività all’aperto.

La tuta Mercury: la prima tuta spaziale americana

La tuta Mercury è stata la prima tuta spaziale americana
La tuta Mercury è stata la prima tuta spaziale americana

La tuta al mercurio (nota anche come Navy Mark IV) sviluppata dalla B.F. Goodrich Company alla fine degli anni ’50 era una tuta a pressione modificata basata sui disegni della Marina degli Stati Uniti. Le tute sono state originariamente progettate da Russell Colley per l’uso durante la guerra di Corea. Il progetto Mercury della NASA è stato lanciato nel 1958 e la necessità di una tuta spaziale per proteggere gli astronauti è diventata rapidamente evidente.

Gli scienziati della NASA hanno descritto Mark IV come un possibile modello perché potrebbe proteggere i piloti ad alta quota e mantenere un’atmosfera simile a quella terrestre. Per rendere il design adatto allo spazio, hanno rivestito la tuta con alluminio per il controllo termico e hanno aggiunto un sistema di respirazione chiuso che pompa ossigeno nella tuta attraverso un tubo in vita.

L’SK-1: la prima tuta spaziale utilizzata nello spazio

SK-1: La prima tuta spaziale effettivamente utilizzata
SK-1: La prima tuta spaziale effettivamente utilizzata

La SK-1 di produzione russa ha l’onore speciale di essere la tuta indossata dal primo uomo nello spazio, Yuri Gagarin. Infatti, la tuta innovativa è stata progettata appositamente pensando a Gagarin. La tuta è stata in uso dal 1961 al 1963 ed è stata indossata dai cosmonauti in altre missioni Vostock.

Poiché il Vostock non aveva un sistema di atterraggio morbido, la tuta è stata progettata con una funzione di fionda che consentiva ai cosmonauti di espellersi in sicurezza dalla navicella spaziale prima dell’atterraggio. Permetteva un sedile di espulsione fino a 8 km (26.000 piedi) ed era dotato di un sistema di supporto vitale.

Le tute spaziali gemelle: Sviluppo di tute per diverse applicazioni

La serie di tute spaziali Gemini per diversi scenari
La serie di tute spaziali Gemini per diversi scenari

Nei primi tempi dello sviluppo delle tute spaziali, è diventato gradualmente chiaro che erano necessarie tute diverse per ambienti e scopi diversi. La serie Gemini di tute spaziali, costruita a metà degli anni ’60, ha cercato di adattarsi a queste differenze creando tute specializzate per le diverse contingenze. Tra questi c’è il G3C, che è stato progettato per l’uso all’interno dei veicoli e che è stato indossato sul Gemini 3.

Un’altra tuta Gemini era la G4C, che poteva essere utilizzata sia come tuta di bordo che come tuta di scarico ed è stata indossata durante la prima passeggiata spaziale americana del 1965. Le tute Gemini furono successivamente modificate per le missioni Apollo.

L’Apollo/Skylab A7L: la tuta che è atterrata sulla luna

L'Apollo Skylab A7L è arrivato sulla luna
L’Apollo Skylab A7L è arrivato sulla luna

Per realizzare il sogno di camminare sulla Luna, la NASA aveva bisogno di sviluppare una tuta che non solo mantenesse vivi i suoi astronauti nel vuoto dello spazio, ma che fosse anche leggera e allo stesso tempo fornisse la flessibilità e la manovrabilità necessarie per camminare sulla Luna. La tuta è stata progettata per proteggere chi la indossa dagli effetti delle radiazioni, proteggerlo dal terreno accidentato e fornire la possibilità di piegarsi e raccogliere le rocce.

Con queste preoccupazioni in mente, la NASA ha sviluppato quelle che ha chiamato EMU – unità di mobilità extraveicolare, colloquialmente note come Apollo o tuta Skylab.

La tuta era composta dal famoso casco da fishbowl e da un indumento intimo raffreddato ad acqua con un tubo di 91 metri. Un ulteriore “zaino” contenente ossigeno e acqua di raffreddamento è stato indossato anche per le passeggiate sulla superficie lunare.

Il Berkut: è stato scoperto durante la prima passeggiata spaziale

Tuta spaziale Berkut per la prima passeggiata spaziale
Tuta spaziale Berkut per la prima passeggiata spaziale

Modificato da una tuta SK-1 il Berkut era una tuta di attività extraveicolare (EVA) indossata da Alexy Leonov durante la prima camminata nello spazio. La tuta conteneva ossigeno sufficiente per 45 minuti di attività ed è stata utilizzata solo durante la missione Voskhod 2, in parte a causa della sua scarsa mobilità.

La camminata spaziale stessa ha rivelato debolezze nel design della tuta che avrebbero poi aiutato i sovietici a migliorare la loro tecnologia. Innanzitutto, la temperatura corporea di Leonov è aumentata drasticamente durante la camminata nello spazio , che lo ha messo a rischio di un colpo di calore.

La rigidità della tuta rendeva anche il rientro di Leonov nel Voskhod 2 una questione difficile e complicata, e l’integrità strutturale della tuta era minacciata. Fortunatamente, Leonov ha mantenuto la calma ed è tornato alla sicurezza della nave, ma la prima passeggiata nello spazio è finita in modo quasi del tutto diverso.

L’IVA di Shenzhou: esaurita nel primo volo spaziale cinese con equipaggio cinese

L'IVA di Shenzhou è stata la prima tuta spaziale proveniente dalla Cina
L’IVA di Shenzhou è stata la prima tuta spaziale proveniente dalla Cina

Le tute indossate sul primo volo spaziale con equipaggio proveniente dalla Cina sono state replicate da tute SK-1 russe. La Russia ha venduto le tute alla Cina nel 1992, dove sono state smontate e ricostruite per il programma Shenzhou.

Come tuta di bordo, la tuta Shenzhou non ha alcun controllo della temperatura o della pressione. È stato indossato durante l’intera giornata della missione Shenzhou 5, che è stata lanciata nell’ottobre 2003 e durante la quale Yang Liwei è diventato il primo cinese nello spazio.

Il Sokol: indossato dal 1973 ad oggi

Una sorta di ultima marca: il Sokol
Una sorta di ultima marca: il Sokol

Il Sokol è una tuta per attività all’interno di veicoli (IVA), che viene indossata a bordo di veicoli spaziali russi in caso di caduta di pressione. E’ stato sviluppato in risposta alla morte dell’equipaggio a bordo del Soyuz 11 nel 1971, morto a causa di un calo di pressione al rientro. Le tute, sviluppate per la prima volta nel 1973, sono ancora oggi indossate in alcune missioni.

I miglioramenti apportati a Sokol comprendono un sistema di supporto vitale a circuito aperto e una valvola di sicurezza che regola la pressione interna della tuta. La tuta è una modifica di una tuta di volo, in contrapposizione ad una tuta spaziale esistente. Una volta montato, chi lo indossa può sopravvivere fino a 30 ore in una cabina pressurizzata e fino a 2 ore in un’atmosfera non pressurizzata.

L’Unità di Mobilità Extraveicolare: utilizzata a bordo della Stazione Spaziale Internazionale

L'Unità Mobilità Extraveicolare è stata utilizzata a bordo
L’Unità Mobilità Extraveicolare è stata utilizzata a bordo

L’unità di mobilità extraveicolare della NASA (UEM) è stata introdotta per la prima volta nel 1981 ed è ancora oggi utilizzata a bordo della ISS. La tuta può sostenere chi la indossa al di fuori della navicella spaziale per un massimo di 7 ore ed è composta da 14 strati separati.

I primi strati includono un indumento intimo di raffreddamento che, come i modelli precedenti, utilizza un liquido refrigerante per proteggere l’astronauta dal surriscaldamento. Questo comprende un indumento che mantiene la pressione dell’aria all’interno della tuta e una tuta protettiva termica in micrometeorite che protegge chi la indossa dalle radiazioni e da piccoli pezzi di detriti spaziali.

Orlan: Dalle stazioni spaziali sovietiche alla ISS

La marca sovietica: l'Orlan
La marca sovietica: l’Orlan

Sviluppato alla fine degli anni ’70, Orlan è stato trasportato a bordo della stazione spaziale sovietica Salyut 6 ed è ancora oggi in uso a bordo della ISS. Nel 2003, una tuta Orlan chiamata SuitSat-1 è stata equipaggiata con un trasmettitore radio e lanciata in orbita, rendendola praticamente il primo satellite con tuta spaziale.

Sebbene la missione della SuitSat-1 sia stata di breve durata e sia durata solo due orbite prima che le batterie fossero scariche e le trasmissioni cessassero, è stata dotata di un CD contenente opere d’arte provenienti da tutto il mondo. Nel 2006 la tuta è bruciata nell’atmosfera terrestre, direttamente sopra l’Oceano del Sud.

Il Feitianer: la prima tuta spaziale cinese per le popolazioni indigene

L'ulteriore sviluppo della Cina: il Feiziano
L’ulteriore sviluppo della Cina: il Feiziano

La Feitian , presentata nel 2008, è stata la prima tuta spaziale cinese costruita e progettata interamente in Cina. Era un EVA ed è stato indossato da Zhai Zhigang durante la prima passeggiata spaziale in Cina nel settembre 2008.

Lo sviluppo della tuta ha richiesto quattro anni e si basa sulla tuta russa Orlan. Come l’Orlan, può sostenere attività al di fuori del veicolo fino a 7 ore. Il suo nome può essere tradotto direttamente come “volare nel cielo”, ed è anche il nome di una dea buddista.

La tuta spaziale Final Frontier Design IVA: una tuta costruita da una start-up

Costruito da una start-up: Il vestito finale di frontiera
Costruito da una start-up: Il vestito finale di frontiera

Final Frontier Design è stata fondata nel 2010 dall’artista Ted Southern e ha attirato l’attenzione del pubblico come start-up dedicata alla progettazione e creazione di tute spaziali innovative. Final Frontier Design, di solito gestito da scienziati finanziati dal governo, ha dimostrato al mondo che chiunque abbia la giusta esperienza può entrare nel business della progettazione di tute spaziali.

Southern e il suo co-fondatore, l’ingegnere Nikolay Moiseev, si sono aggiudicati il secondo posto in un concorso della NASA del 2009 che li ha ispirati a creare la loro società di lancio spaziale.

Nel 2014 hanno ricevuto un accordo Space Act dalla NASA e stanno attualmente lavorando alla loro tuta spaziale di quarta generazione. Ciò potrebbe significare che nel prossimo futuro gli astronauti potrebbero indossare tute progettate da ingegneri che lavorano al di fuori dei tradizionali confini dell’industria spaziale.

L’elegante e intelligente tuta spaziale SpaceX

SpaceX Starman
La tuta SpaceX Starman

Nel 2018, SpaceX ha lanciato il suo “Starman” – un manichino nella tuta spaziale dell’azienda, seduto al volante di una roadster Tesla. È stata un’immagine accattivante che ha attirato molta attenzione, meme e clamore su SpaceX. Elon Musk è un grande showman, ma la tuta spaziale funziona davvero?

Questi abiti, chiamati “Starman”, sono stati in realtà disegnati dal costumista hollywoodiano Jose Fernandez, che ha lavorato ai costumi di film come “Batman vs. Superman”, “I Fantastici Quattro” e “I Vendicatori”. Le tute spaziali Starman sono personalizzate per chi le indossa e sono dotate di un casco stampato in 3D, guanti sensibili al tatto e altre caratteristiche intelligenti.

Elon Musk ha assicurato alla stampa che la tuta si è dimostrata sicura da indossare nelle camere a vuoto. Tuttavia, il design sottile è destinato solo ad attività all’interno del veicolo, in particolare per l’uso all’interno della capsula di trasporto del Dragon – SpaceX per il trasporto di passeggeri e merci verso la ISS. Le tute sono state indossate di recente durante la missione Demo 2. Ci chiediamo come se la stia cavando lo Starman.

La Serie Z: la nuova generazione di tute della NASA

Il nuovo sviluppo della NASA: le tute della serie Z
Il nuovo sviluppo della NASA: le tute della serie Z

Anche se possono sembrare qualcosa che Buzz Lightyear indosserebbe, le tute della serie Z sono in realtà parte di una nuova generazione di tute sviluppate nell’ambito del programma Advanced Exploration Systems della NASA. Lo Z-2 è destinato all’uso su altri pianeti, mentre il suo predecessore, lo Z-1, era una tuta con corpo più morbido testata sulla ISS l’anno scorso. La NASA spera che lo Z-2 venga utilizzato nei primi atterraggi su Marte con equipaggio, e ha progettato la tuta per essere il più leggera e mobile possibile per aiutare la raccolta dei dati.

L’Aouda.X: preparativi per l’atterraggio su Marte

La tuta spaziale Aouda.X
La tuta spaziale Aouda.X

Un altro gruppo di innovatori che hanno il pianeta rosso nel mirino sono i membri del Forum spaziale austriaco. Hanno creato il Aouda.X – un simulatore di tuta spaziale che può preparare gli astronauti ad esplorare la superficie di altri pianeti.

Il casco ha un display head-up, e la tuta contiene sensori e software che possono interagire con la tecnologia già presente su Marte, come i rover. Sebbene la tuta nella sua forma attuale non sia adatta all’uso nello spazio o su altri pianeti, permette agli astronauti di capire cosa aspettarsi sulle superfici aliene.

La comoda tuta spaziale Boeing Blue

Tuta spaziale Boeing
La tuta spaziale della Boeing: Boeing Blue

Il “Boeing Blue” è stato sviluppato per gli astronauti che viaggiano da e verso destinazioni in orbita terrestre bassa, come la Stazione Spaziale Internazionale. Il “Boeing Blue” è l’iterazione di Boeing di una futura tuta spaziale. Questa tuta spaziale, che sarà presentata nel 2017, offre a chi la indossa una maggiore mobilità sotto pressione ed è circa il 40% più leggera rispetto alle precedenti tute indossate dagli astronauti. Il comfort è la chiave di questa tuta. La tuta sarà indossata dai passeggeri del futuro della Boeing CST-100 Starliner. Conterrà strati interni per mantenere gli astronauti al fresco. Il Boeing Blue conterrà anche guanti sensibili al tocco, in modo che gli astronauti possano lavorare con le tavolette della navicella spaziale, simili alle tute Starman.

La NASA e l’Unità di ricerca sulla mobilità dei non veicoli

Artemis Xemu
Grafica informativa Artemis Xemu

Nel 2019, la NASA ha dato uno sguardo alla sua prossima generazione di tute progettate per il programma Artemis. L’Unità di Mobilità Extraveicolare di Esplorazione, o xEMU in breve, avrà un ruolo importante nei futuri viaggi sulla luna, previsti a partire dal 2024. La tuta spaziale è più voluminosa delle tute a pressione indossate all’interno del veicolo spaziale e protegge chi la indossa da temperature estreme sulla luna, nonché da detriti spaziali e micrometeoriti. Le tute offrono inoltre agli astronauti una maggiore mobilità rispetto alle tute spaziali convenzionali mentre conducono ricerche sulla superficie lunare.

SmartSuit: una tuta spaziale EVA intelligente e mobile per le missioni di esplorazione di prossima generazione

suite intelligente
Smart Suite: Il vestito intelligente

La NASA sta finanziando un progetto che potrebbe creare la prossima generazione di tute spaziali. La tuta fa parte del Programma di concetti avanzati innovativi della NASA e potrebbe essere indossata dagli astronauti che viaggiano su pianeti come Marte e possibilmente anche oltre. Questa EVA Concept Spacesuit di Texas A&M Engineering è caratterizzata da una pelle elastica e auto-guaribile e può fornire un feedback visivo a chi la indossa per identificare potenziali danni, minacce o problemi con la tuta. La NASA sta finanziando alcuni progetti al di fuori di questo mondo.