Cerca nel blog

2020/06/07

Storie di scienza: perché i guanti spaziali strappano via le unghie agli astronauti?

È il 1971. Sulla Luna ci sono due astronauti, Dave Scott e Jim Irwin: un terzo, Al Worden, li attende in orbita intorno alla Luna svolgendo una serie di esperimenti.

Alla fine dell’ultima escursione della sua missione, denominata Apollo 15, Scott svolge in diretta TV il famoso esperimento della piuma e del martello lasciati cadere contemporaneamente nel vuoto sulla superficie lunare. Mentre lo fa, intrattiene gli spettatori e gli scienziati che lo seguono in video raccontando allegramente di come Galileo aveva ipotizzato che tutti gli oggetti cadano alla stessa velocità a prescindere dalla loro massa o peso, se si elimina la resistenza dell’aria.

Quello che non dice è che i guanti della tuta spaziale gli stanno letteralmente staccando le unghie dalle dita.

È un problema piuttosto comune: cinque dei dodici astronauti che hanno camminato sulla Luna ne hanno sofferto, e molti astronauti ne soffrono tuttora. Se volete fare gli astronauti lunari o comunque una passeggiata spaziale nel prossimo futuro, mettete in preventivo di perdere una o più unghie delle mani. C’è chi se le fa rimuovere preventivamente pur di non soffrire quando si addestra o quando sa che andrà nello spazio e dovrà lavorare in tuta extraveicolare.

Il fenomeno ha, come tutte le cose spaziali, un nome tecnico: si chiama fingernail delamination oppure onicolisi, e da sola costituisce quasi la metà di tutte le ferite riportate da astronauti durante uscite extraveicolari anche nell’astronautica moderna, secondo uno studio pubblicato nel 2010 da Dava Newman, docente di aeronautica e astronautica al MIT, sulla rivista Aviation, Space, and Environmental Medicine. Sui 232 astronauti della NASA presi in esame dallo studio, 22 (ossia il 10% circa) hanno subìto traumi alle unghie per il fatto di aver indossato i guanti delle tute spaziali.

Le foto seguenti, scattate al ritorno di Dave Scott sulla Terra, mostrano chiaramente i segni di questo trauma sotto forma di emorragie subungueali. Vi risparmio quelle di altri casi anche peggiori.

7 agosto 1971: Dave Scott racconta la propria esperienza a bordo della portaerei Okinawa che ha recuperato la sua capsula. Notate le unghie della mano destra. Foto NASA S71-42195, scansione di J. L. Pickering.

12 agosto 1971: le unghie di Scott durante la conferenza stampa a Houston (Credit: NASA).

Dettaglio della foto precedente.


Come ben sa chiunque si sia tirato una poderosa martellata su un dito, un’unghia in queste condizioni causa un dolore atroce e di solito si stacca completamente qualche tempo dopo; la sofferenza continua per tutti i mesi della ricrescita della nuova unghia, che spesso è deforme.

Queste lesioni sono dovute alla grandissima rigidità e all’elevato spessore dei guanti delle tute spaziali per attività extraveicolari (da distinguere dalle tute per attività intraveicolari, che sono relativamente più semplici e devono “solo” fornire protezione contro cali di pressione e incendi dentro il veicolo spaziale).

Guanto pressurizzato ignifugo della tuta di sopravvivenza intraveicolare di SpaceX. Credit: Everyday Astronaut.


Pur essendo fatti su misura, questi guanti extraveicolari hanno moltissimi strati (isolamento dal caldo e dal freddo estremo, tenuta di pressione, riscaldamento, resistenza alla lacerazione e all’abrasione, protezione antincendio, protezione contro micrometeoroidi) che li rendono rigidi, goffi ed enormi, e il differenziale di pressione fra l’interno e l’esterno (0,3 atmosfere) li irrigidisce ancora di più.

Alcuni degli strati di un guanto per EVA: da sinistra, lo strato di tenuta alla pressione, lo strato di contenimento anti-rigonfiamento e lo strato di protezione meccanica. Fonte: Universe Today.

Questo breve video mostra la complessità di un guanto dell’era Shuttle, presentando in dettaglio il restraint layer, ossia lo strato di contenimento che impedisce alla membrana pressurizzata interna di gonfiarsi come un palloncino. I cordini permettono all’astronauta di regolare il contenimento in ogni singola zona.



Se volete sapere tutto sulla struttura incredibilmente complessa dei guanti spaziali americani e russi, potete leggere l’articolo Spacesuits and EVA Gloves Evolution and Future Trends of Extravehicular Activity Gloves (AIAA 2011-5147), al quale hanno collaborato vari ricercatori del Politecnico di Torino.

Immaginate insomma di indossare sei o sette paia di guanti, uno sopra l’altro, e poi provate a flettere le dita. Ora considerate che un astronauta, durante un addestramento pre-volo in piscina o durante una sessione di lavoro all’esterno nello spazio o sulla Luna, deve flettere quel guanto con le proprie dita e impugnare oggetti per ore e ore di seguito. Questa situazione tende a spingere le punte delle dita delle mani contro i cappucci terminali delle dita dei guanti. La forte pressione costante causa emorragie subungueali (“finivamo per avere le punte delle dita nere e blu”, spiega Charlie Duke di Apollo 16 nel libro On the Moon: The Apollo Journals, pagina 471) e il sudore crea un ambiente caldo e umido che spappola la pelle ed è l’ideale per alimentare micosi. Una vera pacchia.

L’astronauta NASA Anne McClain mostra uno dei guanti della sua tuta per EVA a bordo della Stazione Spaziale Internazionale a marzo 2019. Si vede bene lo strato esterno di protezione e presa. Foto NASA ISS059E05614.


Ogni volta che un astronauta chiude la propria mano, i cappucci terminali dei guanti oppongono resistenza e tirano le unghie verso l’alto. E durante un’attività extraveicolare (EVA) non c’è tempo di riposare, e quindi se l’unghia si scalza si deve andare avanti lo stesso.

Sulla Luna, Dave Scott si procurò anche uno strappo alla spalla destra nello sforzo di estrarre dalla superficie lunare una trivella di carotaggio, oltre ai traumi alle unghie. Non disse nulla al Controllo Missione, ma si prese in tutto ben 14 aspirine per ridurre la sensazione di dolore (On the Moon: The Apollo Journals, pagina 471). Il suo collega, Jim Irwin, ebbe disagi analoghi e descrisse il proprio dolore definendolo “lancinante” (Foothold in the Heavens, pagina 459). Problemi dello stesso tipo sono stati segnalati anche nelle EVA delle missioni Shuttle e sulla Stazione Spaziale Internazionale.

Lo studio della professoressa Newman ha trovato una correlazione significativa fra questi traumi e le dimensioni delle mani degli astronauti: non è questione di lunghezza delle dita, come potrebbe venire istintivo pensare, ma di circonferenza delle mani. In particolare, i maschi con una circonferenza di oltre 23 centimetri sono maggiormente soggetti a lesioni alle unghie rispetto a chi ha mani più piccole. Le mani grandi tendono inoltre a soffrire di problemi di circolazione derivanti dalla compressione locale.

Di rimedi, per ora, ce ne sono pochi: si è visto che tenere le unghie molto corte aiuta, ma per contro un taglio eccessivo rischia di far penetrare l’unghia nella carne. Si usa anche un guanto interno di seta per ridurre lo sfregamento.

Guanti interni in seta usati per le missioni Shuttle. Fonte: Smithsonian’s National Air and Space Museum/Google.


Inoltre si usano da sempre guanti fatti su misura, partendo da un calco delle mani di ogni singolo astronauta, ma solo la membrana di tenuta pneumatica è personalizzata direttamente su questo calco, mentre gli strati esterni sono di taglie fisse. E già così si tratta di un procedimento costoso: ogni personalizzazione costa circa centomila dollari.

Calchi delle mani degli astronauti Apollo degli anni Sessanta, venduti all’asta per 155.000 dollari. Credit: ILC Industries/Bonhams.


Periodicamente la NASA indice dei concorsi, gli Astronaut Glove Challenge, per selezionare nuovi progetti di guanti, che fanno emergere idee originali e le verificano in condizioni di test molto severe e realistiche, mettendo in palio un premio di 250.000 dollari.

Fra le idee proposte, anche da istituti di ricerca italiani, ci sono degli esoscheletri per le mani, concepiti per essere integrati nei guanti, con degli attuatori che assistono i muscoli delle mani nello sforzo di flettere la rigida struttura dei guanti stessi.

Un’altra idea, circolante dagli anni Settanta del secolo scorso, è di avere una tuta a contropressione meccanica, ossia una tuta la cui forma stessa, molto aderente, genera pressione sul corpo, senza dover più mettere l’intero astronauta dentro una membrana elastica gonfiabile. Un esempio di queste tute è la Biosuit, alla quale ha lavorato anche la professoressa Newman insieme alla ditta italiana Dainese.


Simulacro della tuta Biosuit a compressione meccanica.


A un livello molto meno tecnologico, si usano già materiali antimicrobici per ridurre la proliferazione batterica e gli odori e assorbire il sudore, insieme a smalti per rinforzare le unghie, cerotti trasparenti e colle chirurgiche (Dermabond e simili). Ma il problema generale, per ora, rimane.

La prossima volta che incontrate un astronauta, insomma, date un’occhiata alle sue mani; se vedete che sono un po’ malconce, non stupitevi e non criticatelo. È già tanto se ha ancora le unghie. E ammettetelo: ora che sapete di questo dettaglio, vi è passata del tutto la voglia di andare nello spazio.


Fonti aggiuntive: Fingernail Injuries and NASA's Integrated Medical Model, Kerstman e Butler, NASA (2008) (PDF); Space.com (2010); National Geographic (2010); Extravehicular Activity, NASA; Building the Future Spacesuit, Ask Magazine; Principles of Clinical Medicine for Space Flight, Barratt e Pool. Questo articolo fa parte delle Storie di Scienza: una serie libera e gratuita, resa possibile dalle donazioni dei lettori. Se volete saperne di più, leggete qui. Se volete fare una donazione, potete cliccare sul pulsante qui sotto. Grazie!



Nessun commento: