Buzz Aldrin fotografato da Neil Armstrong vicino alla gamba dell’Eagle (per gentile concessione della NASA)
Ricordo quel giorno. Nel luglio 1969 non avevo ancora 14 anni e stavo trascorrendo alcuni giorni di vacanza a casa degli zii nella campagna veneta. La mattina presto del 21 luglio mio zio svegliò mio cugino e me per guardare in TV l’evento che stava per essere trasmesso in mondovisione.
Può non essere facile cogliere oggi quali ostacoli dovettero essere superati per arrivare all’impresa alla quale stavamo per assistere. Nel bel mezzo della Guerra Fredda, la Corsa allo Spazio era iniziata il 4 ottobre 1957, quando l'Unione Sovietica mise in orbita intorno alla Terra Sputnik 1, il primo satellite artificiale, sconvolgendo il mondo e in particolare gli americani, i quali si resero conto che la loro supremazia tecnologica era minacciata e che emergevano nuovi problemi di immagine e strategici. I sovietici stavano costruendo bombe atomiche sempre più potenti dopo la loro prima esplosione del 1949, e il possesso di missili balistici in grado di portare in orbita i satelliti dimostrava che avevano anche la tecnologia per lanciare missili balistici intercontinentali armati con testate nucleari. Il programma spaziale americano, che era stato avviato dal presidente Eisenhower nel luglio 1955, fu accelerato, ma il 6 dicembre 1957 il lancio di Vanguard, il primo razzo spaziale americano, della US Navy con a bordo il satellite TV3, si concluse con un’esplosione dopo che si era sollevato di soli 1,2 metri.
A quel tempo, l'ingegnere missilistico Wernher von Braun (1912–1977, il principale progettista della bomba volante tedesca V2 (ed ex ufficiale nazista) e gli oltre cento tecnici che lo avevano seguito negli Stati Uniti stavano lavorando per l’US Army al missile balistico Redstone, un vettore per armi nucleari che era stato testato con successo nel 1955. Modificando un Redstone, von Braun e la sua squadra svilupparono il razzo spaziale Jupiter-C, che poteva essere lanciato già nel 1956, ma il cui lancio era stato bloccato per ragioni politiche. Dopo il fallimento di Vanguard TV3, von Braun fu autorizzato a lanciare il suo razzo, che il 31 gennaio 1958 portò in orbita il satellite Explorer 1, costruito presso il Jet Propulsion Laboratory del Caltech (California). Il satellite era all’apice della tecnologia americana: era alimentato dalle nuove batterie al mercurio e i suoi circuiti elettronici utilizzavano 29 transistor al silicio e germanio, scelti per la loro robustezza, leggerezza e basso consumo: fu uno dei primissimi usi scientifici dei transistor. La strumentazione, progettata dal gruppo guidato da James Alfred Van Allen (1914-2006), permise di scoprire le fasce di particelle subatomiche intrappolate nel campo magnetico terrestre. Nel marzo del 1958 la US Navy lanciò Vanguard 1: fu il quarto satellite posto in orbita ed il primo alimentato da celle fotovoltaiche, sviluppate presso i Bell Labs dal gruppo guidato da Gerald Pearson (1905–1989) dal 1954. Ma il 17 agosto 1958 il lancio della sonda Pioneer 0 della US Air Force, che avrebbe dovuto orbitare attorno alla Luna, terminò con l'esplosione del razzo 73 secondi dopo il distacco dal suolo.
La National Aeronautics and Space Administration (NASA) fu fondata nel luglio 1958 dal presidente Eisenhower, per riunire e coordinare gli sforzi nazionali nella corsa allo spazio. Tuttavia, la supremazia dei sovietici (che pure usavano scienziati e tecnici tedeschi) persistette per alcuni anni. Nel novembre 1957 lo Sputnik 2 portò in orbita il primo essere vivente, il cane Laika, nel gennaio 1959 la sonda spaziale Luna 1 fu il primo oggetto artificiale a sfuggire all'attrazione gravitazionale della Terra per transitare a soli 5.955 km dalla superficie lunare. Il 12 aprile 1961 Il sovietico Yuri Gagarin (1934-1968) fu il primo uomo a orbitare attorno alla Terra, a bordo della navicella Vostok 1. Due anni dopo Valentina Tereškova (nata nel 1937) fu la prima astronauta donna ad entrare in orbita. Il 18 marzo 1965 Alexey Leonov (nato nel 1934) eseguì la prima passeggiata spaziale, mentre orbitava nella Vostok 2. Il 3 febbraio 1966 la sonda Luna 9 fece il primo atterraggio morbido sulla superficie lunare. Tuttavia, il programma spaziale sovietico pagò un pesante tributo in fallimenti e vite umane, con numerosi incidenti a terra e durante il volo. La nazione che aveva scelto un sistema economico e politico completamente guidato dalla pianificazione centrale non riuscì a riunire e coordinare i suoi programmi spaziali, lasciandoli nelle mani di vari Design Bureau (OKB), che operavano spesso in forte competizione e due importanti leader di questi gruppi, Sergei Korolev (1907-1966) e Valentin Glushko (1908-1989), furono divisi da un forte antagonismo personale. Diversi fallimenti, che alla fine portarono alla perdita del vantaggio iniziale, furono tenuti segreti. In effetti l'intero programma fu gestito con estrema riservatezza: i nomi dei leader principali, Korolev e il suo successore Kerimov, furono rivelati solo dopo il 1986, all’epoca della Glasnost di Gorbachev. Tanta riservatezza costò a Korolev il Premio Nobel, che, dopo il volo di Gagarin, il Comitato di assegnazione era determinato ad attribuire, a patto di sapere a chi dovesse essere intitolato.
I primi passi della NASA non ebbero altrettanto successo. L’11 ottobre 1958 fu lanciata la sonda Pioneer 1, che, come Pioneer 0, avrebbe dovuto raggiungere la Luna, ma invece eseguì solo un percorso balistico raggiungendo l’altezza di 113,8 km. La prima sonda americana di successo fu Pioneer 5, lanciata nel 1960, dopo la Luna 1 sovietica. Nel 1958 la NASA aveva avviato anche il Progetto Mercury, che intendeva portare un astronauta americano nello spazio in una navicella monoposto, e nel luglio 1960 venne creato il Marshall Space Flight Center, sotto la direzione di von Braun, per realizzare i razzi Saturn destinati a lanciare le astronavi. Anche in questo caso gli inizi furono irti di fallimenti. Il 21 novembre 1960 il Mercury-Redstone 1 (uno dei razzi di von Braun, senza equipaggio) si sollevò solo di pochi centimetri: rimase famoso come il "volo di quattro pollici". Pochi mesi dopo, il 5 maggio 1961, quasi un mese dopo il volo di Gagarin, la missione Mercury-Redstone 3 "Freedom 7" riuscì finalmente a portare Alan Shepard (1923–1998) in un volo suborbitale di 15 minuti: fu il primo astronauta americano. Il 6 febbraio 1962 John Glenn (1921–2016) a bordo di Mercury 6 fu il primo americano ad orbitare effettivamente intorno alla Terra.
La corsa verso la Luna fu avviata dal presidente John Fitzgerald Kennedy (1917–1963) il 25 maggio 1961, con un discorso al Congresso degli Stati Uniti in cui si appellò all'orgoglio nazionale e lanciò la sfida all’Unione Sovietica: “... Nessun singolo progetto spaziale di questo periodo sarà più impressionante per l'umanità, o più importante per l'esplorazione dello spazio a lungo raggio; e nessuno sarà così difficile o costoso da realizzare. ...”.In un discorso alla Rice University il 12 settembre 1962, Kennedy rilanciò: “... Scegliamo di andare sulla Luna in questo decennio e di fare le altre cose, non perché siano facili, ma perché sono difficili; perché questo obiettivo servirà ad organizzare e misurare il meglio delle nostre energie e capacità ...” Dato lo stato dell'esplorazione spaziale nel 1961, la vittoria non poteva che venire da un obiettivo molto più ambizioso che far orbitare qualcuno o qualcosa intorno alla Terra. Kennedy scelse un obiettivo in cui gli Stati Uniti e l'Unione Sovietica potessero partire da una posizione di parità, al fine di massimizzare le possibilità di vittoria.
Nel settembre del 1961 fu creato a Houston il NASA Manned Spacecraft Centre, su terreni donati dalla Rice University. Tale Centro della NASA avrebbe poi incluso il Mission Control Center delle missioni con equipaggio. Il programma Apollo, con tre astronauti a bordo che era stato concepito durante l'amministrazione di Eisenhower, fu elevato all’obiettivo lunare e nel gennaio 1962 fu avviato il programma Gemini, con due astronauti a bordo, come fase intermedia per sviluppare le tecnologie e le tecniche necessarie ad Apollo. Il 3 giugno 1965, Edward White (1930–1967) fu il primo americano a compiere una passeggiata spaziale mentre orbitava nella Gemini 4, quasi tre mesi dopo l'analogo exploit di Leonov. Poi, nel dicembre 1965, Gemini 6 e Gemini 7 eseguirono il primo rendez-vous, avvicinandosi fino a 30 centimetri ed azzerando la velocità relativa. Quattro mesi dopo, Gemini 8 realizzò il primo rendez-vous con attracco con un satellite senza equipaggio. Tuttavia, la sfida richiese un pesante tributo anche sul lato americano. La missione dell'Apollo 1 ebbe una tragica fine il 27 gennaio 1967, quando un incendio a bordo della nave spaziale durante un test a terra uccise i tre astronauti, incluso White.
A partire da Apollo 4, le astronavi furono lanciate dal Saturn V, il gigantesco razzo alto 110 metri e con una massa di 3.000 tonnellate costruito sotto la direzione di von Braun. Saturn V era un vettore a tre stadi, equipaggiato rispettivamente con cinque motori F-1 alimentati con cherosene super-raffinato e ossigeno liquido e ciascuno capace di spinta di 715 tonnellate (nelle versioni finali), cinque motori J-2 per idrogeno e ossigeno ciascuno con una spinta di 105 tonnellate, e un motore J-2 da 105 tonnellate che poteva essere riavviato in volo. Il vettore era in grado di portare un carico di 140 tonnellate in orbita terrestre bassa, o lanciare un carico di 41 tonnellate verso la Luna. Era, e rimane, il razzo più alto, più pesante e più potente (in termini di impulso) mai messo in servizio. Tredici Saturn V furono lanciati dal Kennedy Space Center di Cape Canaveral, in Florida, senza perdite umane e di carico. Le prime quattro missioni con equipaggio, da Apollo 7 ad Apollo 10, furono preparatorie, per testare le manovre in orbita terrestre e lunare.
Il decollo dell'Apollo 11
La missione Apollo 11 iniziò il 16 luglio 1969. Si stima che circa un milione di persone assistettero al decollo nelle vicinanze di Cape Canaveral, tra cui molti politici statunitensi, 60 ambasciatori e 3.500 rappresentanti dei media di varie nazioni. Il lancio venne trasmesso in diretta televisiva in 33 paesi. Quattro giorni dopo, mentre Michael Collins (nato nel 1930) era in orbita attorno alla Luna nel modulo di comando e servizio (CSM) Columbia, il modulo lunare (LM) Eagle, a forma di ragno, toccò dolcemente la superficie lunare, nel Mare della Tranquillità.
A sinistra: CSM Columbia dal LM Eagle in orbita lunare durante la missione Apollo 11. A destra: LM Eagle dopo il decollo dalla Luna, prima di attraccare al CSM Columbia. Sullo sfondo la Terra semiilluminata sovrasta l'orizzonte lunare
Sei ore dopo, il comandante della missione Neil Armstrong (1930–2012) scese lungo la scaletta del LM e, muovendosi con circospezione, pose il piede sulla superficie della Luna alle 2:56 UTC (4:56 CET). Pochi minuti dopo fu seguito da Buzz Aldrin (nato nel 1930). Mentre assistevo all’evento, come un qualsiasi adolescente italiano, potevo condividere l'emozione con i miei parenti, capire l'entusiasmo nello studio televisivo della RAI a Roma, e percepire l'eccitazione al Mission Control Center di Houston, in Texas. Un sesto dell'umanità, circa 600 milioni di persone, condivisero quell’esperienza in diretta TV. L’impresa fu completata il 24 luglio, quando Neil Armstrong, Michael Collins e Buzz Aldrin ammararono nell'Oceano Pacifico settentrionale. La corsa allo spazio, la grande competizione, era finita.
L'iconografia dell'evento include le bellissime foto scattate con speciali fotocamere Hasselblad, alcune delle quali accompagnano questo articolo, e il video a bassa qualità derivato dalla trasmissione televisiva a bassa risoluzione che in seguito è andata persa. Comprende il memorabile commento di Armstrong quando posò il piede sulla Luna: “Questo è un piccolo passo per [un] uomo, un passo da gigante per l'umanità”. Anche se era stato avviata come una sfida statunitense, al momento del successo la conquista della Luna venne presentata in una prospettiva diversa e più ampia e fu effettivamente percepita in tutto il mondo come una conquista dell'umanità, come aveva commentato Armstrong. Questo sentimento è espresso nel motto scritto sulla targa applicata alla parte del LM rimasta sulla Luna: “Qui uomini del pianeta Terra per la prima volta misero piede sulla Luna, nel luglio del 1969 d.C. Siamo venuti in pace per tutta l'umanità”. Nella sua telefonata agli astronauti poco dopo che furono sbarcati sulla Luna, il presidente Nixon dichiarò: “Per ogni americano questo deve essere il giorno più orgoglioso della vita. E per le persone di tutto il mondo, sono certo che anche loro si uniscono agli americani nel riconoscere quale immensa impresa sia questa. ... Per un momento inestimabile nell'storia dell'uomo, tutte le persone della terra sono veramente unite ...” e la risposta di Armstrong a Nixon fu: “È un grande onore e privilegio per noi essere qui, a rappresentare non solo gli Stati Uniti, ma gli uomini in pace di tutte le nazioni...”
Anni dopo, in occasione del 40° anniversario, alcuni scienziati britannici commentarono: “Il programma Apollo è senza dubbio il più grande risultato tecnico dell’umanità conseguito fino ad oggi [...] nulla dopo Apollo si è avvicinato all'entusiasmo e che fu prodotto da quelli astronauti....” In quel quarantesimo anniversario, Armstrong, Aldrin e Collins festeggiarono con il presidente Obama il 20 luglio 2009 e pochi giorni dopo ricevettero la Congressional Gold Medal. Tutti noi auguriamo ad Aldrin e Collins le migliori soddisfazioni per le celebrazioni dei 50 anni che cadono quest'anno, ma Armstrong, il primo uomo sulla Luna, non sarà presente, essendo scomparso nel 2012.
Altre sei missioni Apollo, dalla 12 alla 17, sono tornate sulla Luna e altri 10 uomini hanno camminato sulla sua superficie, tra cui Sheppard. Cinque “moonwalker” sono ancora vivi, dei dodici totali. Un secondo grave incidente, l'esplosione di un serbatoio di ossigeno che poteva avere esiti fatali, colpì Apollo 13 mentre si dirigeva verso la Luna, ma la preparazione degli astronauti e l'assistenza del Mission Control Center permisero il rientro sulla Terra senza perdite umane. Il 19 nel luglio 1975 il rendez-vous di Apollo 18 con la nave spaziale sovietica Soyuz segnò la fine del programma Apollo e l'inizio di un periodo di cooperazione. Altre missioni già pianificate furono cancellate: una volta conseguito lo sbarco sulla Luna, era difficile giustificare il proseguimento di missioni costose e così ad oggi Apollo rimane l'unico programma spaziale con equipaggio che ha volato oltre l'orbita terrestre bassa.
Il costo del programma Apollo fu colossale e gravò pesantemente sul bilancio federale: con 20 miliardi di dollari (143 miliardi di dollari del 2018) spesi nel periodo 1960–1973 su 42 miliardi di dollari di spese totali della NASA nello stesso periodo, lo sbarco sulla Luna richiese il più grande impegno di risorse mai realizzato da qualsiasi nazione in tempo di pace. Al suo apice nel 1966, il bilancio della NASA raggiunse i 5,9 miliardi di dollari, vale a dire il 5,5% del bilancio federale.
L'implementazione dei programmi spaziali richiese la progettazione, la costruzione e il collaudo di nuovi dispositivi, componenti, strumenti che dovevano essere molto affidabili, leggeri e spesso miniaturizzati. Furono sviluppati nuovi materiali e concepite nuove tecniche di lavorazione, come la fresatura chimica e la formatura ad esplosione. Nuovi sistemi di schermatura garantirono la protezione dalle radiazioni e dai raggi cosmici. Per la prima volta i computer furono utilizzati sistematicamente nelle analisi scientifiche, nella progettazione, nella pianificazione e nel controllo delle missioni.
Le missioni Apollo emersero dalla sintesi delle migliori tecnologie disponibili al momento. Esse stimolarono progressi in diversi settori dell’high tech e molti hanno dato vita a spin-off industriali. Per consentire agli astronauti di rimanere nello spazio per diversi giorni, furono risolti problemi di natura fisiologica e psicologica, da cui sono derivate numerose applicazioni mediche. Per resistere al freddo siderale e al calore infernale del rientro furono realizzate tute spaziali e sistemi di isolamento termico basati su una tecnologia ora utilizzata nelle tute dei piloti di auto da corsa e dei vigili del fuoco. Il Pressure Suit Assembly (PSA), che faceva parte dell'Extravehicular Mobility Unit (EMU) per proteggere gli astronauti che camminavano sulla Luna, usava un leggero tessuto rivestito di Teflon che è più forte dell'acciaio ed è resistente all'umidità, alla temperatura e al deterioramento, così da risultare ideale in molte applicazioni attuali. Gli alimenti liofilizzati sono usati negli equipaggiamenti di sopravvivenza. La tecnologia a ioni d’argento per potabilizzare l'acqua eliminando batteri, ioni di rame e alghe è diventata un’alternativa ai trattamenti chimici con cloro e bromo.
Se il sistema Passive Seismic Experiments installato sulla Luna da Armstrong e Aldrin funzionò solo per un mese circa, l'esperimento Lunar Laser Ranging, la cui prima unità fu installata dall'Apollo 11, è tuttora attivo. Permette di misurare la distanza tra le superfici della Terra e della Luna usando un raggio laser e retroriflettori capaci di riflettere la luce verso la sorgente con dispersione minima, in direzione parallela alla sorgente dell’onda anche se l'angolo d’incidenza è non nullo. Per rilevare la temperatura furono usati sensori a infrarossi. Il controllo a joystick fu sviluppato per pilotare il LM.
Le comunicazioni con le astronavi furono assicurate da una rete di stazioni distribuite sulla Terra e in orbita. Furono sviluppate tecniche di riduzione del rumore per migliorare le comunicazioni audio-video. Il CM Columbia e il LM Eagle avevano a bordo l'Apollo Guidance Computer (AGC), sviluppato al MIT, per fornire capacità di calcolo e assistenza alla guida, alla navigazione e al controllo del veicolo spaziale. Usava una memoria di sola lettura (ROM) speciale, costituita da fili intrecciati con piccoli nuclei ferromagnetici e un’unità di memoria magnetica più piccola di lettura-scrittura. Le dimensioni di tali memorie appaiono oggi incredibilmente limitate: le memorie iniziali (fissa a “4K word” e cancellabile a 256 word”, con ciascuna word di 16 bit) furono rispettivamente aumentate a 36K e 2K nel corso del programma. L’AGC fu inoltre uno dei primi computer a utilizzare i circuiti integrati, derivati dal prototipo sviluppato da Jack Kilby alla Texas Instruments nel 1958. I circuiti integrati furono fondamentali per ottenere computer relativamente potenti, leggeri e a basso consumo. Quella tecnologia si è poi evoluta nei microchip in pochi anni: l’AGC ha anticipato i computer domestici basati su tali dispositivi e apparsi alla fine degli anni '70, come Apple II, TRS-80 e Commodore PET.
La NASA sviluppò una nuova tecnologia cordless, oggi utilizzata in una vasta gamma di atterezzi ricaricabili leggeri, dagli avvitatori elettrici ai trapani, agli aspirapolvere, oltre che in strumentazione chirurgica e in strumenti di precisione. Le celle fotovoltaiche furono utilizzate negli esperimenti sismici passivi istituiti da Apollo 11 per misurare i terremoti lunari. Esse rimangono dispositivi di alimentazione fondamentali per i satelliti, le stazioni spaziali, i telescopi orbitali ... mentre si sono evolute in sistemi di generazione elettrica idonei alla decarbonizzazione dell’energia sulla Terra. Anche le celle a combustibile trovarono il primo impego pratico nelle missioni spaziali con equipaggio: il tipo PEM della GE fu utilizzato nelle missioni Gemelli 5 e 7-12, e il tipo AFC della Pratt e Whitney nel CSM di Apollo, nel rendez-vous Apollo/Soyuz e nello Skylab, mentre quelllo AFC della UTC venne adottato nello Space Shuttle. Le celle a combustibile erano ideali per quelle missioni: utilizzavano ossigeno e idrogeno per generare elettricità in modo efficiente con un elevato rapporto potenza/peso e producevano acqua potabile. Inoltre soddisfacevano i requisiti dei programmi spaziali in termini di affidabilità, sicurezza e durata. Anche le celle a combustibile sono una tecnologia emergente verso la decarbonizzazione dell’energia, in particolare per la mobilità elettrica.
Vennero inoltre definiti nuovi standard produttivi per soddisfare l'affidabilità richiesta. Ciascuno dei 12 milioni di componenti dei missili e dei veicoli spaziali delle missioni Apollo fu specificato con un’affidabilità del 99,9999%. Per la prima volta fu utilizzata la scansione CAT per rilevare le imperfezioni dei componenti. Il successo del programma Apollo scaturì anche dal coordinamento molto efficiente e innovativo di circa 400.000 persone al suo apice, che operavano in oltre 20.000 istituzioni pubbliche, università e imprese. Furono sviluppati metodi di gestione assistiti dal computer che avevano le radici nel programma missilistico tedesco A-4 e nel progetto Manhattan (all'epoca tenuti segreti): essi sono tra le eredità più importanti e meno conosciute del programma Apollo. L'esperienza dei programmi spaziali americani è documentata in 750.000 rapporti tecnici e scientifici che sono disponibili su Internet.
All’epoca, il progetto Apollo fu oggetto anche di critiche importanti, secondo le quali l'enorme quantità di denaro che richiese poteva essere speso meglio in esigenze sociali e più in generale affrontare molti bisogni umani. Ma bisogna dire che il programma Apollo raggiunse i suoi obiettivi nel rispetto del budget e dei limiti di tempo (8 anni soltanto!). Da questo punto di vista, rappresenta una prova della capacità americana di gestire con successo progetti altamente impegnativi, come il Canale Erie, le linee transcontinentali telegrafiche, ferroviarie e telefoniche, i cavi telegrafici transatlantici, il Canale di Panama, il progetto Manhattan ed ENIAC. Per ironia della sorte, il programma, concepito da Kennedy per dimostrare la superiorità del sistema del libero mercato, richiese l'organizzazione di enormi risorse pubbliche all'interno di una sola burocrazia vasta e centralizzata.
Ai miei occhi, la prodezza compiuta da Armstrong e dai suoi compagni 50 anni fa merita un ultimo commento: Apollo 11 ha dimostrato quanto possa essere precaria la vita su un altri corpi celesti e quindi quanto sia prezioso il pianeta in cui viviamo.
Tradotto ed adattato da: M. Guarnieri, “21 July 1969”, IEEE Industrial Electronics Magazine,13 (2) (2019): 56-61. DOI: 10.1109/MIE.2019.2910874.
