Caffè nello spazio: come si beve in orbita e il primo espresso sulla ISS

Perché un caffè in orbita è un problema di fisica

Tra le storie di caffè e di macchine per prepararlo, la più curiosa che conosciamo si svolge a circa quattrocento chilometri sopra le nostre teste, a bordo della Stazione Spaziale Internazionale.

Sulla Terra è ovvio che il caffè stia nella tazzina, che scenda in gola quando la inclini e che la crema resti in superficie. Tutto questo funziona grazie alla gravità. In orbita i suoi effetti quasi scompaiono, perché la stazione e tutto ciò che contiene cadono insieme intorno al pianeta.

Senza una direzione "verso il basso", un liquido libero si raccoglie in una sfera galleggiante tenuta insieme dalla tensione superficiale. Non si versa, non si deposita sul fondo e, se inclini il contenitore, resta dove si trova oppure si stacca e vaga per la cabina.

Cambia anche ciò che non si vede: il calore non si distribuisce più per convezione naturale, le bollicine non risalgono in superficie e una schiuma, invece di scolare, resta ferma. Per chi lavora con l'espresso sono proprio i fenomeni che decidono la crema.

Qui raccontiamo come bevono davvero gli astronauti, come funziona la tazza capillare e come l'espresso italiano è arrivato in orbita nel 2015. La storia della macchina espresso sulla Terra l'abbiamo già raccontata nel post sulla nascita dell'espresso.

Come si beve davvero sulla stazione spaziale

La risposta pratica degli astronauti è semplice: niente tazze. Le bevande, caffè compreso, arrivano a bordo in polvere, sigillate in bustine di laminato con una valvola a senso unico.

Al momento di bere, la bustina viene agganciata al distributore d'acqua della cucina di bordo, che inietta attraverso la valvola la quantità giusta di acqua calda o a temperatura ambiente. Si mescola, si inserisce una cannuccia e si sorseggia direttamente dalla busta.

La cannuccia ha una pinza che si chiude tra un sorso e l'altro, altrimenti il liquido continuerebbe a uscire e formerebbe sfere libere nella cabina.

Il sistema è sicuro e leggero, ma toglie quasi tutto il piacere del gesto familiare. Da questa mancanza sono nate le due idee che seguono.

La tazza che funziona per capillarità

La prima idea è nata a bordo. Nel 2008 un astronauta della NASA, stanco di bere dalle buste, costruì con un foglio di plastica trasparente una tazza a forma di goccia, con un angolo stretto lungo la parete. Il principio è lo stesso che fa salire l'acqua in un tubicino sottile: la capillarità.

In quello spigolo le forze capillari spingono il liquido fino al bordo, dove si fermano in equilibrio. Quando le labbra tolgono un sorso, l'equilibrio si rompe e altro liquido risale dal fondo, fino a svuotare la tazza con un residuo minimo, più o meno come in una tazza di ceramica sulla Terra.

Il prototipo è stato poi rielaborato da ricercatori americani insieme alla NASA, e nel 2015 una serie di tazze stampate in 3D è salita sulla stazione per un esperimento dedicato alle bevande, nello stesso periodo della macchina per espresso. Per la NASA il tema va oltre la colazione: gli stessi principi servono a muovere liquidi senza pompe nei serbatoi e nei sistemi di supporto vitale.

ISSpresso: il primo espresso in orbita è italiano

La seconda idea è nata in Italia. ISSpresso è la macchina per espresso a capsule progettata da Argotec, azienda italiana di ingegneria aerospaziale, insieme a Lavazza, torrefazione torinese, in collaborazione con l'Agenzia Spaziale Italiana.

Era uno degli esperimenti della missione Futura dell'ASI, a cui partecipava l'astronauta dell'ESA Samantha Cristoforetti. La macchina è partita nell'aprile 2015 a bordo di una capsula cargo Dragon, che la stessa Cristoforetti ha agganciato con il braccio robotico della stazione.

Il 3 maggio 2015 Samantha Cristoforetti ha preparato e bevuto il primo espresso della storia in assenza di peso, una data entrata nei primati ufficiali.

Il funzionamento ricorda quello di una macchina domestica, con alcune differenze. L'acqua non arriva da un serbatoio ma da una busta collegata alla macchina; la capsula si inserisce in un vano; il caffè non scende in una tazzina ma in una busta standard della NASA, dalla quale si beve con la cannuccia o si travasa nella tazza capillare.

Per sicurezza il circuito idraulico è in acciaio anziché in plastica, dimensionato per pressioni ben superiori a quelle di una macchina da casa, e l'apparecchio pesa circa venti chili. Oltre all'espresso, le capsule permettono di preparare caffè lungo, tè e brodo.

ISSpresso è rimasta in orbita per oltre due anni. Per noi, che vendiamo macchine e capsule ogni giorno, resta un motivo di orgoglio: l'espresso che ha lasciato la Terra parla italiano.

Che cosa ci insegna sull'espresso di casa

Dietro il simbolo c'era anche una domanda scientifica: come si comporta un liquido caldo ad alta pressione senza gravità, e che cosa succede alla schiuma. Per il caffè questa domanda ha un nome preciso: la crema.

L'espresso esiste perché l'acqua calda attraversa il caffè macinato sotto pressione in pochi secondi. La pressione estrae oli e composti aromatici e libera l'anidride carbonica intrappolata nei chicchi dalla tostatura; quelle bollicine, disperse nel liquido, formano la crema.

Sulla Terra la crema sale in superficie. In orbita le bollicine non hanno un "sopra" verso cui andare e restano distribuite nel caffè: uno dei motivi per cui l'esperimento interessava anche agli ingegneri che si occupano di fluidi.

Una buona macchina deve tenere stabili pressione e temperatura dell'acqua per tutta l'estrazione; una capsula o una macinatura adatte devono offrire la resistenza giusta. Se manca una di queste condizioni, la crema è sottile e il gusto piatto, con o senza gravità.

Che cosa contiene la crema e perché da sola non è una garanzia di qualità lo spieghiamo nel post sulla chimica del caffè.

Un espresso con i piedi per terra

Il caffè che bevi a casa ha una fortuna che gli astronauti non hanno: la gravità lavora per lui.

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Immagine: l'Italia vista dalla Stazione Spaziale Internazionale, NASA.