Nella letteratura di genere esistono, almeno così dicono alcune leggende metropolitane, due tipi di scrittori. Gli architetti e i giardinieri. Brandon Sanderson è un iconico esempio di autore-architetto che progetta e costruisce ogni dettaglio delle sue opere con metodo e "calcoli", al fine di implementare una narrativa coerente e strutturata. Tipica necessità di un autore che si basa molto sulla trama e gli intrecci. Al contrario altri autori sviluppano la propria storia e il mondo in cui è ambientata durante la fase stessa della stesura e della scrittura, senza preparare alcun canovaccio e seguendo semplicemente l'ispirazione, un po' come i giardinieri che ascoltano le proprie inclinazioni e si adeguano a quello che la natura/situazione sa offrire. Un esempio emblematico di un autore-giardiniere è George Martin, famoso per aggiungere trame e sotto-trame ed elementi imprevedibili durante la scrittura delle Cronache del Ghiaccio e del Fuoco.

Ma esistono autori-ingegneri? Probabilmente e in modo involontario un po' tutti lo sono. Un architetto come Sanderson è anche un ingegnere dei materiali, basti pensare a come le leghe metalliche costituiscono il fulcro centrale del sistema magico della serie Mistborn, in particolar modo l'Allomanzia. Altri tipi di materiali invece sono importantissimi per comprendere il worldbuilding di George Martin, cito per esempio il Vetro di Drago, l'Acciaio di Valyria e le colorazioni delle murature dei castelli come la Fortezza Rossa che ha anche simboli politici e culturali.

Già nell'opera di Tolkien i materiali sono elementi che connaturano diverse sfumature dell'immenso worldbuilding di Arda. I materiali elfici sono sinuosi, flessibili, lucenti, delicati e resistenti un po' come il loro modus vivendi etereo e per fortificare il loro legame con la natura. Gli orchi sono brutalisti, vivono un rapporto quasi industriale con gli elementi che li circondano, usano minerali grezzi e inquinanti come per sottolineare la pericolosità di un progresso incontrollato. I nani invece hanno il materiale più famoso di tutto il continente come il mithril, una lega indistruttibile e preziosa che simboleggia la forza dei nani e il loro attaccamento alla metallurgia.

Nella "science fiction" troviamo la saga di Star Wars per una ingegneria spirituale dei materiali, infatti le spade laser sono fatte con i misteriosi cristalli Kyber che conferiscono ulteriormente uno spessore mistico all'epopea di George Lucas ed epigoni. L'impero invece ha un'estetica dei materiali oscura e militarizzata, agli antipodi degli armamenti dei ribelli che sembrano avere delle forze armate riconvertite da un passato pacifico a un presente bellicoso per pura necessità.

Il mondo di The Expanse presenta una società spaziale, con la tecnologia che dipende fortemente da materiali avanzati come leghe spaziali per costruire navi e habitat nei difficili ambienti dello spazio. Le strutture spaziali, come l'Anello, sono realizzate con materiali misteriosi e sconosciuti che sfidano le leggi della fisica umana, riflettendo l'influenza di una civiltà aliena avanzata e aggiungendo una dimensione di meraviglia e ancestrale timore alla serie.

Gli esempi potrebbero essere infiniti e per questa ragione ho invitato John C. Mauro direttamente dall'ultimissimo numero (il quarantesimo) di Grimdark Magazine. John ha scritto un articolo dall'alto della sua preparazione, è proprio un professore universitario che insegna ingegneria dei materiali. Inoltre ha applicato le sue conoscenze alla science fiction dark, confrontandosi, in aggiunta, con tre autori popolari che ben volentieri hanno sfruttato l'ingegneria dei materiali per fortificare il worldbuilding delle loro opere.

Project Starship: Materials Engineering Challenges in Dark Science Fiction

Parte del piacere di leggere la fantascienza è vedere come la scienza reale possa essere estrapolata dal nostro mondo per immaginare tecnologie future, sia qui sulla Terra che in ambiente extraterrestre. Le astronavi sono una presenza onnipresente nella fantascienza e un esempio emblematico di tecnologia che può stimolare l'immaginazione dei futuri scienziati e ingegneri. Come scienziato dei materiali, sono particolarmente incuriosito dal ruolo dei vari materiali (metalli, ceramiche, vetri, polimeri, nanomateriali, ecc.) nella costruzione delle astronavi del domani.

Lo scopo di questa iniziativa di incontro tra scienza e fantascienza, che chiamiamo Project Starship, è quello di approfondire il legame tra la comunità scientifica e quella fantascientifica, contribuendo a stimolare un nuovo interesse per entrambi i campi. Per dare il via a questa serie di articoli, Grimdark Magazine ha contattato tre voci di spicco della fantascienza dark per esplorare i materiali necessari per progettare le astronavi all'interno dei loro universi di fantasia. Il primo è Graham McNeill, scrittore britannico noto soprattutto per i suoi romanzi di Warhammer 40k, tra cui Nightbringer. Segue Richard Swan, autore acclamato dalla critica per la trilogia di fantascienza dark The Art of War. Infine, Essa Hansen è autrice della serie di fantascienza dark The Graven, che inizia con l'acclamato Nophek Gloss.

L'anatomia di un'astronave

Quali astronavi sono presenti nel vostro universo fantascientifico e quali sono i requisiti tecnici che devono soddisfare?

Graham McNeill: La maggior parte delle astronavi imperiali in 40k sono vascelli antichi che hanno solcato i meandri dello spazio per migliaia di anni e sono reliquie di molte tecnologie dimenticate. Sono capolavori gotici con ponti di comando simili a cattedrali, contrafforti volanti, archi e templi, lunghi molti chilometri, incrostati da secoli di detriti e microimpatti. Il loro requisito tecnico principale è quello di essere sufficientemente corazzati da sopportare bombardamenti martellanti mentre si gettano a capofitto nelle formazioni nemiche e di sopravvivere al viaggio attraverso la dimensione infernale del Warp.

Richard Swan: Per lo più navi da guerra. Devono essere abbastanza robuste da accelerare a velocità incredibili e sopportare le elevate forze inerziali di una brusca virata in tre dimensioni; devono anche essere in grado di resistere al fuoco nemico (sia a colpi solidi che a energia diretta) e alle collisioni con detriti spaziali particellari a velocità quasi relativistiche. E, naturalmente, devono ospitare esseri umani, armamenti, strumenti d'offesa per una guerra elettronica, eccetera.

Essa Hansen: Il mondo della serie Graven non ha alcun legame con la Terra e tende al lato fantastico della fantascienza, il che significa che ho potuto permettermi il lusso di fare un sacco di manipolazioni sul lato tecnico. Il mondo della serie è un multiverso a bolle: universi di varie dimensioni a forma di bolla incastrati o incorporati l'uno nell'altro, con confini a membrana e un diverso insieme di leggi fisiche all'interno di ciascun universo. La differenza fisica può essere trascurabile (piccoli aggiustamenti in questa o quella matematica) o selvaggiamente e pericolosamente diversa (il comportamento del mondo collassa così come lo conosciamo). Il modo più semplice per visualizzare questo fenomeno è rappresentato dai materiali e dagli elementi fisici che si trasformano, si distorcono o si rompono quando passano attraverso la membrana e si adattano ai parametri del nuovo universo. L'economia del multiverso ruota attorno all'esplorazione, al commercio e alla trasformazione transuniversale, quindi le astronavi sono essenziali e la capacità di viaggiare in lungo e in largo dipende dai particolari materiali e dalla costruzione della propria nave.

Il multiverso presenta anche un'ampia varietà di specie aliene, che immagino abbiano progetti e materiali unici per le loro astronavi, soprattutto per quanto riguarda la biologia non umana. Per esempio, che aspetto avrebbe una nave spaziale per una specie interamente acquatica?

Quali sono i materiali necessari per costruire queste astronavi?

Graham McNeill: La maggior parte delle navi imperiali sono costruite in pietra, acciaio, ceramite e adamantio: materiali abbastanza solidi da resistere a una battaglia nel vuoto e da sopportare un viaggio attraverso il Warp. La ceramite è una sorta di amalgama di acciaio ad alta resistenza che è praticamente immune al calore, il che è certamente utile quando si affrontano flotte aliene con armi al plasma.

Richard Swan: Le navi hanno tre strati di schermatura per soddisfare questi requisiti: scudi a forza cinetica, una sorta di nube nebulosa di particelle che si accumulano istantaneamente quando vengono disturbate da oggetti che viaggiano a una certa velocità; una corazza ablativa composita in nanoforma, che costituisce la barriera fisica principale; e un dissipatore d'urto fluido non newtoniano in nanogel che si trova sotto la corazza esterna e che assorbe l'energia cinetica di qualsiasi cosa riesca a passare attraverso i primi due strati. In termini di materiali, non saprei nemmeno da dove cominciare per quanto riguarda lo scudo di forza: una tecnologia del genere sembra lontana almeno un secolo. Per quanto riguarda gli ultimi due, vengono creati continuamente materiali resistenti ma ultraleggeri (ad esempio, il grafene) e le tecniche di polimerizzazione si evolvono a velocità incredibili. Per quanto riguarda i fluidi, gli addensanti anti-squarcio e i fluidi magnetoreologici sono entrambi attualmente oggetto di ricerca da parte delle agenzie di difesa occidentali per forme avanzate di veicoli corazzati. Non si tratta quindi di nuove tecnologie, ma di perfezionare quelle esistenti.

Essa Hansen: In questo multiverso a bolle, ci sarebbero universi in cui è possibile avere navi con materiali contemporanei e non fantastici, ma sarebbero limitate a operare all'interno di quegli universi compatibili. Per avere accesso alla più ampia gamma di universi – e quindi alle maggiori opportunità personali ed economiche – è necessario disporre di un'astronave con materiali abbastanza resistenti e durevoli da sopportare varie e ripetute trasformazioni dei parametri fisici. Ho immaginato che i materiali di successo dovessero essere in qualche modo malleabili, persino organici – al contrario delle forme rigide che vediamo comunemente nella fantascienza – in grado di cambiare struttura o stato di fase per adattarsi a fluttuazioni potenzialmente estreme dell'ambiente.

Un esempio di questo materiale fantastico è l'astronave “Glasliq” della storia, concepita come una sorta di pelle/muscolatura di vetro liquido o cristallo liquido attaccata a una struttura che può piegarsi o deformarsi. Questo vetro liquido alieno può cambiare fase tra liquido, solido e nuvola di particelle, e assumere forme specifiche, un po' come un liquido ferroso cambia in base ai campi magnetici. La capacità di assumere trasformazioni senza perdere l'integrità rende la nave resistente ai cambiamenti dell'universo, le permette di passare attraverso ostacoli e aperture di varie dimensioni e può alterare la sua aerodinamica.

A meno che non esista un insieme di materiali ideali per i viaggi transuniversali, credo che la maggior parte delle navi soffrirebbe di pro e contro unici per ogni universo: alcuni materiali/costruzioni funzionano meglio mentre altri vanno peggio. Questo cambierebbe con ogni nuovo universo. Forse qui il sistema elettrico funziona, ma la corazza è fragile. Forse qui non c'è ossigeno, ma la gravità artificiale è migliore. Solo l'astronave "Azura", la protagonista della serie, è in grado di creare un piccolo universo intorno a sé, che si muove secondo parametri ideali e costanti per i suoi materiali. Con l'applicazione di questa fisica, il suono e il funzionamento dell'astronave sono descritti come più morbidi e organici, la rigidità, i ronzii e la separazione tra i componenti sono attenuati.

Quali sono le maggiori sfide tecniche da affrontare per trasformare in realtà le astronavi del tuo universo fantascientifico?

Graham McNeill: Quando le navi di 40k viaggiano tra le stelle, lo fanno attraverso il Warp, una dimensione infernale di follia che esiste al di fuori del tempo e dello spazio, e che è abitata da ogni sorta di creature diaboliche formate dai desideri e dalle emozioni subconsce dei mortali, quindi un posto piuttosto brutto nel complesso. Per cominciare, avrebbero bisogno di motori in grado di superare i confini della realtà e dello spazio/tempo per  poi “tradursi” nel Warp. E una volta arrivati, per sopravvivere una nave ha bisogno di un Campo di Geller, che è uno scudo energetico che tiene lontane le creature immateriali del Warp. Senza di esso, una nave verrebbe invasa quasi subito dopo essere entrata nel Warp, perché i mostri infernali possono attraversare la corazza della nave in un batter d'occhio e trasformare l'equipaggio in mostri posseduti, farli impazzire o corromperli in tutti i modi peggiori possibili.

Richard Swan: Credo che creare un'astronave armata e corazzata sia già possibile con la tecnologia attuale. Ciò che manca sono la necessità, il desiderio e i finanziamenti. In effetti, i compartimenti dell'equipaggio della Stazione Spaziale Internazionale sono già blindati con doppie pareti, progettate per frantumare e assorbire detriti fino a pochi mm di diametro. Per le navi dei miei libri, la vera impossibilità è rappresentata dai motori FTL e dagli array di comunicazione. Tutto il resto è semplicemente una versione più avanzata della tecnologia di cui già disponiamo. Naturalmente, nel futuro attuale, sospetto che quasi tutte le astronavi militari saranno interamente robotizzate/teleguidate.

Essa Hansen: Poiché la maggior parte delle astronavi del mio multiverso sono progettate per essere in grado di ospitare un'ampia gamma di mondi, compresi quelli come il nostro, probabilmente se la caverebbero bene nella nostra realtà! Sarebbero solo nella forma più addomesticata possibile, senza le caratteristiche selvagge che rendono la fantascienza un parco giochi così divertente per l'immaginazione.

Considerazioni sui materiali nella progettazione delle astronavi

I materiali utilizzati nella progettazione delle astronavi riflettono i vincoli tecnologici e i progressi dell'universo di ciascun autore. La progettazione delle astronavi nei romanzi di Warhammer 40k di Graham McNeill inizia con materiali ben consolidati nella vita reale, come la pietra e l'acciaio, ma include anche estrapolazioni realistiche di nuovi materiali come la ceramite. Alcune delle proprietà importanti di questa ceramite includono un'elevata conduttività termica per dissipare rapidamente il calore dagli attacchi nemici ad alta energia, oltre a un'elevata resistenza meccanica e tenacità. Nel complesso, la ceramite riflette una combinazione di proprietà concepibile sulla base della nostra scienza dei materiali conosciuta. Come lega metallica quasi impermeabile agli attacchi nemici, l'adamantio è più difficile da realizzare, ma non impossibile. Il recente sviluppo di leghe di vetro metallico, ad esempio, offre uno sguardo al futuro della progettazione di materiali ad alte prestazioni nel campo della metallurgia. Nell'universo di Warhammer 40k sono presenti anche compositi di ceramite e adamantio, che combinano le migliori proprietà di questi materiali per realizzare armature dalla resistenza incredibilmente elevata.

I compositi sono anche al centro dell'universo di Richard Swan, in quanto migliorano le prestazioni dei materiali combinando le migliori caratteristiche di diversi tipi di polimeri, metalli, ceramiche, ecc. Swan va oltre i materiali solidi, sottolineando anche le proprietà uniche di scorrimento di fluidi e gel, in grado di dissipare energia senza fratture. I fluidi sono particolarmente interessanti perché possono scorrere, ma non possono mai rompersi. I materiali devono resistere alla prova del tempo, soprattutto nell'universo di Warhammer 40k, dove molte delle conoscenze ingegneristiche pertinenti sono state distrutte o dimenticate. È interessante notare che il design delle astronavi nei romanzi di Graham McNeill non è puramente utilitaristico: c'è anche una componente artistica nel loro design simile a una cattedrale, che conferisce un senso di riverenza per queste meraviglie della tecnologia perduta. Naturalmente, le navi da guerra devono resistere a tutti i tipi di assalti nemici, siano essi di origine meccanica, termica o elettromagnetica. Le leggi fisiche che regolano tali assalti sono particolarmente complicate nell'universo di Richard Swan, poiché quando le navi da guerra si avvicinano alla velocità della luce, gli effetti relativistici portano a cambiamenti nello scorrere del tempo e nella massa apparente dei materiali che compongono il veicolo.

Essa Hansen solleva un'intrigante questione su cosa succede ai materiali quando ci sono lievi cambiamenti nelle costanti fisiche, ad esempio quando si salta tra diversi universi. Anche piccole variazioni in quelle che riteniamo costanti fisiche universali (come la costante di Boltzmann o la costante di Planck) potrebbero cambiare completamente la struttura degli atomi e il modo in cui si legano gli uni agli altri nella costruzione di diversi tipi di materiali. I romanzi di Hansen, quindi, pongono requisiti unici per il viaggio nel multiverso, al di là di qualsiasi cosa sia mai stata presa in considerazione nella progettazione di materiali nella vita reale. Sono particolarmente incuriosito dal materiale della Glasliq nel multiverso di Essa Hansen. I vetri della vita reale combinano proprietà sia liquide che solide. I materiali a cambiamento di fase che si trasformano in stati liquidi, cristallini e vetrosi sono stati fondamentali nella progettazione di memorie riscrivibili. Il cambiamento di fase di Hansen in “nuvola di particelle” può essere più impegnativo, ma molte delle altre proprietà della Glasliq sono già a portata di mano.

Complessivamente, le astronavi dei nostri libri di fantascienza grimdark preferiti comportano la necessità di affrontare le sfide della chimica dei materiali, della fisica e dell'ingegneria. La nostra serie continuerà nei prossimi numeri di Grimdark Magazine, dove faremo un'immersione più approfondita nel modo in cui i materiali reali potrebbero essere estesi per raggiungere le esigenti prestazioni richieste dalle navicelle spaziali di domani. Il prossimo articolo di questa serie si concentrerà sulla scienza e la tecnologia del vetro, comprendendo come il vetro rinforzato possa essere sviluppato per offrire chiarezza ottica e protezione contro gli impatti meccanici ad alta sollecitazione. Esploreremo anche la scienza dei materiali a cambiamento di fase, come il materiale utilizzato da Essa Hansen nel suo universo fantascientifico. Nel numero successivo della rivista, la dottoressa Lourdes Bobbio della Penn State University condividerà le sue riflessioni sulla metallurgia nella progettazione delle astronavi.

Fonte: https://www.grimdarkmagazine.com/celebrate-ten-years-of-grimdark-magazine-with-issue-40/

John C. Mauro è docente e responsabile associato del corso di laurea in Scienza dei Materiali e Ingegneria presso la Pennsylvania State University. Noto come co-inventore del vetro Corning Gorilla ®, John è autore di oltre 380 pubblicazioni scientifiche ed è caporedattore del Journal of the American Ceramic.È coautore di Fundamentals of Inorganic Glasses e autore di Materials Kinetics: Transport and Rate.  John è membro della National Academy of Inventors con 82 brevetti statunitensi rilasciati e membro della National Academy of Engineering e della World Academy of Ceramics.