Di nuovo alla conquista dello Spazio, e della Terra

Chi dice spazio dice Torino, in particolare per la presenza della scuola di ingegneria aerospaziale e delle telecomunicazioni del Politecnico da sempre all’avanguardia nella ricerca spaziale, con un'attività che abbraccia sia l'upstream, ovvero la progettazione e la costruzione di componenti e infrastrutture, satelliti, vettori e stazioni spaziali, sia il downstream, che si concentra sull'utilizzo dei dati provenienti dai satelliti e lo sviluppo di applicazioni innovative utili quaggiù, sulla nostra cara e vecchia Terra. Un'attività multidisciplinare che coinvolge diversi dipartimenti e centri di ricerca, in collaborazione con numerose aziende leader del settore, come Thales Alenia Space Italia e Argotec, e con agenzie spaziali nazionali e internazionali come ASI, ESA e NASA. A Torino sta nascendo anche la Città dell’Aerospazio, iniziativa promossa dalla Regione Piemonte e da partner pubblici e privati, che ospiterà laboratori coordinati dal Politecnico per ricerca e sviluppo di tecnologie nel campo dei velivoli di prossima generazione. E con un occhio rivolto all’esplorazione dei cieli e l’altro alla Terra, ha preso il via nel 2024 il partenariato esteso Space it up, finanziato dall’Agenzia spaziale italiana (ASI) e dal Ministero dell’università e della ricerca (MUR), che riunisce 33 partner ed è presieduto da Erasmo Carrera del Politecnico di Torino.

“Noi facciamo soprattutto, come dice qualcuno, il ferro”, spiega Erasmo Carrera, professore di costruzioni e strutture aerospaziali, sottolineando così la consolidata tradizione italiana nella costruzione di componenti spaziali, dai moduli pressurizzati della Stazione spaziale internazionale al rover pressurizzato per la missione Artemis della NASA. Una tradizione che a Torino si traduce in un ecosistema di competenze che coinvolge il Politecnico e la filiera di aziende del settore, capaci di progettare e realizzare componenti di altissima qualità per l’esplorazione dell’universo, che negli ultimi anni ha ripreso grande slancio.

Lo dimostra anche l’affollato Convegno internazionale di astronautica (12.000 delegati) che si è svolto lo scorso ottobre a Milano proprio sotto la direzione di Carrera, in veste di presidente dell’Associazione italiana di aeronautica e astronautica, e al quale anche il Politecnico ha partecipato come uno degli attori principali portando oltre 320 contributi scientifici e vari stand in cui i le ricercatrici e i ricercatori hanno presentato i loro progetti.

In questo momento decisamente effervescente, il Politecnico di Torino gioca un ruolo di primo piano. Come spiega Carrera, la sfida principale in campo spaziale è certamente il rinnovato interesse per il ritorno sulla Luna, la sua colonizzazione anche al fine di preparare l’esplorazione di Marte. In particolare, l'Ateneo collabora con Thales Alenia Space per la realizzazione del rover pressurizzato per il programma della NASA Artemis, che porterà gli esseri umani di nuovo sulla Luna, ma questa volta per risiedervi e avviare una serie di attività di ricerca e applicazioni che potranno contare sullo sfruttamento dei giacimenti di acqua ghiacciata principalmente nelle zone polari, così come dei minerali che potrebbero rivelarsi utili in situ e un domani anche da recapitare verso Terra. “Bisogna capire che questo tipo di ricerca, certamente costosa e che non porta risultati a brevissimo termine, in realtà ha potenzialità enormi per noi” spiega Carrera. “Così è sempre stato – si pensi allo sviluppo del sistema GPS per la navigazione terrestre – e ancora lo sarà nel momento in cui sperimenteremo forme di agricoltura e di altre attività in un ambiente ostile come quello lunare, e che probabilmente ci consentirebbe di mettere a punto nuove tecniche da riutilizzare sul nostro pianeta”.

Tutto questo sta generando molta ricerca ed esperimenti per dotare la Luna di quello che fino a oggi riguarda solo la Terra, vale a dire satelliti in orbita lunare capaci un domani di abilitare i “pionieri” a orientarsi sulla Luna e a comunicare pienamente con il nostro pianeta. Sempre il programma Artemis prevede anche che in collaborazione con i privati venga messa in orbita una nuova stazione spaziale, “Lunar Gateway”, dove potranno risiedere squadre di astronaute e astronauti, e da cui si potrà fare la spola con il nostro satellite per una progressiva colonizzazione nei prossimi decenni. Essa infatti, al contrario della attuale Stazione spaziale internazionale che orbita a 400 km intorno alla Terra e che la NASA ha in animo di dismettere nel 2031, compirà un’orbita fortemente eccentrica intorno alla Luna, “sfiorando” il Polo Sud lunare a circa 1.500 km di distanza, mentre proseguirà il suo viaggio fino a 70.000 km dal Polo Nord lunare per poi tornare sui suoi passi compiendo un’orbita nell’arco di una settimana, anche per minimizzare i blackout comunicativi con la Terra. La nuova stazione lunare vede la collaborazione di ESA e altre agenzie spaziali come quella giapponese, ma anche il coinvolgimento di importanti aziende private. Molto più piccola della Stazione spaziale internazionale, Lunar Gateway è dotata di due moduli principali, uno per la propulsione e l’altro per l’abitazione. I-Hab, come si chiama il modulo abitativo, pesa dieci tonnellate e ha un volume di dieci metri cubi, e viene prodotto a Torino da Thales. Per la sua progettazione è stato coinvolto anche l’astronauta italiano Luca Parmitano che con il suo avatar virtuale ha testato la sua abitabilità.

Una delle sfide più affascinanti affrontate dal Politecnico di Torino è anche la realizzazione di strutture gonfiabili (inflatable), che permettono di trasportare nello spazio moduli di grandi dimensioni, ripiegati all'interno del razzo vettore e successivamente “gonfiati” in orbita. Queste strutture offrono numerosi vantaggi in termini di abitabilità e spazio a disposizione per gli astronauti, ma richiedono lo sviluppo di materiali innovativi con proprietà specifiche – spiega Carrera – come la capacità di contenere l'ossigeno, resistere ai detriti spaziali e garantire la protezione dagli incendi.

Il Politecnico di Torino vanta un'eccellenza riconosciuta a livello internazionale nel campo della navigazione satellitare, con un ruolo di primo piano nello sviluppo del sistema di posizionamento europeo Galileo, che con i suoi 30 satelliti che orbitano a circa 23.000 km dalla Terra ci consentono di muoverci con estrema precisione sul nostro pianeta.

Fabio Dovis, professore presso il Dipartimento di elettronica e telecomunicazioni (DET) del Politecnico e membro del GNSS Scientific Advisory Group dell'ESA e della Signals Task Force della Commissione europea per “Galileo Second Generation”, sottolinea il contributo italiano alla progettazione dei segnali di Galileo, che ha permesso all'Europa di raggiungere l'indipendenza nel settore della navigazione satellitare rispetto ai sistemi statunitense GPS, russo Glonass e cinese BeiDou.

Ma la crescente dipendenza dai sistemi di navigazione satellitare, non solo per applicazioni civili ma anche per infrastrutture critiche e sistemi di difesa, espone a nuove vulnerabilità. Interferenze e attacchi malevoli, come lo spoofing (generazione di segnali fasulli per la deception ad esempio di droni, o di veicoli autonomi), o il jamming operato da particolari dispositivi elettronici capaci di disturbare o inibire la localizzazione satellitare) possono compromettere il funzionamento di questi sistemi, con conseguenze potenzialmente critiche. Dovis cita come siano sempre più frequenti aree in cui si verificano interferenze, con possibili implicazioni per la sicurezza marittima e aerea.

Le attività di sabotaggio dei segnali satellitari non riguardano solo la localizzazione spaziale, ma anche il tempo. Molte reti terrestri, come ad esempio quella elettrica, si basano sulla sincronizzazione temporale. Se questa viene manipolata, può verificarsi un collasso delle reti, con danni non indifferenti al sistema.

La ricerca al Politecnico si concentra quindi sullo sviluppo di contromisure efficaci per mitigare queste minacce, come l'identificazione e la localizzazione delle sorgenti di interferenza e l'utilizzo di chiavi crittografiche per proteggere i segnali: è il caso dell’aggiunta di nuovi segnali e servizi a Galileo, a maggiore accuratezza e resistenza a tali attacchi. Si tratta di un'attività di ricerca cruciale per garantire la sicurezza e l'affidabilità di queste tecnologie, che giocano un ruolo sempre più importante nella nostra società, non solo nel campo della navigazione terrestre, ma anche in quello delle comunicazioni, che vede l’Ateneo attivo nella ricerca sulle reti 5 e 6 G e nella digitalizzazione dei servizi per esempio nell’ambito del progetto PNRR RESTART.

Fra le molte iniziative che interessano l’innovazione nel campo della navigazione e comunicazione  satellitare va segnalato anche il progetto bandiera SPACE4YOU, finanziato nell’ambito dell’ecosistema di innovazione NODES – Nord Ovest Digitale e Sostenibile: coordinato da Fabio Dovis e dalla collega del DIMEAS Sabrina Corpino, il progetto mira alla realizzazione di un laboratorio distribuito dedicato ai “piccoli satelliti” e alla new space economy. L’obiettivo infatti è favorire lo scambio aperto di conoscenze e il trasferimento tecnologico tra il mondo accademico e le imprese, gli acceleratori e gli incubatori dell'ecosistema aerospaziale.