"La razza umana diventerà multi-planetaria"

di Alessandro Ferrari



Il Dr. Tommaso Ghidini, capo della Divisione di Strutture, Meccanismi e Materiali dell’ESA

Presto torneremo sul suolo lunare, per insediarci. E al nostro satellite daremo anche una stazione spaziale orbitante. Mercurio sta per svelarci i suoi segreti mentre quello di portare l’uomo su Marte, su cui c’è acqua, non resterà un sogno. E ancora: gli insegnamenti di Madre Natura, l’insospettabile ruolo della stampante 3D, lo studio del Sole, la Terra osservata dallo Spazio. E le prime applicazioni pratiche dell’Intelligenza Artificiale. Lo sviluppo delle tecnologie capaci di ampliare i nostri orizzonti nel cosmo non solo non si arresta ma promette grandi benefici per l’umanità.

Di tutto questo abbiamo parlato con Tommaso Ghidini che guida la Divisione di Strutture, Meccanismi e Materiali dell’ESA. La sua lunga esperienza sui progetti di ricerca europei più innovativi, dedicati all’Aerospazio, ne fa una delle voci più ascoltate a livello internazionale.

D. Cinquant’anni fa Amstrong e Aldrin misero piede sulla Luna. Da quel momento la ricerca applicata allo spazio non ha conosciuto soste seminando la via per nuovi, importanti traguardi nell’investigazione del cosmo. A quali sfide sta lavorando l’umanità?

“Direi che in questo momento, per la prima volta nella sua storia, l’umanità si sta preparando a diventare una razza multi-planetaria. Ormai possediamo, o stiamo consolidando, tutte le tecnologie che ci porteranno a vivere su altri pianeti del Sistema Solare. Il primo, il più ovvio per la sua vicinanza a noi, è il nostro satellite, la Luna”.

“Se negli anni sessanta la priorità era andarci, oggi è rimanerci, costruendo lassù una base per un insediamento stabile. E se nel 1962, in uno splendido discorso tenuto alla Rice University di Houston, John Fitzgerald Kennedy disse "Noi andiamo sulla Luna perché sta lì, perché siamo esploratori, perché vogliamo conoscere”, oggi sappiamo che quel pianeta può offrirci anche opportunità scientifiche, tecnologiche e commerciali”.

“La Luna, d’altronde, rappresenta una perfetta piattaforma di prova. L'idea è quella di validare, in quell’ambiente altamente rappresentativo, tutte le tecnologie che poi impiegheremo per il ben più complesso viaggio verso Marte, con il proposito, anche qui, di creare installazioni umane. La Luna si offre quindi come perfetto banco di "prova generale" per il balzo verso il pianeta rosso, senza però i rischi e le complessità di una missione che, a causa della maggior distanza dalla Terra, impedirà agli astronauti un rientro relativamente rapido in caso di emergenza”.

D. Dal punto di vista ingegneristico, cos’è più rilevante per il successo delle missioni di stanziamento?

BepiColombo entra nel simulatore spaziale di ESA - © ESA–A. Le’Floch

“Direi senz'altro un cambio di paradigma: per questi tipi di impresa occorrerà fare affidamento alle risorse disponibili sui due pianeti. Così come Cristoforo Colombo, impossibilitato a portare con sé quanto necessario al sostegno dei tre equipaggi delle Caravelle e quindi costretto a utilizzare le ricchezze che "quella" terra aveva da offrire, anche noi non potremo fornire gli astronauti tutto ciò di cui avranno bisogno. Buona parte dovranno trovarlo o realizzarlo sul posto”.

“Insieme alla NASA stiamo attualmente lavorando all’astronave Orion. Porterà l'uomo a 70.000 km dalla Luna, in direzione dello spazio profondo, laddove non siamo mai arrivati. Lì realizzeremo il Deep Space Gateway, una stazione orbitante attorno al satellite, in modo da rifornire le navi in partenza per i voli più lontani. Sarà anche supporto logistico per la futura costruzione delle basi, prima sulla Luna e poi su Marte”.

“Finora abbiamo parlato di esplorazioni condotte dall’uomo. Non sono le sole. Abbiamo anche una vasta gamma di missioni robotiche e satellitari, volte a svelarci i misteri del nostro Sistema Solare. Quest’anno, grazie a Mars Express, è stata rilevata la presenza di acqua salata su Marte, il che rende plausibile la scoperta di nuove forme di vita. Nel 2020, lanceremo un rover sul pianeta e stiamo discutendo sulla possibilità della cosiddetta Mars Sample Return, vale a dire una missione di ritorno robotico”.

“Presto ci dirigeremo anche verso il Sole con Solar Orbiter per poter comprendere, come mai prima d’ora, la vita e l'evoluzione della nostra stella. Esploreremo con Plato i pianeti simili alla Terra al di fuori del Sistema Solare, mentre Juice cercherà la vita sulle Lune di Giove. E questi rappresentano solo alcuni esempi dei progetti oggi in campo”.

D. Facciamo due passi anche sul nostro pianeta. A cosa si lavora?

“La Terra resta una priorità, specie per quanto riguarda il lavoro di osservazione. In agosto abbiamo messo in orbita Aeolus, vera e propria premiere. Si tratta di un satellite che con la meraviglia tecnologica del suo laser di bordo, il primo di questo tipo, ci sta già consentendo di mappare i venti su scala globale, rendendo possibili previsioni metereologiche altamente accurate. Il suo aiuto è prezioso anche per chiarire ulteriormente i meccanismi di "erosione" dell'ozono che, in questo periodo dell'anno, si manifestano al Polo Sud”.

“Il sistema di navigazione satellitare Galileo sviluppato dall'ESA e dall’Unione Europea è operativo con la sua costellazione di satelliti che ci offrono un segnale estremamente accurato su tutto il globo. Dai satelliti Sentinels, inoltre, otteniamo informazioni cruciali per la sicurezza del nostro pianeta e lo studio degli effetti provocati da terremoti e grandi calamità naturali o, ancora, utilissime misure riguardo alla qualità dell'aria”.

“Non dimentichiamoci però di un altro aspetto altrettanto strategico: l'accesso allo spazio viene garantito dall’impiego dei razzi senza i quali satelliti e astronavi non potrebbero lasciare la Terra. Recentemente, ESA ha portato a termine il tredicesimo lancio di Vega, vero e proprio gioiello realizzato al 54% in Italia. In fase di sviluppo ci sono ora degni successori, dal Vega-C al futuro “heavy rocket” Ariane 6. Nel contempo guardiamo anche ai veicoli in grado di effettuare il rientro terrestre, come lo Space Rider, uno spazio-plano automatico riutilizzabile con capacità di carico fino a 800 kg e in grado di rimanere in orbita per missioni fino a due mesi. Il che, in ultima analisi, può aprire la strada a un utilizzo commerciale”.

“Progressivamente il volo umano si sta muovendo da intercontinentale a suborbitale e punta ora a quello interplanetario. Questo ci permette di guardare allo spazio come a una risorsa. Anzi, la space economy è destinata a creare opportunità economiche e valore, attraendo investitori privati. Un fatto impensabile solo pochi anni fa e, a mio avviso, importantissimo”.

D. Se ESA è il cuore europeo di questa corsa, Estec ne costituisce l’anima tecnologica. Lo stesso BepiColombo, lanciato il 20 ottobre verso Mercurio, è stato messo a punto da voi in Olanda.

Sentinel-1, il primo della famiglia di satelliti Copernicus, utilizzato per monitorare il nostro Pianeta - © ESA/ATG medialab

“BepiColombo è una missione vitale per l'ESA e per l'intera umanità: studierà da vicino Mercurio per comprenderne la composizione, la geofisica, l'atmosfera e la magnetosfera, oltre che la storia. Stiamo parlando di uno dei pianeti del sistema solare interno finora meno esplorati e conosciuti. In più, la sua vicinanza al Sole, aspetto che ne preclude l’osservazione a grandi distanze, consentirà al satellite di fungere da dimostratore di molte tecnologie che risulteranno fondamentali per Solar Orbiter, la successiva missione dedicata alla nostra stella”.

“La maggior parte delle missioni interplanetarie dell'ESA hanno sin qui avuto come obiettivo le zone relativamente fredde del sistema solare. BepiColombo è la prima esperienza scientifica portata così vicino al Sole, il che la rende estremamente sfidante. Non solo è molto difficile raggiungere il pianeta ma il satellite, a causa dell'enorme gravità esercitata dalla stella, perderà moltissima energia nella sua "caduta" dalla Terra. Non è affatto semplice posizionare qualcosa in orbita stabile attorno a Mercurio”.

“Va da sé che la progettazione e la costruzione di un mezzo per questo tipo di missioni rappresenta uno sforzo tale da coinvolgere migliaia di persone e centinaia di istituti scientifici, industrie, università”.

“L'Agenzia Spaziale Europea, e in particolare la sua sede olandese, svolge un ruolo fondamentale nell'intero processo, a cominciare dal momento in cui si definisce l’operazione. Segue quindi ogni passo della progettazione, verificando con test sofisticati le performance dei satelliti fino al compimento dell'ultimo giorno di operazioni, spesso anni dopo il lancio”.

D. Entriamo per un attimo nei vostri laboratori. Ci descrive come avete lavorato al progetto?

“BepiColombo ha richiesto la definizione e la realizzazione di nuove metodologie di test che ora rappresentano un unicum a livello mondiale. Prendiamo, ad esempio, i materiali utilizzati per i pannelli solari. Durante la permanenza nell'orbita di Mercurio, il satellite verrà esposto al vuoto, ad altissime temperature e a un significativo bombardamento sia di radiazioni sia di particelle altamente energetiche. Finora, questi fattori venivano testati singolarmente. Nei nostri laboratori abbiamo invece realizzato un sistema con cui sperimentarli in contemporanea, dimostrando che l'effetto combinato è molto più deleterio”.

“Un’altra fase ha riguardato il collaudo integrale, facendo ricorso al nostro Sole artificiale. Proprio così: nei nostri stabilimenti abbiamo un Sole, costituito da 19 lampade ognuna delle quali capace di erogare una potenza di 25 kW. Quella di un’abitazione moderna ne consuma 3, giusto per dare un'idea”.

“L’insieme di queste lampade genera un fascio di luce potentissimo che viene prima omogeneizzato tramite un collimatore quindi convogliato su uno specchio da cui si riflette sul satellite dando al raggio un’omogenea forma cilindrica. Questo vale in generale, ma per BepiColombo, missione per la quale dovevamo raggiungere il micidiale valore di 10 costanti solari, siamo stati costretti a riorientare gli specchi per ottenere un raggio più focalizzato e potente, di forma conica. Con Solar Orbiter siamo addirittura arrivati a un valore di 12”.

“Il Sole artificiale ha un’altra peculiarità: quella di consentire il posizionamento del satellite sia in verticale sia in orizzontale e la sua rotazione anche di 360 gradi, simulando quindi con grande realismo tutti i movimenti assunti durante la missione. BepiColombo ha dimensioni talmente grandi da averci costretto a testarlo a pezzi. Ma al nostro Sole artificiale è stato esposto per intero”.

D. La stampa 3D è destinata a rivoluzionare i paradigmi dell’esplorazione planetaria. Come lei ci ricorda, Madre Natura è stata maestra. Cosa intende?

BepiColombo incontra il suo lanciatore - © ESA/CNES/Arianespace/Optique video du CSG – JM Guillon

“Fino ad oggi, tutti i prodotti ingegneristici sono stati costruiti con sistemi a rimozione di materiale. Questo avviene da sempre. Immaginatevi la punta di una freccia preistorica: bene, quell'arma veniva realizzata partendo da un blocco di selce, limando via ciò che non serviva. Ancora oggi, tutto ciò che l'uomo usa sulle proprie macchine, viene fabbricato in quel modo. Si parte da un grande blocco di materiale ed eliminando il superfluo si realizza un motore, l’ala di un aeroplano, una struttura.

“Tale processo impone il cosiddetto "design for manufacturing" che risulta estremamente limitante rispetto alle geometrie potenzialmente realizzabili. La stampante 3D, al contrario, funziona per aggiunta di materiale e questo offre la possibilità di realizzare una quasi illimitata gamma di forme e prodotti, ottenendo ciò che definiamo “design for performance”. Il metodo copia Madre Natura, la quale, nella propria opera creatrice, non toglie materiale: lo aggiunge e, soprattutto, lo posiziona nei punti in cui serve”.

D. Ci fa degli esempi?

“Prendiamo una pianta: il tronco è robusto e grande perché lì si concentrano i carichi imposti dal vento. I rami invece sono sottili, esili, dal momento che devono sostenere solo il fogliame. Il braccio che un tennista usa per giocare risulta più grande di quello non utilizzato, sia nella muscolatura che nell'ossatura. Questo perché Madre Natura, date le maggiori sollecitazioni che quell’arto deve affrontare, aggiunge sostanza lì e non altrove”.

“Applicato alle strutture aerospaziali con l’utilizzo di stampanti 3D, tale concetto ci ha permesso di realizzare forme finora impensabili in alluminio, acciaio e titanio e, soprattutto, di ottenere performance inimmaginabili in termini di peso e resistenza strutturale. Ecco perché definiamo la stampa 3D una tecnologia abilitante”.

“Nei fatti potremo sfruttare al massimo le risorse trovate sulla Luna e su Marte, costruendo strutture con la sabbia dei due pianeti e con l’energia solare ed evitando di lanciare lassù le migliaia di tonnellate di materiale necessarie allo scopo. Non solo: le stampanti 3D biologiche ci permetteranno di praticare la medicina rigenerativa sugli astronauti impiegati a grandi distanze dalla Terra fornendo loro pelle, ossa e organi”.

D. D’obbligo una riflessione sul tema dell’intelligenza artificiale. Cimon, il primo assistente ‘non umano’ messo a punto da Ibm è entrato in servizio sulla ISS. Qual è il suo punto vista?

La flotta ESA nel Sistema Solare, 2017 - © ESA

“Ritengo che l'uso dell'intelligenza artificiale sia un altro aspetto abilitante per missioni di questo tipo e sono molto felice di vedere che si sia cominciato a bordo della Stazione Spaziale, proprio con Cimon”.

“Come dicevo, dobbiamo abituarci all'idea di missioni sempre più auto sostenibili. L’assistenza robotica intelligente, in grado di comprendere la situazione e adattarsi o reagire di conseguenza, farà da fondamentale supporto sia durante i voli di trasferimento, che dureranno anni, sia nelle fasi di insediamento. Come detto, la telemedicina sarà impraticabile dato che il ritardo nella trasmissione dei dati tra Marte e la Terra è di 40 minuti”.

“Un viaggio come quello per il pianeta rosso apre scenari molto complessi da un punto di vista psicologico e del rendimento degli astronauti. Credo allora che avere un assistente a bordo in grado di alleviare il carico di lavoro, comprendere le dinamiche dell'equipaggio e adoperarsi per sostenere la missione, in tutte le fasi, sia un uso ideale dell'intelligenza artificiale”.

“Riportando questo concetto sulla Terra, penso che gli impieghi possano essere davvero molteplici, come spesso avviene per le tecnologie sviluppate per lo spazio. Immaginiamoci il sostegno necessario alle missioni di esplorazione ai Poli o in altre aree remote, l'impiego su navi e piattaforme che passano mesi in completo isolamento, il supporto degli anziani e delle persone malate che possono disporre non più di una macchina silente ma di un robot abile nel comprendere il loro stato d'animo. E di comportarsi di conseguenza”.

Chi è Tommaso Ghidini

Nativo di Fidenza, 44 anni, Tommaso Ghidini si è laureato in Ingegneria Meccanica all’Università di Parma conseguendo quindi un Dottorato di Ricerca (Ph.D) in Meccanica della Frattura all’ateneo tedesco di Paderborn, in collaborazione con il Centro Aerospaziale Tedesco (DLR).

Attualmente è a capo della Divisione di Strutture, Meccanismi e Materiali di ESA. Con laboratori e centri di calcolo di fama e livello mondiale, la divisione garantisce l’integrità strutturale dell’intera gamma di programmi e missioni dell’agenzia.

In precedenza, Tommaso Ghidini ha lavorato in Airbus sui maggiori programmi civili e militari dell’industria aeronautica europea e, in particolare, sui modelli A380, A350 e A400M.

Insignito di numerosi premi e riconoscimenti internazionali per il raggiungimento di fondamentali risultati nel settore, è invitato a tenere corsi nelle facoltà di Ingegneria Aerospaziale delle più prestigiose Università Europee.

4 dicembre 2018

Alessandro Ferrari, External Relations & Executive Communications lead
@alefederferrari

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