Grazie al successo delle operazioni di sostituzione del sistema di raffreddamento, il rivelatore potrà continuare a studiare i raggi cosmici fino al 2028

È stato acceso con successo oggi 27 gennaio alle 11.50 (ora italiana) l’UTTPS (Upgraded Tracker Thermal Pump system), il nuovo sistema di raffreddamento del tracciatore dell’Alpha Magnetic Spectrometer (AMS-02), che alle 12.00 ha ripreso così l’acquisizione dati. Cinque anni di sviluppo e quattro passeggiate spaziali, la prima il 15 novembre 2019 e l’ultima lo scorso 25 gennaio, dell’astronauta dell’ESA European Space Agency Luca Parmitano e del suo collega Andrew Morgan hanno permesso il raggiungimento di questo fondamentale risultato. Con il completamento di questa impresa si estende così la vita in orbita di AMS-02, il rivelatore di particelle, frutto di una collaborazione internazionale cui l’Italia partecipa con l’ASI-Agenzia Spaziale Italiana e l’INFN-Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, che opera a bordo della Stazione Spaziale Internazionale (ISS) da maggio 2011. Dopo questo intervento, che ha comportato la più complessa attività extra-veicolare mai condotta da astronauti nella storia spaziale, AMS-02 sarà in grado di continuare a funzionare lungo tutta la vita dell’ISS, quindi fino al 2028, e magari anche oltre.

“Quando, nel 2014, il sistema di raffreddamento del tracciatore ha iniziato a mostrare i primi segni di deterioramento è partita la progettazione del UTTPS, un apparato in grado di interfacciarsi con quello esistente e sostituirne le funzioni”, spiega Bruna Bertucci, ricercatrice dell’INFN e professore all'Università di Perugia, vice-responsabile della collaborazione internazionale che conduce l’esperimento. “In Italia – prosegue Bertucci – abbiamo verificato che il nuovo sistema fosse adeguato per operare in orbita e, sin dalla sua fase prototipale, un’accurata campagna di test è stata progettata e condotta nei laboratori dell’INFN e dell’Università di Perugia, in collaborazione con il MIT, il Politecnico di Aachen e la NASA, per verificare la resistenza dell’UTTPS agli stress del lancio verso la ISS, e la sua funzionalità in vuoto a condizioni estreme di temperatura”. “I risultati positivi della campagna di test sono stati confermati dal successo dell’accensione di oggi dopo l’installazione in orbita”, conclude la vice-responsabile di AMS-02.

“Le prove e le ispezioni effettuate da Luca Parmitano all'esterno della Stazione Spaziale Internazionale sono state fondamentali per confermare che il nuovo sistema di raffreddamento del tracciatore a silicio, installato sempre da Luca su AMS-02 il 2 dicembre 2019, era pronto per essere messo in funzione” sottolinea Valerio Vagelli ricercatore dell’Agenzia Spaziale Italiana e membro del team per l’analisi dei dati di AMS. “Dopo aver sigillato in maniera definitiva lo strumento AMS-02, gli astronauti sono rientrati all'interno della Stazione Spaziale Internazionale, concludendo quindi con successo le operazioni previste per l’intervento sullo strumento. E oggi i ricercatori dell’esperimento AMS-02, al lavoro al centro di controllo al CERN di Ginevra, dopo aver preparato lo strumento, hanno potuto procedere alla sua accensione, e riprendere così le operazioni di presa dati, per tornare nuovamente alla “caccia” di raggi cosmici nello spazio”, conclude Vagelli.

AMS-02 è l’unico strumento attualmente in orbita in grado di distinguere i deboli segnali di antimateria tra i differenti tipi di particelle presenti nello spazio, indagando così sulla natura della materia oscura e ricercando possibili residui di antimateria dalle origini dell’universo.

AMS-02 ha raccolto ad oggi il più completo campione di raggi cosmici mai registrato, con circa 150 miliardi di particelle registrate dalla sua prima accensione nel 2011. Ha misurato con straordinaria precisione il flusso delle diverse componenti di materia (nuclei atomici ed elettroni) e di antimateria, fornendo il più ricco campione di antiprotoni e antielettroni, anche ad energie precedentemente inesplorate. I prossimi anni saranno cruciali per accumulare ulteriore statistica e comprendere l’origine e la natura dei segnali osservati. I risultati scientifici di AMS-02 stanno infatti portando nuove informazioni, in gran parte inattese, che mostrano i limiti dell’attuale comprensione dei meccanismi che stanno dietro l’origine, l’accelerazione e la propagazione dei raggi cosmici. Sulla base di questi risultati la comunità scientifica internazionale sta sviluppando nuove teorie che possano descrivere in maniera esaustiva i nuovi risultati di AMS-02, e fornire quindi, in sinergia con le informazioni complementari fornite dagli altri messaggeri cosmici quali fotoni, neutrini e onde gravitazionali, risposte a molte domande aperte circa i meccanismi di funzionamento ed evoluzione del nostro universo.

Il successo nell'installazione e accensione dell’UTTPS apre nuovi orizzonti nell'esplorazione dei complessi fenomeni che avvengono nella nostra galassia e nel nostro sistema solare. Il maggior tempo di osservazione, che si estenderà per più di un intero ciclo solare (11 anni), permetterà, infatti, ad AMS-02 di studiare l’influenza dell’attività solare sull'ambiente di radiazione attorno alla Terra fornendo per la prima volta informazioni sul comportamento delle differenti componenti della radiazione a energie non monitorate da altri strumenti in orbita. La conoscenza così acquisita potrà avere importanti ricadute, per esempio nella comprensione dei livelli di radiazione cui gli astronauti potranno essere esposti nell'esplorazione del nostro sistema solare.

AMS-02 è frutto di una collaborazione internazionale, diretta dal Premio Nobel Samuel C. C. Ting del MIT, i cui membri provengono da 15 nazioni in tre continenti (America, Europa, Asia). L’Italia ha dato un contributo fondamentale alla realizzazione dello strumento, sviluppando cinque dei sei rivelatori che lo compongono, partecipando al controllo delle operazioni in orbita e al sofisticato lavoro dell’analisi scientifica dei dati. Progettato nei primi anni 2000, AMS-02 è basato sulle tecnologie utilizzate nella fisica delle alte energie agli acceleratori applicate però, con ulteriori sviluppi, in ambiente spaziale: in oramai quasi nove anni di funzionamento in orbita, i rivelatori che lo compongono non hanno mostrato segni di invecchiamento, e mantengono le prestazioni originali di progetto. Questo rappresenta un grande successo per l’Italia, dimostrando l’eccellenza scientifica e tecnologica raggiunta nel settore dall’INFN, dalle Università coinvolte in questo esperimento, e dalle principali industrie aerospaziali italiane sotto il coordinamento dell’ASI.

Portato in orbita nel 2011 con la missione STS-134 dello shuttle Endeavour e istallato sulla ISS in base a un accordo tra la NASA e il DOE (Department Of Energy), le operazioni dello strumento sono condotte dai membri della collaborazione nel centro di controllo (Payload Operation Control Center) situato al CERN, a Ginevra, e in stretto coordinamento con il team di supporto della NASA presso il Johnson Space Center. Copia integrale dei dati dall’esperimento è trasmessa e analizzata al centro di calcolo CNAF dell’INFN e distribuita quindi all’ASI Space Science Data Center (SSDC). In Italia, la missione è stata realizzata congiuntamente da ASI e INFN, sia nella fase di sviluppo della strumentazione (2000-2011) che nell’attuale fase di operazione in orbita e di analisi dei dati scientifici. La collaborazione italiana vede la partecipazione di cinquanta ricercatori dell’Università e delle Sezioni INFN di Bologna, Milano Bicocca, Perugia, Roma Sapienza, Roma Tor Vergata, Pisa, Trento e di ASI.

‣ News

VENERDÌ 03 APRILE 2020

BepiColombo saluta la Terra: primo flyby planetario ‣

L’appuntamento è per venerdì 10 aprile, alle 6:25 di mattina ora italiana: la missione BepiColombo, lanciata il 20 ottobre 2018, si avvicinerà alla Terra - arrivando a soli 12.677 km di distanza - per effettuare il primo dei nove voli ravvicinati (o flyby, in inglese) che le consentirà di rallentare leggermente la sua corsa cambiando traiettoria puntando verso il Sistema solare centrale. Obiettivo: Mercurio. Arrivo previsto: dicembre 2025 dopo un viaggio di oltre 7 anni. A causa delle misure di distanziamento sociale adottate in tutta Europa come risposta alla pandemia da nuovo coronavirus, le operazioni verranno seguite da un numero limitato di ingegneri e tecnici presso il Centro operativo spaziale europeo (ESOC) dell'ESA a Darmstadt in Germania. La missione ha visto il forte contributo dell’Italia che, grazie al supporto dell’Agenzia Spaziale Italiana (ASI) e al contributo scientifico dell’Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF), ha realizzato 4 dei 16 strumenti/esperimenti a bordo più una collaborazione internazionale. Frutto della collaborazione tra l’Agenzia spaziale europea (Esa) e l’Agenzia spaziale giapponese (Jaxa), la missione BepiColombo si compone di due sonde, l’europea Mercury Planetary Orbiter (Mpo) e la giapponese Mercury Magnetospheric Orbiter (Mmo). Le due sonde viaggiano a bordo di un modulo trasportatore, il Mercury Transfer Module (Mtm), che utilizzerà una combinazione di propulsione ionica e chimica in aggiunta a numerose spinte gravitazionali durante il lungo percorso. Oltre a quello intorno alla Terra, BepiColombo effettuerà altri due voli ravvicinati attorno a Venere e sei attorno Mercurio prima di passare alle cruciali manovre di frenata e posizionamento orbitale. «Man mano che si avvicina l'evento del 10 aprile l'ansia cresce, tanto che in questi giorni mi è sembrato di tornare ai momenti emozionantissimi prima del lancio» commenta Valeria Mangano, ricercatrice INAF del team scientifico di SERENA, strumento a bordo di BepiColombo. «Abbiamo seriamente temuto che, a causa dell'emergenza coronavirus, questo evento potesse avvenire solo con le minime operazioni strettamente necessarie e senza strumenti accesi. Grazie al lavoro di ESOC e di ESA e all’operato in remoto dei gruppi scientifici, incluso quello dell’INAF, tutti gli strumenti che possono prendere dati saranno operativi e faranno misure attorno alla Terra. Si tratta di un test molto importante dal punto di vista scientifico e tecnologico, perché conoscendo bene l'ambiente vicino la Terra, potremo capire se la strumentazione funziona a dovere». «È il primo, e quindi molto importante, dei flyby della complicatissima rotta di Bepi Colombo verso Mercurio: ci saranno altri 2 con Venere, e poi ben 6 con Mercurio prima di raggiungere l’orbita ottimale – ricorda Raffaele Mugnuolo, Capo Ufficio Missioni Scintifiche dell’unità Esplorazione e Osservazione dell’Universo di ASI -per avviare l’osservazione scientifica del Pianeta; durante questi flyby sarà verificato lo stato dei singoli strumenti e soprattutto si potranno verificare le loro capacità di osservazione in orbita». «La data del 10 aprile rappresenta una tappa molto importante per la missione BepiColombo è lo è a maggior ragione per tutti noi – sottolinea Angelo Olivieri, di ASI e responsabile di progetto per SERENA - che per molti anni abbiamo lavorato alla realizzazione degli strumenti a bordo, affrontando con tenacia tutte le difficoltà tecnologiche che una missione così ambiziosa presentava». Come funziona un flyby: la fionda gravitazionale Sfruttando i sorvoli planetari e l’effetto “fionda gravitazionale” si riesce a imprimere ad una sonda spaziale una spinta sufficiente per farle raggiungere più rapidamente la sua destinazione finale. Questo perché nella maggior parte dei casi, per problemi di peso al momento del lancio, le sonde non vengono equipaggiate del propellente sufficiente per arrivare direttamente sull’obiettivo prefissato, dovendo già trasportare numerosi strumenti scientifici.  Per evitare l’eccessivo dispendio di carburante, il modo più efficiente per viaggiare nel Sistema solare è, quindi, quello di utilizzare traiettorie tangenti ai pianeti (FlyBy) per sfruttarne l’attrazione gravitazionale, il cosiddetto effetto fionda. Si tratta di una grande intuizione di Giuseppe (Bepi) Colombo (1920-1984), matematico e ingegnere, ricordato anche per i suoi importanti studi sulle orbite di Mercurio, motivo per il quale le è stata dedicata la missione. I voli ravvicinati sfruttano la forza di gravità del pianeta per rallentare o accelerare e per modificare le traiettorie della sonda spaziale durante il suo viaggio. BepiColombo saluta la Terra Quando BepiColombo si avvicinerà al nostro pianeta il prossimo 10 aprile, volerà “di fronte” alla Terra da est a ovest e la sfiorerà: la vedremo a 12.700 km di distanza, meno della metà dell’altitudine dei satelliti di navigazione Galileo e circa un terzo di quelli in orbita geostazionaria. Il 9 aprile si troverà a oltre 500mila km e il giorno successivo al flyby sarà già a oltre 300mila km. Il veicolo spaziale deve ridurre la sua energia e cambiare la sua traiettoria per spostarsi verso il Sistema Solare interno, guadagnando il percorso di volo che lo porterà attorno a Venere, per le prossime spinte gravitazionali previste a ottobre 2020 e ad agosto 2021. In termini di velocità, BepiColombo guadagnerà circa 5 km/s rispetto al Sole. Per avere un flyby di successo sono necessarie diverse manovre correttive della traiettoria (trajectory correction manoeuvers, o Tcm) eseguite nelle settimane precedenti al volo ravvicinato, a cui va aggiunta poi un’altra manovra dopo il flyby. Queste operazioni si basano sul sistema di propulsione chimica del Mercury Transfer Module, ad eccezione dell'ultima che utilizza il sistema di propulsione elettrica solare (Seps). Durante il flyby, non vengono azionati i propulsori: è la gravità a farla da padrona! Cenni sulla missione BepiColombo è la prima missione europea verso Mercurio, è la quinta missione cornerstone del programma Horizon 2000+ adottata dallo Science Programme Committee dell’Esa per il programma del Direttorato scientifico. È una delle missioni di esplorazione interplanetaria più ambiziose mai programmate dall’Esa. L’industria italiana ha collaborato alla realizzazione della missione, in particolare sono Leonardo e Thales Alenia Space (Thales-Leonardo). Quest’ultima è stata il subcontraente principale del satellite (costruito da Airbus Defence and Space in qualità di prime contractor) guidando le 35 aziende europee coinvolte e sviluppando i sistemi di telecomunicazione, controllo termico e distribuzione dell’energia elettrica, insieme all’integrazione e al testing del Mercury Planetary Orbiter (MPO), del Mercury Transfer Module (MTM) e del satellite completo sino alla conclusione della campagna di lancio. L’Agenzia spaziale italiana (Asi) ha realizzato 4 dei 16 strumenti ed esperimenti a bordo dei due orbiter, grazie al contributo della comunità scientifica italiana, tra cui i ricercatori dell’Istituto nazionale di astrofisica (Inaf) e dell’Università “La Sapienza” di Roma. A bordo del Mercury Planetary Orbiter ci sono gli esperimenti italiani ISA, SERENA e SIMBIO-SYS, mentre MORE è un esperimento effettuato sulla Terra.

GIOVEDÌ 02 APRILE 2020

Portiamo la ricerca a scuola ‣

I migliori contributi del mondo della ricerca pubblica italiana  da oggi online in un’unica piattaforma MORE...

GIOVEDÌ 26 MARZO 2020

L’Agenzia spaziale italiana promuove Start Cup Lazio 2020 ‣

Pubblicazione Bando 2020 MORE...

LUNEDÌ 23 MARZO 2020

Missione Beyond: ultimo test per Acoustic Diagnostic ‣

Ultimo test per il quarto esperimento dei sei realizzati dall’Agenzia Spaziale Italiana (ASI) per la missione dell’Agenzia Spaziale Europea (ESA) Beyond di Luca Parmitano. MORE...

MERCOLEDÌ 12 FEBBRAIO 2020

È in ‘orbita’ lo shop dell’ASI ‣

Inaugurato oggi, alla presenza del Presidente e del Direttore Generale, il corner shop all'interno della sede ASI MORE...