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Dalla Terra allo Spazio. E ritorno

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L’acqua spaziale? Esiste, e l’ha creata Thales Alenia Space. Il cibo spaziale? Ce lo serve già ora Argotec . Due aziende italiane che partendo dalla produzione per l’aereospaziale sviluppano tecnologie e prodotti innovativi da utilizzare nella vita di ogni giorno ♦ di Giulia Cimpanelli

Thales Alenia Space ha messo a punto un sistema per trasformare le acque di scarto e la condensa generate dal respiro dell’equipaggio in acque potabili. Con il progetto spaziale HEAT la società aerospaziale torinese Argotec ha ideato una soluzione in grado di prevenire la formazione di ghiaccio sull’ala degli aerei sfruttando il calore generato dal motore. Nel mondo sono sempre di più le applicazioni nate per lo Spazio ma destinate ad avere vita terrena, e molte di queste sono Made in Italy. La loro rampa di lancio si trova in alcune zone dello Stivale, primo fra tutti il torinese.

Thales Alenia Space

Thales Alenia Space è una realtà industriale di eccellenza a livello mondiale nel settore dei sistemi e delle infrastrutture spaziali: dalle sue fabbriche escono prodotti destinati alla navigazione e alle telecomunicazioni, prodotti che vengono utilizzati per la meteorologia come per il controllo ambientale e per la difesa , fino ad arrivare alle infrastrutture destinate alla Stazione Spaziale Internazionale, ISS. Un grande gruppo, che nasce da una joint venture tra Thales (67%) e Leonardo- Finmeccanica (33%), con 13 siti industriali in 7 paesi europei (Francia, Italia, Belgio, Spagna, Germania, Svizzera e Regno Unito), e che conta più di 7500 dipendenti in tutto il mondo. Nel 2016 ha conseguito ricavi per 2,1 miliardi di euro.

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La sonda Exomars

Torino lavora per la ISS

In Italia sono quattro i siti produttivi di Thales Alenia Space, e circa 2200 i dipendenti. A Roma si trova il cuore strategico della società, ed è qui che nascono i satelliti e si sviluppano antenne ed equipaggiamenti. A Torino è affidato il compito di rappresentare l’Italia sulla Stazione Spaziale Internazionale ( ISS), per la quale questo sito contribuisce alla realizzazione di oltre il 50% del volume pressurizzato. Non solo, Torino vanta una eccellenza tecnologica anche nella realizzazione dei satelliti scientifici e delle sonde destinate all’esplorazione dell’Universo. Ci sono poi l’Aquila, centro specializzato nella produzione di componentistica elettronica, e Milano, che ha un ruolo rilevante nella realizzazione di strumentazioni scientifiche per il settore spaziale.

Un punto di riferimento per le agenzie spaziali mondiali

Nel corso degli ultimi anni la società ha rafforzato la sua posizione di primo piano grazie a un grande dinamismo che ha portato all’apertura di nuovi mercati e all’acquisizione di nuovi clienti, a cominciare dalla Russia per passare al continente Americano fino al Sud Est Asiatico. La società collabora inoltre con le maggiori industrie spaziali internazionali nei programmi dei più prestigiosi enti del settore, come la NASA, l’Agenzia Spaziale Europea ( ESA), e l’Agenzia Spaziale Italiana (ASI). Thales Alenia Space ha costituito insieme a Telespazio la Space Alliance, una partnership strategica attraverso al quale offre una combinazione unica di competenze, rispondendo all’intera catena del valore, dalla manifattura alle applicazioni, in tutti i settori del mercato spaziale. Ma la destinazione finale della missione spaziale .. è sempre il pianeta Terra .

SENTINEL 1 - 019 (CREDIT IACOBUCCI)
Satellite Sentinel 1 ( Credit Iacobucci )
I satelliti a guardia della salute ambientale del pianeta

«La prima applicazione con funzione impattante sul nostro pianeta é, banalmente, il satellite – racconta l’amministratore delegato di Thales Alenia Space Donato Amoroso -. Possiamo citare quelli del programma europeo Copernicus, le note sentinelle spaziali che rappresentano una vera e propria rete di controllo orbitante dell’ambiente ». Thales Alenia Space ha un ruolo di assoluta rilevanza in questo programma :  « é responsabile in qualità di primo contraente della progettazione, sviluppo, integrazione e collaudo delle costellazioni per le missioni Sentinel 1 e Sentinel 3».

L’esempio più recente ed eclatante del loro utilizzo si è verificato con terremoto del 24 agosto 2016. «Le immagini satellitari trasmesse – continua Amoroso– sono state impiegate come supporto alle organizzazioni per gli aiuti di emergenza. Gli scienziati le hanno analizzate per monitorare i movimenti del suolo, quantificandone  gli spostamenti sia in direzione verticale che in direzione est-ovest, utilizzando anche le scansioni radar ottenute dai satelliti che hanno sorvolato l’area ».

Sentinel-1 non è stato l’unico satellite ad aver avuto un ruolo importante nei rilevamenti relativi ai terremoti. In tempi recenti gli scienziati hanno potuto fare affidamento anche sui dati forniti dai satelliti COSMO-SkyMed, il cui impiego è stato richiesto in ambito internazionale in almeno due occasioni: dal governo cinese per monitorare le conseguenze di un terremoto avvenuto in una zona impervia del nord del paese, e dal governo turco per l’azione di contenimento anti- inquinamento dopo un incidente che aveva coinvolto una petroliera nel Mar Nero.

L’impatto terrestre della ricerca spaziale

Ma torniamo con i piedi sulla Terra . Thales Alenia Space è stata una delle società che ha partecipato a Space X, il progetto il cui obiettivo era quello di studiare la possibilità di scendere su Marte, progetto realizzato attraverso la simulazione del terreno marziano e la sua navigazione in realtà virtuale. Nel corso di questa simulazione sono state messe a punto tecnologie che sono state poi calate nella vita di ogni giorno: nel campo della diagnostica medica, con simulazioni di tecniche radiografiche, ma anche nell’ambito della riabilitazione psicologica, attraverso la realizzazione di sistemi che aiutano il paziente a orientarsi in ambienti labirintici, ostili nella realtà.

La gestione delle risorse umane essenziali

Spazio e ambiente terreste sono una realtà accomunata non solo dalle opportunità di impiego delle nuove tecnologie, ma anche dai problemi di sostenibilità e gestione ottimale del ciclo vitale umano :  «Cosa significa chilometro  zero per le missioni spaziali? Vuol dire pensare un nuovo approccio alla fornitura delle risorse essenziali, un tema che ci lega ai problemi di equilibrio ecologico terrestre – queste le parole di Cesare Lobascio, Infrastructures systems innovation lead di Thales Alenia Space – . Per esempio, i nostri astronauti italiani Paolo Nespoli o Samantha Cristoforetti hanno un fabbisogno di risorse che vanno necessariamente limitate: devono consumare non più di 0,6 chili di cibo e 3,5 di acqua al giorno. Pensate che in paragone ogni persona  sul nostro pianeta usa mediamente 200 chili di acqua al giorno!».

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Interno stablimento Thales Alenia Space
L’acqua spaziale

Nello spazio non esiste il concetto di rifiuto. Per questo Thales Alenia ha realizzato con Smat, la Società Metropolitana Acque di Torino, l’acqua spaziale: una speciale realizzazione di acqua potabile per rifornire la stazione spaziale, che viene preparata con una procedura e composizione diversa a seconda della nazionalità degli equipaggi che la utilizzano. I russi, per esempio, vogliono un’acqua mineralizzata e disinfettata con l’argento.

E’ a Torino che si è imparato a disinfettare e rendere potabile questo prodotto per mesi. Ora però questo non è più sufficiente, ed è arrivata anche nello spazio la necessità di  una drastica diminuzione consumi, passando da uno stoccaggio delle risorse alla rigenerazione di aria e acqua attraverso metodi fisico-chimici. Thales Alenia Space ha messo a punto un sistema per trasformare le acque di scarto e la condensa generate dal respiro dell’equipaggio in acque potabili. A questo scopo è anche finalizzato lo sviluppo della coltivazione di risorse vegetali in orbita.

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Veduta notturna della Terra dalla Stazione Spaziale

Argotec

Se per Thales Alenia le ricadute di utilizzo terrestre dei prodotti messi a punto per lo spazio sono un auspicabile effetto collaterale, Argotec invece ha posto nell’impatto terrestre delle sue scoperte la leva del suo successo. A differenza delle grandi aziende che lavorano in modo settoriale sullo Spazio, l’unità di R&D di Argotec ha lo scopo primario di studiare brevetti che generano tecnologia utile alla vita quotidiana. Ne è un esempio HEAT.

Una pompa di calore “spaziale”

Del progetto HEAT (Heat Exchanging Passive Technology) Argotec è stata capofila. Gli altri partner sono stati : Leonardo (ex Alenia Aermacchi), Università di Torino, Politecnico di Torino, Meccanica Giovanni Grasso. Dopo 19 mesi di lavoro sono stati realizzati due prototipi di sistemi di controllo termico per il settore aerospaziale basati sulla tecnologia delle Loop Heat Pipe. Per quello che riguarda il campo aeronautico, le attività di ricerca e di sviluppo hanno condotto ad un’innovativa soluzione in grado di prevenire la formazione di ghiaccio sul bordo d’attacco dell’ala.

L’aria calda dei reattori viene convogliata sull’ala: sfruttando il calore generato dal motore senza dispendio energetico ulteriore, come il consumo di energia elettrica, viene ottenuto il risultato desiderato. Nel settore spaziale invece è stato sviluppato un sistema di controllo termico per trasferire il calore prodotto dall’apparecchiatura elettronica ad un radiatore esterno che irradia verso lo spazio profondo.

… che funziona al meglio anche sulla Terra

Le applicazioni dei dispositivi termici sviluppati nel corso del progetto HEAT hanno delle immediate ricadute anche per applicazioni in ambito terrestre: riguardano ad esempio il raffreddamento di stampi industriali, l’efficientemento energetico e il riscaldamento domestico. In particolare, i sistemi messi a punto potrebbero essere adottati per il condizionamento di ambienti domestici con il trasferimento del calore dalla sorgente (caldaia, concentratore solare) verso l’ambiente da scaldare.

Il nuovo metodo di trasporto per le applicazioni domestiche risulterebbe più efficiente di quelli attualmente esistenti. L’utilizzo del cambio di fase di un fluido in luogo del suo semplice riscaldamento permetterà, a parità di altre condizioni, come ad esempio il tipo di fluido impiegato e la dimensione dell’impianto di riscaldamento domestico, il trasporto di una quantità maggiore di calore e quindi un risparmio energetico.

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Attività di training Argotec
L’addestramento degli astronauti

Argotec, una azienda ingegneristica aerospaziale tutta italiana, è nata nel 2008, e conta oggi oltre 30 dipendenti: «Il nostro punto di forza – commenta il fondatore David Avino – è fare tutto internamente: dall’idea, alle fasi di test, al lancio dei prodotti. Abbiamo in casa anche un centro di controllo collegato direttamente con la NASA ». Fin dai primi anni di attività, il training e la ricerca hanno ricoperto un ruolo importante all’interno dell’azienda.

Gli istruttori di Argotec, certificati dalla NASA, addestrano gli astronauti europei presso l’European Astronaut Centre (EAC) di Colonia e formano anche il personale di terra. Dal know how sviluppato attraverso le attività per lo spazio, Argotec ha diversificato il proprio operato e ha deciso di dedicarsi, tra le altre cose, anche alla produzione del cibo per gli astronauti.

Tutto questo senza perdere di vista l’obiettivo : quello di lavorare a scoperte “spaziali” che possano avere ricadute “a terra”:  «Il cibo per astronauti brevettato per Samantha Cristoforetti, ora in commercio, rappresenta il caso esemplare. – dice Avino- così come ARTE, progetto dedicato al trasferimento di calore volto a testare una nuova tipologia di heat pipe (dispositivi con un fluido che permette di trasferire calore per mezzo della sua evaporazione e condensazione) in microgravità ».

Il cibo per i “terrestri”: spaziale!

Nel 2010, l’azienda torinese è stata scelta dall’Agenzia Spaziale Europea (ESA) come responsabile dello sviluppo e della fornitura dello space food per gli astronauti europei sulla Stazione Spaziale Internazionale. Per affrontare questa ambiziosa sfida tecnologica, Argotec ha sviluppato autonomamente lo Space Food Lab, una nuova area di ricerca per lo studio sulla nutrizione degli astronauti.

Dalle attività di ricerca e sviluppo Argotec sono nati i prodotti a marchio ReadyToLunch, alimenti volti non solo al consumo spaziale ma a quello terrestre. «Tutte le attività di Argotec hanno da sempre come fine ultimo il ritorno a Terra. – ribadisce Avino.- Tutte le nostre ricerche e i nostri prodotti sono volti a definire brevetti e know how che possano avere un impatto reale nella vita quotidiana di ognuno di noi.

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Caffè spaziale per l’astronauta dell’ESA Samantha Cristoforetti
Il menù della Stazione Spaziale

La commercializzazione con il marchio ReadyToLunch , cominciata due anni fa, discende da una considerazione . « Ci siamo resi conto che questi prodotti, essendo completi da un punto di vista nutrizionale, molto pratici e gustosi, si sposavano alla perfezione con le esigenze “terrestri” di chi pratica sport estremi o di chi conduce una vista frenetica che non gli consente di avere molto tempo da dedicare alla cucina ».

In questo ambito le ultime realizzazioni di Argotech riguardano alcuni tra i prodotti che comporranno il bonus food per la nuova missione spaziale dell’ astronauta italiano dell’ Esa Paolo Nespoli. Ci sarà una lasagna tradizionale, e poi due piatti unici: il riso integrale con pollo e verdure e l’ormai celebre insalata di quinoa con sgombro e verdure, il piatto preferito dall’astronauta Samantha Cristoforetti . E ci sarà nuovamente anche il caffè a fine pasto, l’ ISSpresso. La macchina per farlo, già utilizzata per la missione Futura è stata realizzata da Argotec e Lavazza in partnership pubblico-privata con l’Agenzia Spaziale Italiana (ASI) e ha richiesto l’impegno di un team internazionale di ingegneri con un’età media di circa 27 anni per un periodo di 18 mesi di lavoro.

L’esperimento, condotto un anno fa sulla Stazione Spaziale Internazionale, non solo ha permesso la produzione di un ottimo caffè espresso in orbita, ma ha condotto anche alla concessione di due brevetti che potranno essere utilizzati sulla Terra. Grazie a questi brevetti potremo produrre macchine del caffè in grado di diminuire, se non annullare totalmente, lo spreco dell’acqua e migliorare il processo di pulizia interno alle stesse.

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Laboratorio Elettronico Argotec

ARTE

Un altro esempio concreto di applicazione finalizzata ad esigenze terrene è l’esperimento ARTE (Advanced Research for passive Thermal Exchange), condotto con successo a bordo della Stazione Spaziale Internazionale. ARTE è un dimostratore tecnologico di heat pipe progettato e realizzato da Argotec con il coordinamento dell’Agenzia Spaziale Italiana (ASI) nell’ambito del bando “Volo Umano Spaziale per Ricerche e Dimostrazioni Tecnologiche sulla ISS”.

Il giovane team di Argotec è stato in grado di ideare, progettare e produrre questo innovativo esperimento in 15 mesi. Uno dei principali obiettivi di questo progetto è validare il funzionamento di sistemi di scambio di calore (heat pipe) che possono essere utilizzati nei moduli spaziali abitati dagli astronauti. Per poi utilizzarli  non solo nelle  “case spaziali”,  ma anche in quelle terrestri.

«I sistemi di scambio termico realizzati possono trovare largo impiego in applicazioni terrestri in ambito sia industriale sia domestico – specifica l’amministratore delegato di Argotec -. Possono contribuire a migliorare l’efficienza energetica di sistemi usati per il riscaldamento domestico (caldaie, collettori solari) e a potenziare i sistemi di raffreddamento degli apparecchi elettronici (sistemi robotici, computer, sistemi ottici, veicoli elettrici) dissipando in modo più efficiente il calore generato durante il funzionamento.

Questo payload  carico utile, è una definizione che indica apparecchiature non immediatamente finalizzate al funzionamento della Stazione Spaziale,portate a bordo per esperimenti, o anche satelliti ndr.) sarà utilizzato anche dall’astronauta Paolo Nespoli sulla durante la sua prossima missione, a fine maggio di quest’anno. L’astronauta italiano eseguirà dei test per raccogliere ulteriori dati sul funzionamento di ARTE e confermare quelli già ottenuti .

Il nano-satellite selezionato dalla Nasa

L’azienda ha ora ampliato il proprio campo di attività con la creazione di una nuova unità produttiva dedicata alla progettazione e realizzazione di satelliti di piccole dimensioni (meno di 50Kg). ArgoMoon è l’unico satellite Europeo selezionato dalla Nasa per prendere parte all’EM-1 (Exploration Mission 1), e il cui lancio è previsto per il 2018. Si tratta di un nano-satellite, che scatterà immagini della missione e testerà dei nuovi sistemi di comunicazione e che sarà interamente progettato, sviluppato, integrato e qualificato da Argotec.

 «L’impiego dei nano-satelliti – spiega ancora Avino – è aumentato in modo considerevole negli ultimi anni, grazie alle dimensioni ridotte, alla velocità di realizzazione e ai costi contenuti. La sfida dei nostri ingegneri sarà quella di ricercare e confinare in un volume ridotto soluzioni tecnologiche “italiane” che dovranno essere altamente affidabili per una missione nel deep space«.

Il drone del futuro

I nano-satelliti CubeSat sono di fatto i droni del futuro e Argotec sarà la prima a testarne uno nelle condizioni estreme dell’orbita lunare, a più di 300 mila chilometri dalla Terra. Lo sviluppo del nano-satellite consentirà di mettere a punto un software ed un sistema di navigazione autonoma basato su immagini ad alta risoluzione che permetteranno al nano satellite di orbitare in prossimità del modulo di lancio Orion (ICPS) di EM-1.

I risultati di questa missione permetteranno di valutare nuove soluzioni tecnologiche per l’utilizzo dei nano-satelliti in future esplorazioni (anche su Marte). Ma anche qui, il loro destino resterà legato allla Terra. Infatti è possibile che il nano-satellite drone del futuro, che avrà costi ridotti, con la sua capacità di migliorare l’osservazione terrestre dall’ alto avrà estese possibilità di impiego   ausiliario nelle attività agricole, e in generale per facilitare la gestione ambientale del territorio.

Con piccolissimi satelliti, grandi quanto una scatola di scarpe, si potrà superare la distanze operativa propria di un drone standard e quindi essere in grado di effettuare un monitoraggio preciso e in real-time di dissesti idrogeologici, di controllare il rischio connesso alle valanghe e, in un campo specificamente agricolo, controllare ad esempio la propagazione di agenti infestanti. Senza dimenticare che possono essere utilizzati per migliorare le previsioni metereologiche rendendole più precise e attendibili limitatamente ad aree circoscritte .

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