Da oltre vent’anni l’INRiM è coinvolto nello sviluppo del sistema di navigazione satellitare globale europeo (Global Navigation Satellite System, GNSS), chiamato Galileo.
Le procedure e gli strumenti metrologici sviluppati all’INRiM di Torino sono alla base di soluzioni tecnologiche particolarmente innovative e affidabili, impiegate con successo anche nell’ambito delle scienze dello spazio.
di Sofia Cairo
Il 4 ottobre 1957 l’URSS lanciò il primo satellite artificiale, lo Sputnik 1, segnando così l’inizio convenzionale di quella che viene definita era spaziale. Fu da quel momento in poi, infatti, che gli scienziati iniziarono a riscrivere il libro della conoscenza spaziale, aprendo la porta a un’era di esplorazione che avrebbe ridefinito il nostro rapporto con l’universo.
Ma in che modo lavorano questi scienziati? E con quali strumenti?
Alcune risposte arrivano dall’INRiM, l’Istituto Nazionale di Ricerca Metrologica di Torino, che da molti anni collabora con le agenzie e le industrie aerospaziali, sostenendo, con misurazioni accurate, lo sviluppo di satelliti, sensori, telescopi, motori spaziali, e tecnologie di stabilizzazione.
UN PUNTO DI RIFERIMENTO
La metrologia, com’è noto, è la scienza che si occupa della misurazione, e lo fa attraverso lo studio, lo sviluppo e l’applicazione di metodi e strumenti concepiti per misurare grandezze fisiche in maniera precisa e accurata, fornendo così la conoscenza necessaria per applicare tali misure alla società, all’industria e ai più avanzati settori scientifici e tecnologici.
Lo strumento più importante di cui la metrologia si avvale è il Sistema Internazionale di unità di misura (SI), che raggruppa le sette unità di misura fondamentali, definite e riconosciute a livello internazionale: il secondo, il metro, il chilogrammo, l’ampere, il kelvin, la mole e la candela. In Italia, è proprio l’INRiM di Torino ad avere il compito di stabilire e garantire le regole per le misurazioni sulla base degli standard definiti dall’SI.
Oltre a occuparsi della metrologia di base - collaborando attivamente con le aziende italiane, attraverso la fornitura di servizi di calibrazione e lo sviluppo di opportunità per il trasferimento tecnologico - l’Istituto Nazionale di Ricerca Metrologica di Torino svolge ricerche in vari settori, tra cui la scienza dei materiali, le nanoscienze, l’ottica quantistica, l’indagine sulle costanti fondamentali della fisica, e le scienze dello spazio, dove le sue capacità metrologiche trovano una valida applicazione.
Nell’ambito di un progetto di trasferimento tecnologico finanziato dell’ESA, Leonardo S.p.A. sta sviluppando un prototipo ingegnerizzato e compatto dell’orologio al rubidio (Rb) sviluppato dall’INRiM. Foto ©fornita da Leonardo S.p.A.
IL SISTEMA GALILEO
Proprio grazie alle competenze acquisite nell’ambito della metrologia del tempo e della frequenza, da oltre vent’anni l’Istituto di Torino è, per esempio, coinvolto nello sviluppo del sistema di navigazione satellitare globale europeo (Global Navigation Satellite System, GNSS) chiamato Galileo e progettato per inviare segnali radio per il posizionamento, la navigazione e la misurazione del tempo.
Interamente concepito per usi civili, Galileo è in grado di offrire un’accuratezza inferiore ai 10 centimetri nel posizionamento, trovando così impiego nei più svariati settori, dall’energia ai trasporti, dall’agricoltura alla finanza.
“In quest’ambito”, dice Salvatore Micalizio, ricercatore INRiM, “le nostre attività riguardano il monitoraggio degli orologi di bordo e il rilevamento automatizzato di eventuali anomalie; lo sviluppo di algoritmi, attualmente utilizzati nei Centri di Controllo Galileo per definire l’ora di riferimento del sistema di navigazione; e la gestione di orologi remoti basati su segnali GNSS”.
OROLOGIO AL RUBIDIO
Un altro ambito applicativo che vede l’INRiM impegnato in prima linea è lo sviluppo di orologi atomici per applicazioni spaziali. “Abbiamo sviluppato un orologio al rubidio (Rb) basato sull’interazione degli atomi con una luce laser e una microonda”, continua, infatti, Micalizio, “dove laser e microonda sono applicati agli atomi in regime impulsato. In questo modo abbiamo osservato fluttuazioni sul segnale atomico minori addirittura del nanosecondo, permettendoci così di raggiungere prestazioni superiori a quelle degli orologi al rubidio attualmente utilizzati a bordo di sistemi come Galileo o GPS”.
E proprio nell’ambito di un progetto di trasferimento tecnologico finanziato dall’Agenzia Spaziale Europea (ESA), Leonardo S.p.A. sta sviluppando un prototipo ingegnerizzato e compatto di questo orologio, che - grazie alle sue caratteristiche - si presta particolarmente a essere impiegato nelle applicazioni spaziali, come GNSS o per l’esplorazione dello spazio profondo.
Un momento dell’assemblaggio del satellite LISA-Pathfinder, a cui INRiM ha partecipato mettendo a disposizione le proprie competenze in misurazioni dimensionali, ottiche e meccaniche. Foto ©ESA-Christophe Beauregard.
UN CONTROLLO SPECIALE
Sempre nel campo delle scienze dello spazio e, in particolare, nell’ambito dell’osservazione della Terra, l’INRiM ha sviluppato dei dispositivi impiegati nelle missioni gravimetriche dedicate a monitorare la salute del nostro pianeta attraverso la misurazione di parametri specifici come il livello delle calotte polari, le correnti oceaniche, la crescita della vegetazione, lo spostamento di masse d’acqua e via dicendo.
UNA COLONNA PORTANTE
Grazie quindi all’esperienza maturata negli anni e alle sue capacità, l’INRiM è considerato oggi un importante punto di riferimento per l’industria spaziale.
La sua competenza in misurazioni dimensionali, ottiche e meccaniche ha, per esempio, giocato un ruolo chiave nello sviluppo di dispositivi cruciali per la missione LISA-Pathfinder portata avanti dall’ESA nel 2015 con l’obiettivo di testare le tecnologie necessarie per la realizzazione di un’antenna spaziale destinata alla rilevazione delle onde gravitazionali (LISA), la cui data di lancio è prevista per il 2037.
“Sempre sul fronte dei sensori per missioni spaziali”, spiegano ancora i ricercatori dell’Istituto, “l’INRiM sta sviluppando nuovi accelerometri basati su interferometri con elevatissima sensibilità, destinati a missioni scientifiche di esplorazione interplanetaria e osservazione della Terra, e sta realizzando sensori ottici di assetto per satelliti di telecomunicazione di prossima generazione”.
Un altro ambito di ricerca dell’INRiM riguarda i rivelatori superconduttivi asingolo fotone, caratterizzati dalla capacità di misurare con elevata precisione il numero di fotoni rivelati. Oltre ad applicazioni nell’ambito delle tecnologie quantistiche, questi rivelatori trovano spazio nella ricerca di esopianeti, ampliando significativamente l’orizzonte delle indagini scientifiche.
“In sinergia con le agenzie spaziali e le industrie aerospaziali”, concludono infine dall’INRiM, “il nostro istituto supporterà le missioni spaziali attraverso la caratterizzazione metrologica dei materiali per lo spazio”. ©TECN’È
“Le competenze di INRiM”, dicono nell’Istituto, “serviranno a supportare le missioni spaziali attraverso la caratterizzazione metrologica dei materiali per lo spazio”.
