Leonardo e la NASA, un'alleanza spaziale per l’esplorazione dell’Universo

La missione OSIRIS-REx, una sonda spaziale lanciata nel 2016 verso l’asteroide Bennu per raccogliere campioni dalla sua superficie e riportarli sulla Terra, è un esempio della collaborazione tra la NASA e Leonardo. Un’impresa che ha richiesto tecnologie sofisticate, molte delle quali sviluppate da Leonardo in Italia e nel Regno Unito e che si aggiunge ai numerosi traguardi di altre missioni spaziali che Leonardo ha raggiunto insieme all’ente spaziale statunitense.

La missione OSIRIS-REx si è conclusa con successo il 24 settembre 2023, quando una capsula contenente i campioni raccolti dalla sonda si è staccata da quest’ultima durante il suo ritorno verso la Terra ed è atterrata nel deserto dello Utah. Per la NASA si è trattato del primo storico contatto con un asteroide, avvenuto nell’ottobre 2020, quando OSIRIS-REx ha toccato la superficie di Bennu per soli cinque secondi, sufficienti per raccogliere circa 250 grammi di materiale dal suolo.
 

Discesa di OSIRIS-REx verso la superficie rocciosa dell’asteroide Bennu – immagine concettuale
Crediti: NASA - Goddard/University of Arizona

Essendo gli asteroidi un residuo del processo di formazione dei pianeti, lo studio di Bennu aiuterà gli scienziati a comprendere l’origine del Sistema Solare, a studiare le risorse della superficie di questi corpi celesti – come acqua, sostanze organiche, metalli o terre rare, fondamentali per il futuro dell'esplorazione spaziale – e raccogliere informazioni utili per determinare con maggiore accuratezza la loro probabilità di collisione con la Terra. La NASA ha inoltre dichiarato che conserverà circa il 75% dei campioni raccolti per poter essere studiati dalle future generazioni con tecnologie ancora non esistenti. 

Il ruolo di Leonardo nella missione OSIRIS-REx

La tecnologia di Leonardo ha svolto un ruolo determinante in tutte le fasi cruciali della missione: la guida della sonda verso l’asteroide, il prelievo dei campioni e il rientro sulla Terra.
 

Crediti: NASA's Goddard Space Flight Center - conceptual image lab

Segui il viaggio di OSIRIS-REx

Negli stabilimenti di Southampton, nel Regno Unito, Leonardo ha realizzato e fornito all’Arizona State University il sensore infrarosso per lo spettrometro termico OTES - Thermal Emission Spectrometer, contribuendo a individuare i minerali presenti sull’asteroide, raccogliere dati termici e fornire agli scienziati elementi utili a comprendere meglio la composizione di Bennu. A Campi Bisenzio (Firenze) è stato invece realizzato il sensore d’assetto A-STR - Autonomous Star Tracker, la “bussola” che ha guidato OSIRIS-REx in tutte le fasi del viaggio.
 

Lavorazione sul sensore di assetto a Campi Bisenzio 

Nel percorso di avvicinamento, il sensore ha gestito le manovre di precisione necessarie al posizionamento accurato rispetto all’asteroide, durante la raccolta dei campioni di suolo ha garantito una posizione stabile e sicura e, infine, nella rotta verso casa, ha aiutato la sonda a modificare più volte la propria traiettoria, nel corso dei circa 2,3 miliardi di chilometri percorsi.

Dopo OSIRIS-REx, Leonardo si prepara alla prossima sfida per lo studio degli asteroidi con la missione HERA dell’ESA. Sono infatti di Leonardo i pannelli fotovoltaici che, nel 2024, accompagneranno la sonda verso l’asteroide binario Didymos e la sua luna Dimorphos, per studiare più da vicino gli effetti dell’impatto della missione DART della NASA che, nel 2022, ha compiuto con successo il primo test di deflessione di un asteroide modificandone l’orbita (anche DART è stata guidata da una bussola Leonardo).

Leonardo e la NASA, una collaborazione di lunga data

OSIRIS-REx è appena atterrata, ma molte altre missioni della NASA sono ancora in orbita o in rampa di lancio, mentre altre hanno già portato a termine il proprio lavoro. La gran parte con strumentazioni e tecnologie made in Leonardo. Alcune nascono direttamente nei laboratori di Leonardo, altre sono frutto della partnership con Thales, rispettivamente con le joint venture Telespazio (Leonardo 67% e Thales 33%) e Thales Alenia Space (Thales 67% e Leonardo 33%).

Leonardo ha realizzato i sensori d’assetto della missione JUNO della NASA che, dal 2016, studia il pianeta Giove. In questo caso, si tratta di un sensore SRU - Stellar Reference Unit la cui ottica è stata progettata ad hoc per rilevare stelle estremamente deboli durante la navigazione. Per queste sue eccezionali caratteristiche, l’SRU, oltre ad aver guidato la sonda per 2,8 miliardi di chilometri, è stato usato per la prima volta in assoluto anche come uno strumento scientifico ad alta risoluzione, per esplorare molteplici fenomeni e caratteristiche del sistema gioviano. Ad esempio, nell’autunno del 2022, JUNO ha eseguito un sorvolo ravvicinato di Europa, uno dei satelliti di Giove, e l’SRU ha catturato l’immagine a più alta risoluzione mai ottenuta del lato oscuro della luna mentre era illuminato dal bagliore di Giove.

Osservazione dei fulmini di Giove 
Crediti: NASA

In questa immagine, catturata dall’SRU della sonda JUNO della NASA, nel febbraio 2018, le frecce indicano piccoli lampi osservati sulle cime delle nuvole di Giove, mentre i riquadri ingranditi mostrano come essi appaiono nella camera scientifica a bordo della sonda. Come pubblicato in uno studio sulla rivista Nature, le immagini dei fulmini acquisite dall’SRU di Leonardo hanno dimostrato che i fulmini sono originati ad altitudini inaspettatamente elevate, dove è troppo freddo perché esista acqua liquida. È stata la capacità dell’SRU, combinata con i passaggi ravvicinati di JUNO sulle cime delle nuvole, ad aver permesso di identificare lampi fino a 33 chilometri di larghezza.

JUNO porta a bordo anche lo spettrometro JIRAM, anch’esso realizzato nello stabilimento di Campi Bisenzio con il finanziamento dell’Agenzia Spaziale Italiana (ASI) e operato sotto la responsabilità scientifica dell’Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF). JIRAM è uno degli occhi della missione e permette di acquisire simultaneamente immagini e informazioni spettrali nell'infrarosso attraverso l'uso di un doppio piano focale, consentendo di osservare a distanza ravvicinata Giove per capirne formazione, evoluzione e struttura.

Spettrometro JIRAM a bordo della sonda JUNO – immagine concettuale
Crediti: NASA/JPL-Caltech/SwRI/ASI/INAF/JIRAM 
 

Leonardo, attraverso Thales Alenia Space - con il supporto del gruppo scientifico dell’Università di Roma La Sapienza e attraverso il finanziamento dell’ASI - ha realizzato lo strumento KaT - Ka-Band Translator per effettuare esperimenti di radio-scienza da cui trarre informazioni sulla composizione interna del pianeta e sul campo gravitazionale di Giove.

Questa serie di immagini raffigura la formazione e il movimento dei cicloni al polo sud di Giove catturati dall'imager a infrarossi JIRAM della navicella spaziale JUNO. I dati sono stati raccolti durante diversi passaggi scientifici sul gigante gassoso, dal 2 febbraio 2017 al 3 novembre 2019.
Crediti: NASA/JPL-Caltech/SwRI/ASI/INAF/JIRAM

Il famoso James Webb Space Telescope per l’osservazione dello Spazio profondo può contare sulla guida delle bussole di Leonardo, avendo a bordo tre sensori di tipo stellare (Autonomous Star Tracker) e due sensori solari (Smart Sun Sensor), che supportano sia l’orientamento e mantenimento dell’assetto del satellite, sia gli strumenti per il puntamento del telescopio.
 

Il sensore d’assetto A-STR

Anche la strada della NASA verso il Sole è stata indicata con il contributo dei sensori di Leonardo, a bordo della missione Parker Solar Probe, che si è avvicinata a circa 6,16 milioni di chilometri dal Sole: circa sette volte più vicino di ogni altra sonda precedente. Mentre il primato del sensore più longevo di Leonardo spetta alla missione SOHO sempre per lo studio del Sole, in funzione nello Spazio addirittura dal 1995!
 

La sonda SOHO – immagine concettuale.
Crediti: NASA/A. Lutkus/H. Zell

La sonda della missione DAWN, lanciata nel 2007 per l’analisi dei processi che hanno portato alla formazione del Sistema Solare, ha orbitato attorno a due corpi celesti distinti nello Spazio profondo: l’asteroide Vesta e il pianeta nano Cerere, i due più grandi proto-pianeti rimasti ancora intatti sin dalla loro formazione. Anche in questo caso, uno spettrometro realizzato da Leonardo – in collaborazione con ASI e INAF – ha avuto un ruolo chiave nell’osservazione “da vicino” delle superfici del pianeta nano e dell’asteroide.

Altri occhi targati Leonardo sono quelli che hanno equipaggiato la missione Cassini, conclusa nel 2017.  Cassini è stata la prima sonda a essere entrata nell’orbita di Saturno, per lo studio del suo sistema e quello delle sue lune, in particolare Titano. Per questa missione, Leonardo ha sviluppato – sempre con ASI e INAF - la telecamera nel visibile dello spettrometro VIMS - Visible and Infrared Mapping Spectrometer. Nei primi dieci anni della missione, VIMS ha condotto oltre 250.000 osservazioni, pari a un volume di dati di 171 Gb, successivamente comparsi in 180 pubblicazioni scientifiche. Al lavoro della telecamera si è aggiunto anche quello del sensore stellare SRU - Stellar Reference Unit, usato per mantenere il puntamento di Cassini durante la sua traiettoria interplanetaria e durante la fase orbitale attorno a Saturno.
 

La sonda Cassini e Saturno – immagine concettuale
Crediti: ASI

Leonardo ha inoltre progettato e realizzato – attraverso Thales Alenia Space - l’antenna ad alto guadagno (HGA/LGA), la più complessa mai progettata per una missione interplanetaria, che ha assicurato tutti i collegamenti da e verso Terra; il radar multimodo che ha aiutato a comprendere molte particolarità morfologiche di Titano; apparati chiave per la realizzazione degli esperimenti di radio-scienza, tra i quali il Ka-translator.

I sensori di assetto di Leonardo hanno raggiunto Marte, con la missione Insight e si sono spinti alla periferia del Sistema Solare con la missione New Horizon per lo studio di Plutone e della fascia di Kuiper, percorrendo 7,5 miliardi di chilometri.

Leonardo per il futuro dell’esplorazione spaziale

Tornare sulla Luna per allungare progressivamente la permanenza degli esseri umani sul suolo del nostro satellite e, in prospettiva, stabilire una base fissa: questo è l’obiettivo della missione Artemis che utilizzerà il veicolo spaziale Orion per trasportare i futuri astronauti.

Leonardo partecipa al programma con la realizzazione – presso lo stabilimento di Nerviano (Milano) – di pannelli fotovoltaici e unità elettroniche per la distribuzione della potenza dell’EMS - European Service Module, che alimenterà la capsula Orion sulla Luna. 

L’azienda – attraverso Thales Alenia Space - svolge un ruolo di primo piano anche nello sviluppo e realizzazione dei sistemi termomeccanici dell’EMS e di diversi moduli pressurizzati per il Lunar Gateway, la futura stazione spaziale lunare, dove gli astronauti potranno vivere e condurre le loro attività.

Per consentire reale operatività e una permanenza sostenibile sulla Luna, un ultimo aspetto fondamentale sarà la digitalizzazione dell’ecosistema lunare, vale a dire la creazione di una rete di servizi di telecomunicazioni e navigazione che garantisca il costante contatto degli astronauti e dei sistemi robotici con i centri di controllo, oltre che un corretto e preciso posizionamento sulla superficie lunare.

Leonardo è protagonista nello studio di un’infrastruttura per le telecomunicazioni e navigazione lunare attraverso Telespazio, che è stata selezionata dall’ESA e guida un consorzio internazionale per la sua realizzazione. Il progetto rientra all’interno dell’iniziativa LCNS - Lunar Communications and Navigation Services del programma Moonlight e, tra i requisiti, analizzerà la possibilità di rendere il sistema interoperabile con LUNANET, l’infrastruttura che la NASA sta sviluppando per supportare il programma Artemis.
 

Leonardo – Lavorazione dei pannelli solari

Il programma Mars Sample Return, che la NASA porta avanti in collaborazione con l’ESA – Agenzia Spaziale Europea, intende riportare sulla Terra, per la prima volta nella storia, dei campioni di suolo marziano, che permetteranno di comprendere meglio il pianeta rosso. Nello stabilimento di Nerviano, Leonardo sta sviluppando il braccio robotico, lungo 2,5 metri, che dovrà recuperare le provette contenenti il terreno marziano raccolto dal rover della missione Mars 2020, per poi depositarle nel contenitore che sarà riportato sulla Terra.
 

Nella terza missione del programma Mars Sample Return, Earth Return Orbiter, che “catturerà” la capsula in orbita marziana contenente i campioni di materiale per riportarla sulla Terra, Leonardo, tramite Thales Alenia Space, fornirà il sistema di comunicazione che consentirà la trasmissione dati tra Terra, Orbiter e Marte e sarà responsabile della progettazione dell’Orbit Insertion Module.

Con la costante ricerca e lo sviluppo di tecnologie all'avanguardia, Leonardo continuerà a svolgere un ruolo di primo piano nelle future missioni, sostenendo la NASA, l’ESA, l’ASI e le altre agenzie spaziali internazionali nell'esplorazione dei misteri dell’Universo. Il futuro riserva ancora molti orizzonti da superare, in un viaggio destinato a portarci oltre i limiti della nostra immaginazione, e Leonardo sarà sempre pronta a contribuire a questo straordinario sforzo umano nell’esplorazione dello Spazio.