Premio Italiano Meccatronica

Tecnologie di precisione alla ricerca delle onde gravitazionali

Ohb Italia, che fornisce i sensori Grs al progetto Lisa, cura la messa a punto dei meccanismi di rilascio grazie al lavoro di un dottorando di Trento

di Riccardo Oldani

3' di lettura

Tra i progetti selezionati per il Premio Italiano Meccatronica, quello di Davide Vignotto, dottorando dell'Università di Trento, riguarda un aspetto molto particolare di uno dei più ambiziosi progetti spaziali del futuro. Si tratta di Lisa (Laser Interferometer Space Antenna), osservatorio spaziale per rilevare le onde gravitazionali progettato da Esa e Nasa con la collaborazione di agenzie spaziali nazionali, tra cui anche l'italiana Asi.

Nella sua configurazione completa, l'osservatorio Lisa sarà composto da tre satelliti artificiali, il cui lancio al momento è previsto nel 2034 ma che potrebbe subire ritardi anche a causa del Covid-19.

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Le tre piccole navicelle seguiranno la Terra nella sua orbita intorno al Sole a una distanza di decine di milioni di chilometri, centinaia di volte superiore a quella che separa il nostro pianeta dalla Luna. Mantenendosi equidistanti tra loro lavoreranno insieme per rilevare le onde gravitazionali generate da fenomeni particolari avvenuti nell'universo, come, per esempio, la fusione tra buchi neri supermassivi.

Davide Vignotto

Eventi simili, spiega la Nasa sul suo sito, sono capaci di distorcere lo spaziotempo, generando onde, le onde gravitazionali appunto, con un effetto simile, per certi versi, a quello che avviene quando lanciamo una pietra in uno stagno e la sua superficie si increspa.

Queste “increspature” dello spazio possono far sì che delle masse, contenute nei satelliti di Lisa si spostino leggermente l'una rispetto all'altra e rispetto al satellite ospitante, modificando in modo infinitesimale le loro distanze relative. Queste distanze sono continuamente monitarate da un segnale di luce laser che i tre satelliti si scambiano tra di loro.

Eventuali variazioni di questo segnale indicheranno, pertanto, il “passaggio” di un'onda gravitazionale.Il principio di Lisa quindi è abbastanza semplice da capire, ma metterlo in pratica nello spazio, a una grande distanza dalla Terra che impedisce interventi correttivi in tempo reale, è tutt'altra cosa.

Proprio per questo motivo, per testare i concetti e le tecnologie di Lisa, nel 2015 gli stessi partecipanti al progetto hanno effettuato una missione di prova, costituita da un unico satellite, Lisa Pathfinder, posto in orbita tra la Terra e il Sole a 1,5 milioni di chilometri dal nostro pianeta.

Nell'occasione quasi tutto ha funzionato a meraviglia, tranne un particolare riguardante uno dei cuori tecnologici di Lisa, i Grs, sensori di riferimento gravitazionali.

Il lavoro di Davide Vignotto, condotto in collaborazione con Ohb Italia, l'azienda che ha progettato e realizzato i Grs, è stato proprio di indagare le cause delle anomalie riscontrate durante la missione di Lisa Pathfinder.

In particolare, il cuore di ciascun Grs è costituito da una massa di prova, un cubo di quasi 2 kg realizzato in una lega di oro e platino, alloggiato all'interno di una sorta di scatola metallica rivestita di elettrodi che ne misurano costantemente e con precisione infinitesimale la posizione.

Nello spazio, le masse di prova sono tenute in volo libero, cioè senza alcun contatto con la scatola esterna. Ma nelle fasi di lancio e di manovra sono fissate alla struttura da un meccanismo di rilascio, denominato Gprm (Grabbing Positioning and Release Mechanism) composto da una serie di elementi che bloccano i movimenti delle masse di prova in tutte le direzioni.

Quando il satellite giunge nella posizione voluta questi elementi sono concepiti e realizzati in modo da interrompere in perfetta simultaneità ogni contatto fisico con la massa di prova, in modo da non imprimerle alcuna spinta o movimento una volta che viene rilasciata.

Durante la missione di Lisa Pathfinder, però, gli strumenti hanno riscontrato accelerazioni, seppur minime, delle masse di prova durante lo sblocco del meccanismo di rilascio. Nei suoi test all'Università di Trento, che hanno riprodotto nel dettaglio quanto già osservato in occasione della missione di Lisa Pathfinder, Vignotto ha cercato le cause di questo effetto non voluto e le ha individuate in un comportamento anomalo del Gprm, e in particolare di un suo elemento, che produrrebbe un minimo ma rilevante contatto con la massa di prova nel momento del suo rilascio.

In seguito all'analisi, Esa e Asi hanno deciso di assegnare a Ohb Italia lo sviluppo tecnologico dei meccanismi di rilascio, in precedenza costruiti per la missione Lisa Pathfinder da un'altra azienda, oltre a confermare la realizzazione dei nuovi sensori gravitazionali Grs che equipaggeranno i satelliti di Lisa.

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