Ingenuity, l’elicottero drone arrivato sul Pianeta Rosso il 18 Febbraio 2021, ha compiuto da poco il ventunesimo volo, per un totale di più di 4 chilometri percorsi sopra al suolo marziano. Il progetto della NASA vede il contributo di un giovane ingegnere Italiano: Stefano Cappucci. Originario della provincia di Reggio Emilia e laureato in Ingegneria Aerospaziale al Politecnico di Torino, Stefano Cappucci da più di sei anni lavora al Jet Propulsion Laboratory, luogo dove la maggior parte delle sonde spaziali della NASA prende vita.

Oltre a Ingenuity, per cui si è occupato del sistema di controllo termico, Stefano sta lavorando a diversi altri progetti della NASA, tra cui NISAR, un radar in grado di mappare con precisione la superficie terrestre. A parlarci di tutto ciò su Astrospace.it è lo stesso Stefano Cappucci, tramite un’intervista nata dalla sua collaborazione con l’associazione spaziale del Politecnico di Milano, PoliSpace.

Qual è lo scopo e la missione di Ingenuity e che ruolo ha avuto all’interno della progettazione della missione?

Ingenuity, il Mars Helicopter, è il primo drone mai progettato per volare nella sottile atmosfera di Marte. Questa missione NASA rientra nella categoria tech-demo, ovvero un progetto che ha come obbiettivo principale quello di testare una nuova capacità tecnologica. In questo caso si trattava di dimostrare che fosse possibile ottenere un volo controllato nell’atmosfera di Marte.

La prima fase della missione è durata 30 giorni marziani ed è terminata con successo a Maggio 2021. Dopo la prima fase tech-demo e il quinto volo, NASA ha deciso di prolungare la missione Ingeunity, utilizzando l’elicottero per funzioni di ricognizione e avanscoperta. Questa fase della missione è ancora in esecuzione e ad oggi, Ingenuity è sopravvissuto sulla superficie di Marte per oltre un anno, completando con successo 19 voli. Nella missione ho avuto il ruolo di Thermal System Engineer; in sostanza mi sono occupato del sistema di controllo termico di Ingenuity che ha la funzione di mantenere tutti i componenti del sistema ad una temperatura accettabile durante ogni fase della missione.

Quali sono state le difficoltà maggiori incontrate nel design del Mars Helicopter e come sono state superate?

La missione ha avuto moltissimi passaggi critici con diverse sfide ingegneristiche. Per arrivare su Marte, Ingenuity, assieme al rover Perseverance è dovuto sopravvivere al lancio da cape canaveral, alla trasferta interplanetaria e alla fase di discesa in atmosfera marziana. Una volta sulla superficie, Il mars helicopter è stato dispiegato grazie ad un braccio robotico. Da quel momento in poi il drone ha funzionato autonomamente dal rover ad eccezione del link per la comunicazione con la Terra.

Marte si presenta con un ambiente ostile: le temperature raggiungono i meno 90 gradi centigradi durante la notte. L’avionica e le batterie all’interno della fusoliera sono dotati di piccoli riscaldatori elettrici che li proteggono dal freddo estremo. Tra le sfide più’ ardue della missione c’è appunto quella di riuscire a sopravvivere alla gelida notte marziana con la sola energia prodotta dal pannello solare e accumulata nelle batterie durante il giorno.

La sfida più’ grande è stata quella di riuscire a generare abbastanza portanza per eseguire i voli controllati. L’atmosfera su Marte è molto rarefatta – infatti ha solo l’1% della densità della nostra atmosfera sulla Terra. Siccome appunto l’atmosfera di Marte è molto meno densa, Ingenuity è stato progettato per essere leggero, con pale del rotore che sono molto più grandi e girano molto più velocemente di quanto sarebbe necessario per un drone della stessa massa sulla Terra. La campagna di test eseguita al JPL ha permesso di testare le capacità di Ingenuity in un ambiente marziano simulato ed è stata fondamentale per il successo della missione.

Con oltre venti voli compiuti e dieci mesi di permanenza sul suolo marziano, Ingenuity ha ampiamente superato il minimo obiettivo preliminare di tre voli nell’arco di un mese operativo. Vi aspettavate che superasse così tanto le aspettative?

Personalmente non mi aspettavo che sarebbe durato cosi tanto. Il 14 febbraio ha marcato un anno terreste sulla superficie. Ingenuity è stato progettato per durare 30 Sol (giorni marziani) e per volare 5 volte in totale. Siamo ben oltre le aspettative. È una cosa che succede abbastanza spesso ma forse non così spesso per missioni con un livello di rischio intrinseco più’ alto come può essere una missione tech demo. Ingenuity si sta comportando molto bene e non dà segni di problemi meccanici. Tra qualche mese entreremo nella stagione invernale su Marte e questo porterà sicuramente nuove sfide. Sarà più freddo e l’irraggiamento solare si ridurrà’ considerevolmente. Avremo meno energia disponibile per sopravvivere alle notti marziane.

Quali saranno gli sviluppi futuri del Mars Helicopter?

Il nostro obbiettivo è quello di seguire il rover Perseverance fino al delta del fiume ai bordi del cratere Jezero. Cercheremo di catturare immagini di formazioni rocciose interessanti da fornire al team del rover. Finché’ saremo in grado di operare Ingenuity cercheremo di offrire il nostro supporto a Perseverance. Inoltre ogni dato che raccogliamo da questa missione ci informa sul potenziale di una missione autonoma costituita solo da un elicottero.

Ha studiato al Politecnico di Torino, sia per la triennale che per la magistrale. Come è arrivato a lavorare al NASA JPL e quali sono le differenze principali a livello lavorativo e di innovazione che ha riscontrato tra Stati Uniti e Italia? Ha dei consigli da dare agli studenti che sognano un percorso come il suo?

La NASA è molto simile a come me l’aspettavo. Una cosa che mi ha stupito molto sono le persone che ci lavorano. Tutti sono molto intelligenti e dei massimi esperti nel loro campo. Nonostante ciò’ rimangono di un’umiltà’ disarmante e sono sempre disponibili a guidarti e a dedicarti del tempo. Negli Stati Uniti appena esci dall’università vieni riconosciuto come un professionista e vieni pagato e trattato come tale. Questo non accade in Italia. Per questo molti se ne vanno. In generale consiglio a chiunque abbia lo possibilità’ di farsi un’esperienza all’estero tramite internship o programma di scambio. A me ha aiutato a capire cosa manca nel nostro sistema italiano ma anche ad apprezzare ciò che funziona.

Durante il suo percorso universitario ha contribuito a lavorare ad un progetto CubeSat insieme all’ESA. Quanto le ha insegnato questa esperienza e quanto è stata utile per il suo percorso accademico e lavorativo?

Mentre studiavo per la laurea magistrale sono entrato a far parte di un team studentesco al Politecnico, il Cubesat Team. Si tratta di un team fondato dalla Prof. Sabrina Corpino composto da studenti, dottorandi e ricercatori del Poli. Il Cubesat team si pone come obbiettivo quello di dare l’opportunità agli studenti di lavorare su una vera e propria missione spaziale mentre portano avanti gli studi. Personalmente mi sono occupato dell’analisi termica del cubesat E-st@r II. È stata un’esperienza bellissima ed è stata proprio quella che ha suscitato interesse nel mio profilo e mi ha permesso di essere selezionato per partecipare a un programma di internship con il JPL.

Negli ultimi anni sembra diventare sempre più concreta la possibilità di espandere i confini dell’umanità oltre la Terra verso Marte, che è l’obiettivo anche di tante realtà private, prima fra tutte SpaceX. Quanto crede che siamo davvero vicini alla “conquista” di un altro pianeta? A quale domanda crede e spera di trovare una risposta attraverso l’esplorazione, per esempio, del Pianeta Rosso?

Guardando e studiando Marte stiamo cercando di imparare come il nostro pianeta si può evolvere e allo stesso tempo cerchiamo prove che confermino che non siamo soli nell’universo. Compagnie private come Space X, Blue Origin, Virgin, etc… Hanno la possibilità di avere una risk posture più aggressiva e hanno già dimostrato di riuscire a fare grandi passi tecnologici in breve tempo. Credo che questo decennio sarà’ molto eccitante per l’esplorazione spaziale considerata l’elevata competizione, il programma Artemis per il ritorno sulla Luna e la corsa verso Marte.

Tuttavia, se per conquista di Marte si intende lo sbarco sul Pianeta Rosso di una missione umana credo che siamo ancora relativamente lontani. Starship di SpaceX è solo una porzione di una missione umana verso Marte. Ci sono molti altri aspetti a cui ancora stiamo cercando soluzioni. Infine non dobbiamo mai perdere di vista il perché programmiamo una missione spaziale. Deve sempre esserci un ritorno scientifico o tecnologico. Tra i motivi di una missione umana ci sarebbe la maggiore efficienza sulla superficie rispetto a un robot e quindi la possibilità di ottenere più informazioni in minor tempo. Tuttavia una missione con equipaggio ha molte altre limitazioni che a volte non vengono evidenziate (come limiti fisici e fattori psicologici degli astronauti). Senza contare che una missione umana costerebbe l’equivalente di 40 missioni robotiche.

Guardando al futuro, quali saranno i suoi prossimi progetti all’interno del NASA JPL e su cosa verterà principalmente il suo lavoro?

Sto lavorando quasi a tempo pieno su NISAR. È una collaborazione tra la NASA e l’agenzia spaziale indiana (ISRO). Si tratta di un radar in grado di mappare tutta la superficie terrestre con una precisione fino al centimetro. Servirà a monitorare l’evoluzione dei ghiacciai, delle foreste e della crosta terrestre ma anche delle città. Tutte informazioni molto preziose per attuare piani di correzione per il cambiamento climatico o in caso di disastri naturali. Mi occupo anche di studi di fattibilità per esplorazione marziana tramite velivoli per un’eventuale missione autonoma di un elicottero costruito con la tecnologia di ingenuity ma più grande e in grado di trasportare strumenti scientifici. Un altro grande progetto sara’ Mars Sample Return. L’obbiettivo sarà quello di riportare sulla terra i campioni di terreno raccolti dal rover Perseverance. Questa sarà una delle missioni verso Marte più complesse mai tentate fino ad oggi e vedrà la collaborazione di NASA, ESA e altri giganti dell’esplorazione spaziale.

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