Stazione spaziale internazionale, il cacciatore di antimateria torna in funzione. Il ruolo cruciale dell'Università di Perugia

Per quattro volte Luca Parmitano, astronauta italiano e attuale comandante della stazione spaziale internazionale, è uscito a 'passeggiare' nello spazio per effettuare le riparazioni. La prima il 15 novembre 2019, l'ultima il 25 gennaio. E ora è acceso. Alle 11.50 di lunedì 27 gennaio, spiegano Infn e Asi, è stato acceso 'con successo' UTTPS (Upgraded Tracker Thermal Pump system), il nuovo sistema di raffreddamento del tracciatore dell’Alpha Magnetic Spectrometer (AMS-02), il cacciatore di antimateria, che opera da maggio 2011 sulla Iss: “Dopo questo intervento, che ha comportato la più complessa attività extra-veicolare mai condotta da astronauti nella storia spaziale – spiega la nota congiunta di Infn e Asi - , AMS-02 sarà in grado di continuare a funzionare lungo tutta la vita dell’ISS, quindi fino al 2028, e magari anche oltre”.

E c'è molto dell'Università di Perugia nel cuore che permette il raffreddamento del cacciatore spaziale di antimateria. “Il successo nell’installazione e accensione dell’Uttps non è solo fondamentale per permettere il raggiungimento degli obiettivi originali per cui AMS-02 è stato costruito, ma apre nuovi orizzonti nell’esplorazione dei complessi fenomeni che avvengono nella nostra galassia e nel nostro sistema solare”, spiega la professoressa del Dipartimento di Fisica e Geologia dell'Università di Perugia e vice-responsabile della collaborazione internazionale che conduce l’esperimento, Bruna Bertucci.

“Il maggior tempo di osservazione, che si estenderà per più di un intero ciclo solare (11 anni) – sottolinea - , permetterà infatti ad AMS-02 di studiare l’influenza dell’attività solare sull’ambiente di radiazione attorno alla Terra con importanti ricadute nella comprensione dei livelli di radiazione a cui gli astronauti potranno essere esposti nell’esplorazione del nostro sistema solare. Questa è proprio una delle tematiche comprese nella collaborazione pluriennale dell’Ateneo con l’Asi su cui puntiamo molto per avvicinare le nuove generazioni dei nostri studenti alla scienza e tecnologia per lo spazio”.

AMS ha un obiettivo: intercettare e identificare con i suoi rivelatori i cosiddetti “raggi cosmici”, particelle sub-atomiche originate nella profondità della galassia e del nostro sistema solare, e tra di essi i deboli segni di antimateria, indagando così sulla natura della materia oscura e ricercando possibili residui delle origini dell’Universo.

“Quando, nel 2014, il sistema di raffreddamento del tracciatore ha iniziato a mostrare i primi segni di deterioramento è partita la progettazione del UTTPS, un apparato in grado di interfacciarsi con quello esistente e sostituirne le funzioni”, prosegue Bruna Bertucci. “In Italia abbiamo verificato che il nuovo sistema fosse adeguato per operare in orbita e, sin dalla sua fase prototipale, un’accurata campagna di test è stata progettata e condotta nei laboratori dell’INFN e dell’Università di Perugia, in collaborazione con il MIT, il Politecnico di Aachen e la NASA, per verificare la resistenza dell’UTTPS agli stress del lancio verso la ISS, e la sua funzionalità in vuoto a condizioni estreme di temperatura”. “I risultati positivi della campagna di test sono stati confermati dal successo dell’accensione di oggi dopo l’installazione in orbita”, conclude la vice-responsabile di AMS-02.

Ci sono voluti cinque anni di progettazione e realizzazione. E prima di partire per lo spazio, l’UTTPS è stato testato nei laboratori dell'Università di Perugia e Infn al polo universitario di Terni: “A partire dal 2017 - spiega Bertucci - i ricercatori di Perugia hanno studiato con il team del MIT, della NASA e del Politecnico di Aachen le procedure per assicurarsi che lo strumento in corso di sviluppo potesse resistere alle sollecitazioni meccaniche del lancio in orbita e funzionare correttamente nell’ambiente spaziale, ovvero in vuoto ed a temperature estreme, fino a -150 gradi”.

Il sistema di raffreddamento del tracciatore, prosegue Bertucci, “è stato quindi sottoposto ad una serie di prove sperimentali per verificarne la resistenza a sollecitazioni meccaniche e termiche.

La qualifica spaziale dell’Uttps è stata condotta nel corso del 2018 e del 2019 nei laboratori SERMS e CEM del polo di Terni da un team internazionale che ha visto esperti del politecnico di Aachen, del Mit (Massachusetts Institute of Technology) e della Nasa collaborare con i ricercatori dei dipartimenti di fisica e geologia e di ingegneria dell’Ateneo di Perugia, dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (Infn)”. Alla qualifica, prosegue la professoressa, “ha anche partecipato la Serms s.r.l., azienda umbra nata come spin-off dell’Università di Perugia grazie all’esperienza maturata nelle più di 9000 ore di test effettuati con la qualifica spaziale di AMS-02, durante la sua costruzione (2003-2008). Lo strumento è stato sottoposto nel laboratorio Serms a test meccanici, con vibrazioni che simulassero le fasi di lancio verso lo spazio con il razzo Cygnus NG12, a cicli termici in vuoto nel simulatore spaziale per riprodurre le condizioni di funzionamento in orbita e quindi la sua compatibilità elettromagnetica è stata misurata nel laboratorio Cem”.

Non è finita qui. La storia tra Perugia e Ams-02 va indietro di due decenni. Il team di Perugia, spiega Bertucci, “ha avuto importanti responsabilità nella progettazione, costruzione e integrazione di AMS-02, vedendo impegnati negli ultimi venti anni una trentina tra fisici ed ingegneri, coadiuvati dal personale tecnico ed amministrativo dell’Infn, del dipartimento di Fisica e Geologia e del Polo di Terni”.

Qualche esempio: “Il cuore di AMS-02, il tracciatore a microstrip di silicio che permette di separare la materia dall’anti-materia, è stato progettato, costruito ed integrato nell’esperimento sotto la responsabilità di Perugia, in stretta collaborazione con l’Università di Ginevra. E’ proprio il sistema di raffreddamento del tracciatore su cui Parmitano è intervenuto”. Non basta? “ Nei laboratori dell’Infn ed Università presso il Polo scientifico didattico di Terni, sono stati eseguite le prove di qualifica spaziale per la resistenza a vibrazioni, operazione in vuoto ed in differenti condizioni termiche dell’elettronica di AMS, della struttura meccanica del magnete e di una larga frazione dei suoi rivelatori”. E ancora: “Ricercatori, ingegneri e tecnici hanno partecipato alle fasi di integrazione dell’apparato al CERN di Ginevra e al Kennedy Space Center della NASA”. E anche: “Ricercatori e studenti dell’ateneo di perugia partecipano continuativamente al controllo dell’esperimento sulla ISS dalla sala di controllo presso il CERN di Ginevra, e all’analisi dei dati scientifici”.

Lassù, tra le stelle, sulla stazione spaziale internazionale, c'è un 'cacciatore' di antimateria che scruta l'Universo per trovare tracce della sua origine. E dentro di lui 'batte' un cuore sognato, progettato, realizzato e testato dagli scienziati dell'Università degli Studi di Perugia.