POLITECNICO
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<strong>POLITECNICO</strong><br />
RIVISTA DEL <strong>POLITECNICO</strong> DI MILANO<br />
Numero 2<br />
Direttore responsabile<br />
Adriano De Maio<br />
Comitato scientifico<br />
e di redazione<br />
Adriano De Maio<br />
Rettore del Politeciiico<br />
Maria Cristina Treu<br />
Piarettore Vicario<br />
Giampio Bracchi<br />
Prorettore Delegcito<br />
Maria Licia Zuzzaro<br />
Progetto grafico<br />
Paola Polaslri<br />
Redazione e realizzazione<br />
l'Arca Edizioni<br />
via Valca\w 6<br />
Tel. (02) 325246<br />
Fax (02) 325481<br />
20155 Milano<br />
arca@tin.it<br />
iww.arcadata.it<br />
Direttore editoriale<br />
Cesare Maria Casati<br />
Editing<br />
Elena Cardani<br />
Fotolito<br />
Litofilms Italia, Berganio<br />
Stampa<br />
Poligrafiche Bolis, Berganio<br />
3 Relazione del Magnifico Rettore<br />
Adriano De Maio<br />
2 1 Iniiovazione e competitivita<br />
Giuseppe Tognon<br />
23 Quale lo scopo dell'università?<br />
Nicola Signorelli<br />
24 La modellistica matematica:<br />
una sintesi tra teoremi e mondo reale<br />
Alfio Quarteroni<br />
3 1 Convegno internazionale EVENTI]<br />
Humaii Motor Performance in microgravità<br />
Milano, luglio 1999<br />
Registrata presso<br />
il Tribunale di Milano<br />
con il n. 813 del 13/1111987<br />
Questa edizione é stata<br />
realizzata con il contributo di:<br />
Mapei e della Fondazione Cariplo<br />
che ha partecipato<br />
anche alla realizzazione<br />
del numero 1.
'<br />
<strong>POLITECNICO</strong><br />
Consiglio di amminis;~ -ione<br />
8- kkfwno O e,m Prorettore Vicario: Prof. Maria Cristina Treu<br />
PLms &.W@, 92 241% MRma Prorettore Delegato: Prof. Giampio Bracchi<br />
WL p2m'I - b ixw%!w- Dlrettore ~mmi&trativo: Dr. Piero Zanello<br />
kpSYwwwa@Inilk<br />
del Polii~~,,ico di Milano quadriennio 199612000<br />
Prof Adriano De Maio (Presidente) - Profssa Maria Cristina Treu (Prorettore Vicario) - Dott. Piero Zanello (Direttore Amministrativo) - Ing. Vico<br />
Valassi (Rappresentante del Governo) - Dott. Antonio Caso (Delegato del Direttore Regionale delle Entrate per la Lombardia) - Dott. Piero<br />
Bassetti (Esperto Designato dalla Unioncamere della Lombardia) - Pro[ Giulio Ballio (Professore di niolo) - Profssa Adriana Baglioni (Professore di<br />
molo) - Prof Giancesare Belli (Professore di ruolo) - Prof. Bmno Mazza (Professore di ruolo) - Ing. Fabrizio Pizzutilo (Ricercatore Confermato) -<br />
Geom. Vittorio Luise (Rappresentante del Personale Tecnico-Amministrativo) - Sig. Simone Radovan (Rappresentante degli studenti) - Sig. Andrea<br />
Roscetti (Rappresentante degli studenti) - Sig. Andrea Uccelli (Rappresentante degli studenti)<br />
Composizione del Senato Accademico quadriennio 199812002<br />
Prof. Adriano De Maio (Rettore del Politecnico) - Profssa Maria Cristina Treu (Prorettore Vicario) - Prof. Osvaldo De Donato (Preside della Facoltà<br />
di Ingegneria Milano Leonardo) - Prof. Cesare Stevan (Preside della Facoltà di Architettura Milano Leonardo) - Prof Pieriuigi Della Vigna (Preside<br />
della Facoltà di Ingegneria Como) - Prof. Michele Gasparetto (Preside della Facoità di Ingegneria Lecco) - Prof. Luigi Puccinelli (Preside della Facoità<br />
di Ingegneria Milano Bovisa) - Prof. Antonio Acuto (Preside della Facoltà di Architettura Milano Bovisa) - Dr. Piero Zanello (Direttore<br />
Amministrativo) - Prof. Claudio Molinari (Rappresentante dei Professori di Ruolo della prima Area) - Pro[ Marco Deni Bardeschi (Rappresentante<br />
dei Professori di Ruolo della seconda Area) - Prof Giuseppe Turchini (Rappresentante dei Professori di Ruolo della terza Area) - Prof. Giorgio<br />
Diana (Rappresentante dei Professori di Ruolo della quarta Area) - Prof. Giuseppe Allegra (Rappresentante dei Professori di Ruolo della quinta<br />
Area) - Prof. Rinaldo Cubeddu (Rappresentante dei Professori di Ruolo della sesta Area) - Prof. Carlo Gheni (Rappresentante dei Professori di<br />
Ruolo della settima Area) - Prof. Amando Brandolese (Rappresentante dei Professori di Ruolo della ottava Area) - Ing. Marco E. Ricotti e Ing.<br />
Alessandro Gandelli (Rappresentanti dei Ricercatori) - Sig. Filippo Manzone e Sig. Michele Fachin (Rappresentanti del Personale Tecnico-<br />
Amministrativo) - Nicola Signorelli e Daniele Fabrizio Bignami (Rappresentanti degli Studenti)<br />
Senato Accademico integrato<br />
Prof Sergio Cova e Profssa Matilde Baffa (Rappresentanti dei Professori di Ruolo) - Arch. Gennaro Postigliene e Ing. Luigi Zanzi (Rappresentanti dei<br />
Ricercatori) - Giulio Padovani e Edoardo Bianchi Carnevale (Rappresentanti degli Studenti)<br />
-<br />
I<br />
MILANO - LEONARDO<br />
FACOLTÀ DI ARCHITETTURA<br />
Via Bonardi 3, Milano<br />
tel. 02.239926 15 - fax 02.2399261 O tel. 02.23992500 - fax 02.23992502<br />
Preside Professor Cesare Stevan<br />
Preside Professor Osvaldo De Donato<br />
v<br />
SEDE DISTACCATA: MANTOVA<br />
SEDE<br />
FACOLTÀ DI INGEGNERIA<br />
via La Masa 34, 20 156 Milano<br />
tel. 02.23998007 - fax 02.23998099<br />
Preside Professor Luigi Puccinelli<br />
SEDE DISTACCATA: PIACENZA<br />
DISTACCATA: CREMONA<br />
,-.+.v-.i<br />
C , . MILANO - BmS.A MILANO - BOVISA<br />
Preside Professor Antonio Acuto<br />
FACOLTÀ DI INGEGNERIA<br />
Presidenza piazzale Gerbetto, 6 - 22 1 00 Corno<br />
corso Matteotti 3 - 22053 Lecco<br />
tel. 02.23997305 - fax 02.2399732 1 tel. 0341.361706 - fax 0341.286159<br />
Segreteria via Castelnuovo 7, 22 100 Corno<br />
tel. 02.23997401 - fax 02.23997321<br />
1Preside Professor Michele Gasparetto<br />
Preside Professor Pierluigi Della Vigna
Relazione del Magnifico Rettore<br />
ADRIANO DE MAIO<br />
Renore del Politecnico di Milono<br />
1. Il bilancio<br />
2. La didattica<br />
3. La ricerca<br />
4. 1 servizi verso l'esterno<br />
5. I1 personale<br />
6. I1 modello organizzativo<br />
7. Gli spazi<br />
8. I1 ruolo nella società<br />
9. Competitività e alleanze<br />
I<br />
llustre signor Sottosegretario al Ministero<br />
dell'università e della Ricerca Scientifica e<br />
Tecnologica, Magnifici Rettori, autorità civili,<br />
militari e religiose, colleghi, personale tecnicoamministrativo,<br />
studenti, signore e signori.<br />
L'ampia conferma avuta qualche mese fa del<br />
mandato per un altro quadriennio mi ha fatto ritenere<br />
che fosse preferibile svolgere una relazione<br />
non già di conclusione ma di apertura, guardando<br />
cioè il prossimo quadriennio e non quello appena<br />
concluso. La fiducia espressa dagli elettori nella<br />
squadra che ho il privilegio, l'onore e il piacere<br />
di coordinare può essere interpretata come un<br />
giudizio positivo espresso su quanto fatto finora,<br />
ma anche come una attesa della realizzazione<br />
concreta di una parte significativa della nostra<br />
strategia: di espansione, di rafforzamento e di più<br />
ampio ed efficace inserimento nel contesto produttivo<br />
e sociale, di decentramento territoriale, di<br />
internazionalizzazione, di miglioramento ulteriore<br />
nella qualità didattica e scientifica, di aumento<br />
di reputazione e di visibilità in Italia e nel mondo,<br />
di benefici economici al personale meritevole,<br />
di estensione della provenienza territoriale e<br />
di eliminazione delle barriere di censo per gli studenti,<br />
selezionati solo in base alla loro qualità, di<br />
aumento degli standard di servizi complementari<br />
con l'obiettivo di portarli a un livello confrontabile<br />
con la media europea.<br />
Per questo, prima di dare inizio alla relazione,<br />
voglio fare un appello. L'appello è innanzitutto<br />
rivolto all'iiitei-no: la "squadra" di governo si è<br />
inolto rafforzata in questi ultimi tempi. Tutto<br />
quello che è stato fatto non sarebbe stato possibile<br />
senza la dedizione e il sacrificio di molti colleghi<br />
e di molti collaboratori del personale tecnicoamininistrativo.<br />
Dedizione e sacrificio non sono<br />
in questo caso parole vuote né rituali: corrispondono<br />
alla realtà.<br />
Sono stati sacrificati da molti interessi di lavoro,<br />
didattici e scientifici per esempio, economici,<br />
perfino famigliari. Li ringrazio tutti io a nome del<br />
Politecnico. L'appello è rivolto innanzitutto a<br />
loro: che resistano ancora, che si creino loro stessi<br />
i ricambi perché abbiamo bisogno d'una nuova<br />
e giovane classe dirigente dell'Ateneo. Se la strategia<br />
è giusta, come riteniamo, i benefici più consistenti<br />
ricadranno sulla prossima generazione.
-<br />
Bilancio: principali entrate (al netto delle enirate pr<br />
I'edillzta)<br />
m--<br />
n<br />
-. -<br />
Figure l e 2<br />
mm--<br />
1s- .-<br />
I -<br />
dsBhmM8Ln<br />
19% 13% lS97<br />
Nelle Figure 1 e 2 sono rappresentati gli andamenti,<br />
negli ultimi anni, rispettivamente delle<br />
~iismdo: princlpall uscite (al netto dd~e<br />
LISCIE per I'edHlzia)<br />
entrate e delle uscite. Da un breve esame si può<br />
.wm<br />
notare innanzitutto come il FFO (Fondo di<br />
Funzionamento Ordinario) assegnato dal<br />
P-<br />
Enm - Ministero abbia registrato un aumento che, vista<br />
-<br />
l'attuale situazione e tendenza dell'inflazione,<br />
può essere considerato rilevante. Questo potrebbe<br />
.m7m-s-<br />
indurci a gioire e in effetti siamo soddisfatti del<br />
mr-eummrrr<br />
segnale, in quanto dimostra un'inversione di tendenza<br />
rispetto alla storia precedente, ma se pastmm<br />
- - siamo dalla tendenza ai valori assoluti, allora la<br />
soddisfazione si riduce di molto e, anzi, ad un<br />
=W . - esame più accurato, si tramuta in profonda insoddisfazione.<br />
Per capirne il motivo basta osservare<br />
19% 1-1<br />
l dalhmEmdUa<br />
quanto riportato in Figura 3.<br />
Dopo tanto pensare, tante discussioni, tante ten-<br />
O4<br />
sioni nel mondo universitario, alla fine il risultato<br />
è quasi invisibile. Allora appare chiaro quanto<br />
È giusto che sia così, anche perché l'universith è, più volte affermato dalla Conferenza dei Rettori<br />
per sua vocazione, rivolta al futuro, a innovare, a e, sembra, condiviso dal nostro Ministero. O si<br />
migliorare e perché noi godiamo di quanto hanno procede, rapidamente, con risorse aggiuntive in<br />
saputo fare le generazioni precedenti. E allora quantità apprezzabili, o il "riequilibrio" rimarrà<br />
che le nuove generazioni comincino a prepararsi. solo una pia illusione. Ma questo è ancora insuf-<br />
Un appello infine agli studenti perché tengano ficiente perché non pare che sia stata capita ( o<br />
conto degli sforzi, si collochino in una posizione voluta capire) fino in fondo la situazione. Poichk<br />
di critica costruttiva e di proposta, tenendo conto lo squilibrio nella ripartizione di risorse non è<br />
anche loro che non B possibile fare tutto subito e avvenuto negli ultimi anni, anzi, ha radici<br />
che è facile distruggere ma t da adulti saper profonde nella storia, bisogna necessariamente<br />
costruire; siamo consapevoli che quello che fac- considerare lo "squilibrio accumulato". Quando<br />
ciamo, i sacrifici che anche a essi chiediamo, verrà finalmente raggiunta la cosiddetta "ripartil'impegno<br />
notevole che esigiamo è rivolto a loro, zione equilibrata", questo significherà soltanto<br />
perché siano professionisti di alto livello e ai loro che noli verrà più aumentato lo "squilibrio accusuccessori;<br />
tengano conto che anche dei loro suc- mulato" che fino a quel momento, al contrario,<br />
cessori ci dobbiamo sempre occupare. Agli altri ogni anno continuerà ad aumentare. Quindi,<br />
attori - forze politiche, economiche, sociali, cul- anche quest'anno, aumenterà lo squilibrio fra le<br />
turali - Ikppello verrà rivolto alla fine di questa diverse Università e diminuirà semplicemente<br />
relazione. A tutti un grazie per la partecipazione. l'entità dell'aumento della forbice. I1 tutto, ripetiamo,<br />
senza nessun sistema di valutazione dei<br />
1. Il bilancio risultati. Siamo peraltro in buona compagnia se<br />
Per poter realizzare progetti, per mettere in prati- consideriamo la maggior parte delle università<br />
ca disegni strategici, ma anche semplicemente statali in Lombardia ma questo non ci rallegra<br />
per gestire il corrente e per migliorare le presta- affitto, anzi vieppiù ci intristisee. Richiediamo<br />
zioni e i servizi occorrono risorse. Per questo la pertanto al Governo, e al Parlamento, non tanto<br />
relazione prenderà I'awio dal bilancio, in quanto al Ministro deil'universith che più volte ha avuto<br />
le risorse monetarie sono quelle più fiingibili e, occasione di ribadire il suo appoggio a tale proquindi,<br />
pongono meno vincoli, per passare poi posta, che venga stanziata per i prossimi ami una<br />
alle altre risorse e ai progetti e alle strategie. cifra consistente per tentare di azzerare o comun-<br />
im - -E1
que ridurre lo svantaggio e l'ineguaglianza accumulata<br />
per un certo numero di anni, da concordarsi.<br />
La storia non può essere cancellata.<br />
Soltanto due esempi. La politica adottata dal<br />
Ministero sul "cofinanziamento" è assolutamente<br />
e totalmente condivisibile, a tal punto che da noi<br />
è stata seguita come regola generale anche per la<br />
ripartizione al nostro interno delle risorse. Noi<br />
vediamo il cofinanziamento non solo come una<br />
riduzione di impegno finanziario dell'ente o<br />
organismo erogatore - il Ministero nei confronti<br />
delle singole università o l'Atene0 nei confronti<br />
dei singoli dipartimenti - quanto, soprattutto,<br />
come meccanismo che aumenta l'attenzione nell'assumersi<br />
impegni e la respoiisabilizzazione del<br />
proponentelrichiedente. Ma, se la situazione di<br />
partenza è fortemente squilibrata senza "colpa"<br />
specifica, allora di questo bisogna tener conto.<br />
Altrimenti perché gli interventi, giusti, di sostegno<br />
alle attività, anche universitarie, nelle aree<br />
depresse? Per esempio la percentuale di cofinanziamento,<br />
per tutti gli interventi cofinanziati,<br />
potrebbe variare a seconda dello squilibrio.<br />
Un secondo esempio riguarda le "incentivazioni<br />
di risultato". Nella formula recentemente proposta<br />
di distribuzione delle risorse aggiuntive, una<br />
parte riguarda il riequilibrio e l'altra un "prenlio"<br />
legato al raggiungimento di risultati. A parte il<br />
fatto che è dubbio che alcuni parametri siano<br />
buoni indicatori dei risultati - per esenipio premiare<br />
quanto è stato autonomamente destinato,<br />
da ciascun ateneo, alla ricerca non è detto che sia<br />
correlato alla qualità della ricerca stessa - il problema<br />
è che qtiasi tutti sono fortemente iafluenzati<br />
dalle risorse totali disponibili, cioè da quanto<br />
si è potuto acciimulare nel tempo. La percentuale<br />
di abbandoni degli studenti ovvero la percentuale<br />
di laureati in corso sul totale studenti dipende, in<br />
modo non marginale, dal "livello di servizio"<br />
didattico, quale la numerosità delle classi, le<br />
risorse disponibili in termini di docenti e di tutor<br />
che possono essere destinati a una singola classe,<br />
lo spazio di studio, e anche, in alcuni casi, la<br />
"vivibilità" complessiva all'interno dell'università.<br />
Ebbene tutti questi fattori sono fortemente<br />
dipendenti dalle risorse che storicamente sono<br />
state disponibili. Si corre il rischio quindi, partendo<br />
da una idea di fondo giusta, di ottenere un<br />
effetto fortemente ingiusto. Si premia in un certo<br />
senso la "ricchezza pregressa" e non gli effettivi<br />
risultati (di efficacia e di efficienza).<br />
Sui fondi "uubblici" rinnoviamo uoi un'istanza a<br />
cui non si è mai data finora risposta. Così come<br />
finalmente è stato fatto da qualche anno per i fondi<br />
di finanziamento ordinari erogati dal<br />
Ministero, così è giusto e importante che vengano<br />
rese note tutte le risorse "pubbliche", date a qualsiasi<br />
titolo. Tutto questo è ancora inolto opaco e<br />
leggi e leggine che inseriscono finanziamenti rrd<br />
Iloc non sono fatte certamente per chiarire.<br />
È lecito, agli spiriti malpensanti, ritenere che si<br />
perpetui il costume del favore e del clientelismo,<br />
hai sopito nella nostra ciiltura. Non diritti ma<br />
favori, non sistemi di valutazione chiari ma amicizie<br />
e privilegi. Ma se la scuola e l'università<br />
che, oltre al sapere, dovrebbero anche trasmettere<br />
esempi di comportamento operano secondo queste<br />
regole, come si può pretendere che cambi, in<br />
meglio, la nostra società e che migliori il senso<br />
dello Stato? Un'altra fonte considerevole di<br />
entrate è data dalle tasse e contributi degli - studenti.<br />
La polemica attorno a tale voce di entrata<br />
stenterà a esaurirsi. Fintantoché non sia decisa la<br />
gratuità dell'istruzione universitaria, come awiene<br />
in altri paesi, è dovere di chi governa un'università<br />
riuscire a ottenere le risorse da chi utilizza<br />
direttamente il servizio e che quindi può ritenere<br />
che sia conveniente fornirle. Poiclié lo Stato ha<br />
pensato bene di dare finanziainenti al Politecnico Figura 3
STUDENTI IBCRll-il Al CORSIDI LAUR€4 E M DIPLOMA<br />
Figura 4<br />
molto scarsi, noi abbiamo dovuto ricorrere alle<br />
famiglie, peraltro in modo contenuto, soprattutto<br />
se paragonato a altre Università operanti in<br />
Lombardia, con cui è facile fare confronti all'interno<br />
talvolta della stessa famiglia. I contributi<br />
studenteschi nelle università non statali sono<br />
legati a un valore di mercato, proprio perché lo<br />
Stato eroga contributi minimi e quindi il servizio<br />
va pagato direttamente, almeno in buona misura,<br />
dall'utente. Ma lo stesso vale per quelle università<br />
statali che ricevono risorse dallo Stato molto<br />
inferiori al valore medio.<br />
Non c'è da scandalizzarsi né da inveire contro le<br />
decisioni dell'università, ma semmai, contro il<br />
comportamento del Governo. Non ci si deve far<br />
fuorviare dal valore percentuale: è vero, siamo<br />
forse l'Atene0 che ha la percentuale più elevata<br />
delle tasse e contributi studenteschi rispetto al<br />
fondo di funzionamento datoci dallo Stato, ma la<br />
percentuale può essere subito ridotta, basta<br />
appunto che lo Stato ci dia il dovuto! Peraltro i<br />
contributi degli studenti sono stati sempre utilizzati<br />
per il miglioramento del servizio didattico. A<br />
tal riguardo stiamo tentando di porre in essere<br />
una politica di aiuto ai bisognosi e meritevoli:<br />
abbiamo recentemente assegnato un fondo di 1<br />
miliardo per 1000 borse di studio ai più bisognosi,<br />
purché sopra un certo valore di merito. Stiamo<br />
cominciando a cercare poi banche che attivino in<br />
misura ampia i "prestiti d'onore" che ci sembra<br />
una via giusta, scarsamente utilizzata finora, per<br />
evitare che i meno fortunati siano penalizzati.<br />
La terza principale fonte di entrate è quella proveniente<br />
da prestazioni - di ricerca, di servizi, di<br />
consiilenza, di formazione - forniti a terzi.<br />
Da parte nostra stiamo mettendo a punto, attraverso<br />
aggiustamenti successivi, meccanismi che<br />
facilitino tale entrata e stiamo cominciando ad<br />
avvertire i primi segnali positivi. Dobbiamo però<br />
mettere in evidenza due aspetti, legati a normative<br />
generali, il primo relativo al sistema di tassazione<br />
che ha inciso non poco in senso negativo, il<br />
secondo riguardante facilitazioni fiscali per i<br />
committenti su cui il governo sta procedendo a<br />
nostro avviso in modo positivo ma che sarebbe<br />
opportuno estendesse e ampliasse.<br />
La quarta fonte di entrata è esigua in quanto i<br />
"benefattori" diretti si riducono a pochi<br />
(Fondazione CARIPLO, Camera di Commercio<br />
di Milano) e quelli "indiretti", peraltro per noi<br />
fondamentali per attuare la politica di decentramento<br />
(Univercomo, Univerlecco, ACSU, CUM,<br />
EPIS) si limitano, correttamente, al sostegno delle<br />
iniziative locali. Peraltro la mancanza di questa<br />
fonte di entrata è un punto debole che accomuna<br />
la gran parte delle università europee e le distingue<br />
da quelle statunitensi, per le quali la raccolta<br />
di fondi sia da parte di fondazioni sia da parte di<br />
ex-alunni è una fonte rilevante di finanziamento.<br />
Per quanto riguarda le uscite alcuni cenni sintetici.<br />
Abbiamo molto ridotto i costi unitari delle<br />
spese generali ma il valore assoluto è aumentato,<br />
tenuto conto del notevole aumento degli spazi<br />
avvenuti in questi ultimi anni. Abbiamo contenuto<br />
l'aumento necessario delle spese per il personale<br />
in organico, nonostante la storica sofferenza<br />
riscontrabile dai dati nazionali, mentre abbiamo<br />
notevolmente incrementato la voce delle supplenze<br />
e dei contratti didattici, tenuto conto dei<br />
nuovi progetti didattici attivati. Sono stati stanziati<br />
fondi di entità per noi notevole sia per la<br />
ricerca, sia per un'iniziativa chiamata "progetti<br />
di sviluppo imprenditoriale dei dipartimenti";<br />
sono state poi incrementate le spese, di investimento<br />
e di gestione, per i servizi ausiliari didattici<br />
e di ricerca.<br />
Per quanto riguarda la gestione di cassa non possiamo<br />
esimerci dal mostrare anche in questa sede<br />
tutta la nostra indignazione per come, concretamente,<br />
viene gestita a livello governativo la politica<br />
di contenimento delle uscite. I vincoli posti<br />
sono gestiti senza guardare e senza distinguere le<br />
differenti situazioni di partenza. Limiti di spesa<br />
rispetto all'anno precedente forse sono fin troppo<br />
permissivi in tutti quei casi in cui si disponeva di<br />
risorse relativamente abbondanti, mentre sono un<br />
freno inaccettabile a chi può e deve svilupparsi.<br />
Riteniamo poi assurdo che vi siano limitazioni<br />
all'uso di "risorse proprie" pur conferite, come<br />
d'obbligo, alla tesoreria unica. Non è pensabile<br />
avere competenza e disponibilità teorica di fondi<br />
e non poterli spendere. Per un anno si può rinviare<br />
e ritardare l'erogazione, per due anni si ha<br />
ancora qualche margine, ma poi si collassa.<br />
Questo modo di operare, in cui è necessario chiedere<br />
"deroghe", è a nostro avviso tipico da un
lato di una mentalità "contabile" in cui non si tiene<br />
conto della fattispecie concreta e, dall'altro, di<br />
una incapacità a valutare e a far assumere responsabilità.<br />
E inutile parlare di autonomia se poi<br />
vengono posti vincoli come questi. Sugli accantonamenti<br />
e sulle competenze vi deve essere la<br />
massima libertà, altrimenti gli organi di governo<br />
non sono più messi in grado di governare.<br />
2. La Didattica<br />
Si può notare (Figure 4-5) che non abbiamo<br />
risentito, come immatricolazioni, del calo demografico<br />
che, viceversa, comincia su più università,<br />
a farsi sentire. Possiamo vedere, invece, che<br />
il calo complessivo degli studenti è dovuto a tre<br />
fattori:<br />
il primo è il numero programmato soprattutto<br />
nei corsi di laurea facenti capo alle facoltà di<br />
architettura, che ha portato a una diminuzione che<br />
si è fatta sentire, owiamente, con un certo ritardo;<br />
il secondo è l'aumento percentuale nei corsi di<br />
ingegneria, degli studenti di diploma rispetto a<br />
quelli iscritti alla laurea; quest'anno ha toccato il<br />
22,1% del totale immatricolati;<br />
il terzo a uno sforzo considerevole che è stato<br />
fatto per aumentare il numero di laureati e ridurre<br />
cosi lo stock dei fuori corso.<br />
Viceversa non sta ancora dando risultati, almeno<br />
in modo quantitativainente apprezzabile, la strategia<br />
che è stata indicata dal Senato Accademico,<br />
tesa a ridurre il divario fra durata reale e durata<br />
legale degli studi che, allo stato attuale, è decisamente<br />
superiore a quanto vorremmo e che, una<br />
volta realizzata, porterà a una riduzione del<br />
numero totale di studenti, a pari valore delle<br />
immatricolazioni. D'altro lato un ulteriore obiettivo<br />
che ci siamo posti, anche questo senza effetti<br />
visibili finora, è quello di ridurre drasticamente la<br />
percentuale di abbandoni. Così dovrebbe portare<br />
a un aumento degli studenti il quale però, riteniamo,<br />
verrà più che compensato dai fenomeni prima<br />
individuati.<br />
Nel complesso possiamo prevedere un calo consistente<br />
- dal 10% al 20% - rispetto al numero<br />
totale di iscritti attuali - in corso, ripetenti, e fuori<br />
corsi - sempre viceversa mantenendo un valore<br />
pressoché costante di immatricolati.<br />
Questo potrebbe indurre a pensare che le neces-<br />
sità di risorse dovrebbero risultare inferiori alle<br />
nostre pluriennali richieste e che, di conseguenza,<br />
gli investimenti stessi e il piano di sviluppo<br />
dovrebbero essere ridimensionati. Ma sarebbe<br />
una conclusione errata. Per dimostrare questo<br />
assunto bisogna fare alcune fondamentali osservazioni.<br />
Innanzitutto il problema didattico che stiamo<br />
affrontando con la massima attenzione è quello<br />
relativo al rapporto fra lauree e diplomi. È assai<br />
probabile prevedere che, con l'eccezione almeno<br />
temporanea della laurea in architettura che soggiace<br />
a stringenti normative europee, così come<br />
la eventuale laurea in ingegneria edile-architettura,<br />
per tutti gli altri corsi si andrà ad una integrazione,<br />
molto più profonda di quella attuale, fra<br />
diploma e laurea. Uno dei punti di successo del<br />
diploma, dal punto di vista di accoglimento dei<br />
diplomati da parte del mondo del lavoro è dovuto<br />
fondamentalmente alla limitata consistenza<br />
numerica delle singole classi. Solo cosi si è in<br />
grado di assicurare contemporaneamente una<br />
preparazione a livello universitario di qualità, il<br />
che significa permettere di avere una forte base<br />
metodologica congiunta a una di contenuto professionale<br />
spendibile con una elevata immediatezza.<br />
Prendendo come ipotesi di lavoro che<br />
almeno il primo tratto di percorso sia comunque<br />
congiunto fra lauree e diplomi, la dimensione<br />
massima della classe, soprattutto per le esercitazioni<br />
dovrebbe essere contenuta, il che compor- Figura 5<br />
(<br />
Diplomati s Laureati<br />
l<br />
Laureali
terà un notevole aumento delle risorse necessarie.<br />
Soltanto in questo modo si può pensare di raggiungere<br />
i due obiettivi di riduzione sia degli<br />
abbandoni che della durata reale senza diminuire<br />
la qualità della preparazione. Peraltro stiamo studiando<br />
contemporaneamente la possibilità di<br />
creare dei percorsi didattici per studenti di grande<br />
talento che possa per esempio portare a un completamento<br />
degli studi in tempi più brevi di quanto<br />
"legalmente previsto" oppure a un maggiore<br />
approfondimento e quindi a una più accurata preparazione,<br />
con una riduzione, quindi, del percorso<br />
di dottorato.<br />
In secondo luogo dobbiamo assolutamente<br />
migliorare la parte sperimentale della didattica, i1<br />
che richiede laboratori attrezzati e personale qualificato,<br />
docente e non, di assistenza e di sostegno.<br />
Gli attuali interventi in Bovisa, per ingegneria,<br />
architettura, disegno industriale, nonché la<br />
recente acquisizione dell'area ex M-PPG vanno<br />
appunto in questa direzione.<br />
In terzo luogo, per rispondere in modo adeguato<br />
all'obiettivo di riduzione della durata reale degli<br />
studi dobbiamo prowedere a una semplificazione<br />
del curriculum, sia come peso del singolo<br />
insegnamento, sia come riduzione dell'attuale<br />
eccessiva disponibilità di opzioni, che talvolta<br />
rende impossibile allo studente la frequenza<br />
effettiva al singolo corso per il quale, viceversa,<br />
aumentando la "sperimentalità", verrà richiesta<br />
obbligatoriamente la frequenza. Questo singolo<br />
fattore, a prima vista sembrerebbe portare a una<br />
riduzione del numero di docenti il che è in parte<br />
vero ma è più che compensato dal fatto che sara<br />
richiesta una più ampia presenza di docenti per<br />
corso e l'impossibilità o quasi, per il docente, di<br />
coprire per supplenza altri corsi oltre al proprio.<br />
È necessario disporre di servizi collaterali adeguati,<br />
che stiamo decisamente migliorando - e<br />
rispetto ai quali vogliamo solo citare il METID<br />
come caso esemplare di investimento - ma che<br />
sono purtroppo ancora lontani dagli standard che<br />
riteniamo giusto assicurare.<br />
Infine si dovrà finalmente dar vita a una formazione<br />
di "dottore di ricerca" nel vero senso della<br />
parola. Finora il corso di dottorato è stato visto<br />
come dedicato esclusivamente o prevalentemente<br />
a chi aveva intenzione di fare carriera universita-<br />
ria per cui i posti erano - e sono - estremamente<br />
limitati e anche, spesso, l'attività formativa è inevitabilmente<br />
ridotta rispetto al lavoro di ricerca.<br />
Se, al contrario, si darà spazio ampio a questo<br />
livello formativo, come è auspicabile, allora le<br />
risorse da dedicare dovranno essere conseguenti.<br />
Ecco perché anche in un'ipotesi di riduzione<br />
complessiva del numero di studenti iscritti, non<br />
vi sara nessuna riduzione rispetto al piano di<br />
investimenti già a suo tempo ipotizzato, anzi,<br />
sarà richiesto un ulteriore aumento.<br />
Una consistente novità nel campo didattico è data<br />
dal fatto che abbiamo lanciato il "Servizio<br />
Orientamento", sia come sportello, molto frequentato<br />
peraltro, sia, soprattutto, come impostazione<br />
e gestione delle attività che permetteranno<br />
agli studenti delle scuole medie superiori, anche<br />
secondo le indicazioni ministeriali, di essere più<br />
consapevoli della scelta. L'orientamento ha però<br />
anche un altro obiettivo complementare ma non<br />
secondario: quello di diffondere in tutta Italia e<br />
all'estero una conoscenza più approfondita della<br />
nostra università per poter ampliare la provenienza<br />
degli studenti da tutto il territorio nazionale,<br />
così come era un tempo, e, nel futuro, speriamo<br />
prossimo, anche dall'estero. Puntiamo infatti a un<br />
reclutamento di studenti di alto potenziale. Siamo<br />
stati sempre contrari al concetto di bacino di<br />
utenza e stiamo cominciando concretamente a<br />
operare in tal senso. Sappiamo però che vi sono<br />
due ostacoli che si frappongono a tale politica e<br />
che è necessario rimuovere: il primo è quello della<br />
residenzialità e l'altro è quello complessivo<br />
della disponibilità di risorse.<br />
La residenzialità è un punto debole non solo del<br />
Politecnico di Milano ma di un'ampia generalità<br />
dell'università italiana. Su questo aspetto stiamo<br />
aprendo "tavoli di trattative" con tutti i Comuni<br />
in cui abbiamo sedi, con la Regione, con altri enti<br />
e istituzioni anche private. I1 secondo problema<br />
riguarda le risorse complessive. La prospettiva<br />
prima evidenziata può portare a un ampliamento<br />
del numero di studenti e a un incremento del<br />
numero di richieste di immatricolazione. E a questo<br />
punto scatta il problema della selezione e del<br />
numero programmato. Su questo aspetto è necessario<br />
essere chiari. I1 problema non è ideologico,<br />
né eccessivamente elitario anche se la valutazio-
ne di standard qualitativi minimi è necessaria, né<br />
tanto meno di chiusura corporativa di tipo professionale.<br />
Si tratta soltanto di assicurare la giusta<br />
qualità della formazione in relazione ai diversi<br />
prodotti formativi - diplomi, lauree, percorsi di<br />
eccellenza, doppie lauree, dottorati di ricerca,<br />
formazione permanente - perché il nostro contratto,<br />
con gli studenti, le famiglie, la società, deve<br />
essere rispettato. Rispettato nel senso che dobbiamo<br />
assicurare che i nostri studenti siano almeno<br />
di pari livello nei confronti delle migliori scuole<br />
in Europa e nel mondo, che riescano a conseguire<br />
il titolo nei tempi previsti dal curriculum, che ci<br />
sia un ridotto numero di abbandoni. Per questo è<br />
necessario tenere sotto controllo la qualità del<br />
processo formativo, obiettivo per il quale ci stiamo<br />
impegnando ma che necessita di risorse adeguate.<br />
Che non riguardano solo spazi, servizi,<br />
attrezzature, ma anche docenti qualificati.<br />
L'adeguamento alla richiesta non può essere<br />
immediato: il sistema ha una inerzia intrinseca e,<br />
forse, da questo punto di vista, l'aspetto più critico<br />
è proprio quello legato ai docenti, che non si<br />
inventano da un giorno all'altro, che devono essere<br />
selezionati e valutati e che devono essere messi<br />
in grado di svolgere qualificata attività di ricerca.<br />
La limitazione al numero di accessi è quindi un<br />
obbligo, non un abuso né una discrezionalità e<br />
nemmeno un diritto. Rimane peraltro ancora da<br />
affrontare il problema della qualità. In un sistema<br />
formativo in uno stato di continuo e talvolta<br />
eccessivo cambiamento, è necessario ripensare<br />
alle modalità di valutazione e di accreditamento.<br />
Se, con il sistema dei crediti, si lascia alle singole<br />
università la responsabilità di decidere se e come<br />
tenere conto del percorso didattico dello studente<br />
all'interno dell'università, non si capisce perché<br />
questo non debba valere anche per l'accreditamento<br />
relativo alla scuola di provenienza. Su<br />
questo aspetto vale la pena riflettere prima di<br />
procedere a riforme che possono apparire solo<br />
nominalistiche e che devono essere innanzitutto<br />
valutate da un punto di vista di qualità raggiungibile<br />
e auspicabile, che almeno nei settori didattici<br />
di nostra competenza, rimane uno dei pochi<br />
aspetti su cui abbiamo dei vantaggi competitivi<br />
nei confronti degli U.S.A. Grande attenzione è<br />
stata data e continuerà a essere data agli scambi<br />
internazionali, che globalmente soddisfano molto<br />
ma che presentano alcuni aspetti critici.<br />
Innanzitutto lo scambio è ancora fortemente<br />
asirnrnetrico e rimami tale strutturalmente finché<br />
vi sarà il vincolo della lingua da un lato e finché<br />
non sarà risolto il problema dell'accoglienza dall'altro.<br />
In uscita la situazione è eccellente: possiaino<br />
peraltro continuare ad affermare che la<br />
qualità dei nostri studenti, a seguito della valutazione<br />
da parte delle università straniere, soprattutto<br />
nel caso di doppie lauree, è molto alta. La<br />
recente politica del Ministero sulla armonizzazione<br />
del sistema universitario europeo ci trova<br />
completamente d'accordo sulle finalità, un po'<br />
meno sul contenuto e molto meno sul metodo. I1<br />
mondo del lavoro per i laureati e diplomati è<br />
ormai quello europeo e quindi la riconoscibilità<br />
dei titoli è fondamentale. Piace meno una adesione,<br />
nominale peraltro più che sostanziale, al sistema<br />
statunitense che è attualmente in discussione<br />
(vedi la recente presa di posizione di Cambridge).<br />
In terzo luogo piace ancora meno il metodo adottato<br />
di imposizione dall'alto: l'armonizzazione in<br />
molti casi già esiste di fatto (vedi ad esempio<br />
l'associazione TIME) e comunque, a mio awiso,<br />
deve essere generato dal basso, attraverso proposte<br />
delle università dei diversi Paesi. Ci auguriamo<br />
che il Ministero in tempi rapidi modifichi in<br />
questo senso il suo approccio.<br />
Stiamo cominciando a lavorare sui crediti, che è<br />
un tema di non poco conto, se non lo si vuole<br />
ridurre a un semplice meccanismo burocratico. I<br />
crediti sono uno dei pilastri fondamentali dell'autonomia,<br />
se a essa si vuole dare sostanza, e quindi<br />
del controllo e del governo della qualità della<br />
didattica, di un confronto e di una sana competizione<br />
fra università. Per questo è richiesta una<br />
grande attenzione e un approfondimento accurato.<br />
Sull'autonomia e sul processo di cambiamento<br />
in atto vi sono però alcune rilevanti preoccupazioni.<br />
I cambiamenti sono numerosi e radicali:<br />
bisogna stare attenti a verificare se sono tutte<br />
medicine efficaci e se la miscela non sia tale da<br />
abbattere qualsiasi paziente, anche il più robusto.<br />
La preoccupazione riguarda il metodo e il merito.<br />
I1 metodo in quanto se si è imboccata decisamente<br />
la strada dell'autonomia bisogna evitare di<br />
dare eccessivi vincoli. L'indicazione della strut-
tura complessiva del sistema didattico ogni tanto<br />
appare procedere in tal senso. Come si 6 già detto<br />
l'armonizzazione europea è un atto dovuto:<br />
cominciamo allora da quello che è più semplice.<br />
Nel nostro caso i dottorati e le lauree, le quali<br />
sono riconosciute all'estero come "master"<br />
(all'inglese). Non cominciamo dal primo livello<br />
che è ancora da definire, da progettare, da sperimentare<br />
e che, molto probabilmente, richiederà<br />
soluzioni diverse a seconda della situazione specifica.<br />
Anche perché è contemporaneamente nato<br />
il nuovo progetto "FIS e IFTS" e sull'ampliamento<br />
di uno o due anni della formazione presso gli<br />
istituti tecnici dopo il diploma. A tal riguardo è<br />
opportuno esprimere alcune concordanze e alcune<br />
perplessità e osservazioni. La concordanza è<br />
sul fatto che sia opportuna una maggiore attenzione<br />
alla formazione e all'evoluzione delle figure<br />
professionali, così come l'accrescimento delle<br />
conoscenze sia un fattore fondamentale per il singolo<br />
e per la collettività in generale, così come<br />
penso che sia opporiuna una più elevata integrazione<br />
fra le scuole di differenti livelli e fra il<br />
mondo della scuola nel suo complesso e quello<br />
del lavoro.<br />
Le perplessità sono legate al fatto che questa formazione<br />
di fatto sia vissuta e promossa come un<br />
prolungamento della scuola secondaria, con una<br />
forte potenziale sovrapposizione ai diplomi universitari,<br />
che finalmente dopo un periodo di<br />
rodaggio stanno trovando una loro collocazione,<br />
con una inadeguata sperimentazione e senza una<br />
approfondita analisi di reale fattibilità. Anziché<br />
orientare efficacemente sembra che la scuola<br />
voglia prolungare il periodo della non scelta e<br />
posticipare anziché anticipare l'inserimento nel<br />
mondo del lavoro. Meglio sarebbe pensare a una<br />
formazione professionalizzante alla fine dei 16<br />
anni, visti come termine del periodo dell'obbligo.<br />
O forse, più semplicemente, questi interventi<br />
sono motivati almeno parzialmente, dal calo<br />
demografico e dalla crisi occupazionale anche, o<br />
soprattutto, dei docenti? Come si può pensare<br />
infine di delegare buona parte della formazione<br />
cosiddetta professionalizzante a una classe di<br />
docenti della scuola superiore quasi mai sottoposta,<br />
negli ultimi anni, a serie verifiche?<br />
Su tutti questi temi ci sembra debole l'analisi e il<br />
dibattito. Tre ultime osservazioni. La prima<br />
riguarda la recente riforma sui dottorati. Adesso<br />
tocca a noi e al mondo esterno - le industrie, le<br />
amministrazioni pubbliche - verificare se siamo<br />
capaci di cogliere l'opportunità che ci è offerta<br />
dalla nuova normativa. Se cioè l'università sarà<br />
capace di dialogare con il mondo esterno e di<br />
coglierne le esigenze attuali e le prospettive future<br />
e se il mondo esterno avrà una sufficiente lungimiranza<br />
per capire il potenziale della ricerca.<br />
La seconda riguarda la nostra politica di potenziamento<br />
e sviluppo della formazione permanente.<br />
Il progetto Poliedra, pur con qualche difficoltà,<br />
legata soprattutto all'inerzia al cambiamento,<br />
si sta muovendo. Stanno aumentando le iniziative,<br />
sta incrementando la collaborazione fra<br />
aree disciplinari diverse e talvolta tradizionalmente<br />
distanti, sta notevolmente migliorando il<br />
rapporto con il mondo esterno.<br />
Infine, l'ultima osservazione riguarda il rapporto<br />
più generale con i nostri studenti. Sappiamo<br />
benissimo di avere risorse in quantità limitata e<br />
che quindi molto spesso i servizi sono inadeguati<br />
e molto lontani da ciò che si vorrebbe e si<br />
dovrebbe fornire, anche se molti passi sono stati<br />
compiuti. Ma una cosa si può fare anche senza<br />
mezzi straordinari e consiste nel creare un clima<br />
e un ambiente tale da permettere e stimolare le<br />
iniziative autonome degli studenti da un lato e,<br />
dall'altro lato, nell'inventare occasioni e momenti<br />
in cui si accertino il senso d'appartenenza all'istituzione<br />
senza che ciò pregiudichi adesioni ad<br />
altri momenti di aggregazione (ideali, valoriali,<br />
religiosi, politici). È questo un obiettivo concreto<br />
e su questo dovrà essere verificato il consenso<br />
degli studenti innanzitutto, ma anche dei docenti<br />
e del personale tecnico-amministrativo.<br />
3. La ricerca<br />
Più volte è stato affermato, ma è conveniente<br />
ribadirlo qui ancora una volta, che il prestigio e<br />
la valutazione di una università, e ciò è sicuramente<br />
vero per le università tecnico-scientifiche,<br />
si basa in gran parte sulla sua qualificazione e sul<br />
suo valore nel campo della ricerca. Ecco perché<br />
la rilevanza della ricerca nella complessiva strategia<br />
di Ateneo è stata e rimane estremamente<br />
alta. La ricerca però, per sua natura, è estrema-
mente più rischiosa ed è più difficile prevederne i<br />
risultati, anche in campi fortemente applicativi<br />
quali sono molti di quelli in cui operiamo. Si può<br />
dire allora che il compito di chi governa l'Atene0<br />
consiste nel fornire le condizioni e le opportunità<br />
affinché possa essere sviluppata un'attività di<br />
ricerca nei campi e nei settori in cui si sposano le<br />
competenze disponibili agli interessi sia delle<br />
comunità scientifiche di riferimento, sia<br />
dellYAteneo per il suo sviluppo, sia della società<br />
in cui l'Atene0 opera.<br />
Questo significa intervenire sui fattori seguenti:<br />
Risorse: che riguardano le disponibilità economiche<br />
e finanziarie, di spazi e attrezzature, di<br />
personale qualificato (ricercatori, tecnici, dottorandi,<br />
borsisti), e, aspetto che non sempre viene<br />
considerato, della disponibilità di tempo il che<br />
significa evitare ai professori e ai ricercatori, ma<br />
anche ai tecnici, un eccessivo impegno in altre<br />
attività - didattiche, soprattutto - ma anche<br />
gestionali.<br />
Valutazione: l'adozione di adeguati sistemi di<br />
valutazione è fondamentale per stimolare livelli<br />
qualitativamente elevati di ricerca e per incentivare<br />
anche, da parte dei dipartimenti, l'adozione<br />
di strategie di ricerca e di modalità di confronto<br />
con realtà, nazionali e internazionali, che possano<br />
essere prese come riferimento, nonché una elevata<br />
attenzione ai risultati.<br />
Modello organizzativo: mentre da un lato è<br />
necessario dare la massima autonomia e responsabilizzazione<br />
ai singoli dipartimenti, è opportuno<br />
contemporaneamente definire le linee-guida<br />
complessive di Ateneo e, soprattutto, creare le<br />
condizioni perché possano svilupparsi ricerche<br />
interdisciplinari.<br />
Da questo punto di vista si condivide una indicazione<br />
di fondo che è stata oggetto di analisi e<br />
discussioni, che è stata esaminata anche in un<br />
recente incontro fra università tecnologiche di<br />
alto livello di diversi Paesi e che è stata messa in<br />
evidenza anche in una conferenza al Politecnico<br />
dal premio Nobel Gell-Mann, relativamente<br />
all'aumento della complessità, tendenza che è<br />
presente allo stato attuale. Ciò significa due cose.<br />
Da un lato è sempre più necessario un approfondimento<br />
disciplinare e anzi, talvolta, una più<br />
stretta definizione delle discipline, ma dall'altro<br />
lato è necessario un sistema che incentivi e premi<br />
una forte interdisciplinarietà, richiesta per risolvere<br />
i problemi reali. La realtà non è disciplinare.<br />
Chi meglio riuscirà quindi a coniugare disciplinarietà<br />
e interdisciplinarietà sarà più competitivo.<br />
La tradizione accademica in quanto fortemente<br />
disciplinare è ancora molto lontana dal premiare<br />
questo approccio.<br />
La strategia adottata e su cui intendiamo proseguire<br />
si basa sulle seguenti linee:<br />
investire sempre di più sulla ricerca, puntando<br />
anche sulla acquisizione di un sempre maggior<br />
numero di contratti e di finanziamenti dall'esterno;<br />
premiare quel dipartimento che più riesce a<br />
ottenere riconoscimenti scientifici, nazionali ed<br />
internazionali e contratti di ricerca;<br />
assicurare comunque le condizioni perché vengano<br />
finanziati campi nuovi, non ancora quindi<br />
inseriti "nei titoli" ma giudicati interessanti;<br />
aumentare gli accordi e le convenzioni, in tutte<br />
le forme, dai contratti alle associazioni, ai consorzi<br />
con università, centri di ricerca, industrie e<br />
altre organizzazioni interessate alla ricerca;<br />
sviluppare sempre di più la logica del cofinanziamento<br />
interno che responsabilizza le diverse<br />
strutture di ricerca;<br />
attivare ricerche interdisciplinari attraverso<br />
strutture snelle e temporanee.<br />
La strategia di ricerca deve, tuttavia, fare i conti<br />
anche con il contesto esterno che, negli ultimi<br />
tempi, ha avuto cambiamenti notevoli.<br />
Si vogliono citare, fra i fatti più positivi, gli interventi<br />
del Ministero sull'aumento delle risorse<br />
attribuite ai dottorati di ricerca, la nuova normativa<br />
sui dottorati e sugli assegni di ricerca piuriennali,<br />
interventi a nostro avviso, particolarmente<br />
fruttuosi, il sistema di attribuzione dei fondi di<br />
ricerca (ex 40%), che ha costituito una vera<br />
eccellente rivoluzione. Ma anche la nuova normativa<br />
sul reclutamento dei professori può essere<br />
un fatto estremamente positivo. L'autonomia universitaria<br />
può essere giudicata in positivo in<br />
quanto può contribuire a rompere o a ridurre i<br />
vincoli "disciplinari" che limitano fortemente<br />
l'innovazione e la ricerca interdisciplinare.<br />
Rimane ovviamente la complessiva carenza di<br />
risorse, ma è quasi fastidioso continuare a ripetersi.<br />
L'attuale proposta di accorpamento del
l Il Andamento dei Personale Docente n@ Anni<br />
I . : . . .<br />
E t l i 8 5 s f i g f f l i 8 l f<br />
Figure 6 e 7<br />
MURST con MPI non è sicuramente una iniziati- I neonati progetti per il cosiddetto sistema FIS<br />
va che tranq~iillizza in questo senso e non tran- insieme con le altre università della Lombardia,<br />
quillizza nemmeno nella prospettiva di potenzia- altre università (Politecnico di Torino primo fra<br />
mento del processo di autonomia e di responsabi- tutti), con la Regione, MURST e MPI, Istituti<br />
lizzazione dell'università, come è stato peraltro Tecnici e in accordo con strutture di altre regioni.<br />
anche messo in evidenza dalla recente mozione I laboratori (crash, trasporti) sviluppati in colladell'assemblea<br />
della CRUI.<br />
borazione con altri centri, consorzi e aziende.<br />
I1 già citato programma di potenziamento delle<br />
4. I servizi verso l'esterno iniziative imprenditoriali dei dipartimenti, singoli<br />
La politica dei servizi verso l'esterno rappresenta e collegati fra loro.<br />
un fatto qualificante e importante e caratterizza e Le iniziative di trasferimento tecnologico sostespecifica<br />
la nostra strategia complessiva.<br />
nute dall' Associazione Impresa Politecnico.<br />
L'attenzione ai servizi verso l'esterno ha un tri- Le convenzioni quadro con imprese e pubbliche<br />
plice significato:<br />
amministrazioni (Comune di Milano innanzitutacquisire<br />
risorse<br />
lo, fra queste ultime).<br />
gestire con efficacia un ruolo attivo nello svi- Lo sviluppo di laboratori congiunti con impreluppo<br />
del contesto in cui si è inseriti<br />
se, da Pirelli a STM.<br />
ricevere dall'estemo stimoli e suggerimenti sia 11 potenziamento e l'attenzione di fondazioni<br />
per le attività base sia per una sempre maggiore storiche e nuove: dalla Fondazione Lerici al<br />
responsabilizzazione interna.<br />
Laboratorio Materie Plastiche, dalla Fondazione<br />
Da qui la politica scelta finalizzata da un lato a Falck alla Fondazione De Nora e altri.<br />
creare le condizioni per facilitare le iniziative di Tutta l'attività che si sta sempre più potenzianfomitura<br />
di servizi, e, dall'altro, a incentivare e do, di stage post laurea e post diploma alle stesse<br />
stimolare le idee provenienti sia dall'intemo sia attività di potenziamento delle iniziative "curridall'esterno<br />
dell'Ateneo.<br />
culari" speciali, quali la doppia laurea nel campo<br />
Le modalità e le strutture di erogazione dei servi- degli idrocarburi con le 22 borse di studio pagate<br />
zi possono essere quindi le più varie, i campi di da ENi e Nuovo Pignone.<br />
attività sono molteplici, le forme di incentivazio- Le iniziative culturali di grande respiro quale<br />
ne differenti.<br />
quella sviluppata con la Triennale per il Museo<br />
Ma in questo contesto complesso e articolato del Design, appoggiato fisicamente sia alla sede<br />
rimane comunque visibile la linea unitaria rivolta della Triennale sia al nostro insediamento in<br />
al raggiungimento degli obiettivi prima indicati. Bovisa, in cui speriamo di poter operare in una<br />
Soltanto qualche esempio.<br />
rete articolata con la nuova iniziativa della gran-<br />
* Il progetto Poliedra per la formazione contin~ia de biblioteca sia con una istituzione storica conche<br />
ha patrocinato campi nuovi di attività di solidata quale il Museo della Scienza e della<br />
notevole successo - un caso per tutti: il corso Tecnica.<br />
superiore in Industria1 Design. Gli accordi con istituzioni bancarie (è già firma-<br />
La neonata iniziativa sulla formazione in campo ta la convenzione con Mediocredito Regionale<br />
i<br />
sanitario in collaborazione con altri centri (il Lombardo) sia per fornire le nostre esperienze<br />
campus Biomedico, Farmitalia).<br />
per la valutazione di progetti tecnologicamente<br />
Il rafforzamento delle iniziative congiunte con innovativi sia per favorire la nascita di nuova<br />
altre università lombarde, specie con l'università imprenditorialità.<br />
di Pavia nel suo progetto di Scuole Europee di Infine desidero chiudere questo lungo ma pur<br />
l<br />
Studi Avanzati a cui collaboriamo in iniziative sempre parziale elenco con una nuova iniziativa<br />
sia attivate nel 1998 (Scienza dei Materiali e potenzialmente molto importante: l'intervento 1<br />
Conservazione del patrimonio storico architetto- del Politecnico nel campo della brevettazione e<br />
nico) sia per progetti nuovi nel campo della della partecipazione alla nascita e al sostegno di<br />
Bioingegneria e nell'informatica medica.<br />
nuove imprese generate da idee e prodotti nati
all'interno dell'Ateneo. L'insediamento in<br />
Bovisa dovrà permettere anche questa nascita e<br />
sviluppo di niiove attività iiriprenditoriali - sia<br />
manifatturiere sia di servizi potenziando così il<br />
ruolo storico della Bovisa.<br />
5. Il personale<br />
La politica del personale è condizioiiata dalla storia<br />
e dalle decisioni pregresse forse più che non<br />
altri campi.<br />
Soltanto infatti da qualche anno per il personale<br />
tecnico-amministrativo e da qualche mese per<br />
l'insieme del personale si è potuto cominciare a<br />
definire una politica che riguardasse tutte le varie<br />
fasi: dal reclutamento e selezione fino alla chiusura<br />
del rapporto di lavoro.<br />
Le decisioni poi, una volta prese hanno tempi<br />
lunghi di attuazione, sono fortemente condizionate<br />
da normative e vincoli non stabiliti né decisi e<br />
anche difficilmente governabili dall'università e<br />
sono fortemente limitate dalla situazione preesistente.<br />
L'autonomia ha fatto solo da poco i primi passi, i<br />
gradi di libertà sono ancora ridotti ma, soprattutto,<br />
la riconversione o il cambiamento della politica<br />
è estremamente difficile e lento.<br />
Docenti - r?cercator.i (Figiwe 6-7)<br />
Relativamente a questo settore si ha la massima<br />
differenza fia lo stato attuale e quello prospettico.<br />
Prima delle norme sull'autonomia il principio di<br />
comportamento di base della gran parte delle uiiiversità<br />
consisteva nel chiedere il maggior nuniero<br />
possibile di posti in organico, il rimpiazzo iinmediato<br />
di posti "liberati", il tutto motivato e sorretto,<br />
per i "nuovi posti" dal numero sia degli insegnamenti<br />
da coprire sia degli studenti, complessivi<br />
e per insegnamento e, nel caso di sostituzione<br />
e rimpiazzi, dalla necessità di mantenere la storia<br />
e la tradizione (la "proprietà disciplinare" del<br />
posto). L'autonomia ha innanzitutto significato<br />
una cosa: è stato necessario valutare la convenienza<br />
di destinare risorse per posti di professore,<br />
nelle varie fasce, piuttosto che di ricercatori, ma<br />
anche di altro personale e perfino di destinare le<br />
stesse risorse ad altri impieghi (laboratori, attrezzature,<br />
ricerche e quant'altro). Questo già a suo<br />
tempo ha portato a un comportamento "più virtuoso":<br />
nessun "diritto acquisito" per esempio,<br />
una valutazione più accurata delle effettive<br />
necessità didattiche, un'analisi di tipologie diverse<br />
di docenza. Ma adesso sono intervenute niiove<br />
leggi e nuove possibilità, di cui vogliamo citare<br />
le tre principali.<br />
La nuova normativa sui coiicorsi, che rende<br />
estremamente più agevole, per le singole università,<br />
tenere sotto controllo il processo coinplessivo<br />
di esigenze future comparate alla situazione<br />
presente, evitando così i "mega-concorsi" eccessivamente<br />
diluiti nel tempo e senza sicurezza né<br />
sulla loro frequenza né sul tempo di conclusione.<br />
La nuova normativa sui contratti di insegnamento<br />
che, di fatto, permette di recuperare la<br />
figura di "professore incaricato" che, in una<br />
scuola tecnologica come la nostra, è fondamentale<br />
per acquisire risorse di alta qualità.<br />
La normativa infuie sugli assegni di ricerca che<br />
permette fra l'altro di ricreare la piramide da cui<br />
selezionare e far fare carriera ai più meritevoli e di<br />
generare nel contempo un'alternativa fia I'assunzione<br />
stabile (ricercatore) e l'assoluta precarietà.<br />
Purtroppo queste normative sono capitate proprio<br />
al momento in cui erano stati già decisi sia i<br />
concorsi di associato sia una buona parte di<br />
concorsi di ricercatore.<br />
Molto probabiImente, se fossero state in vigore<br />
qualche anno fa, il nostro conlportamento sarebbe<br />
stato diverso.<br />
Tutto ciò significa che la politica per il personale<br />
"docente e ricercatore" potrà cambiare nei prossi- Figura 8<br />
Personale Tecnico-Ammlnlstratlvo
Figura 5<br />
mi anni in maniera anche radicale portandoci nelle<br />
situazioni delle migliori università tecniche nel<br />
mondo. Una forte base di giovani che vengono<br />
selezionati e autoselezionati, un passaggio di carriera<br />
basato su credenziali scientifiche fortemente<br />
discriminanti, un dovere didattico indifferenziato<br />
(o quasi), e indipendente dal livello di carriera e<br />
dalla caratteristica dell'essere o no in "organico<br />
permanente".<br />
Tecnici - antnrit~istrativi<br />
La politica che si è decisa e si conferma si può<br />
così sintetizzare: (Figura 8)<br />
Aumento dell'organico, soprattutto di elevata<br />
qualità sia amministrativa sia per i tecnici, fondamentali<br />
in particolare per lo sviluppo della didattica<br />
sperimentale, per la ricerca, per l'offerta di<br />
servizi all'estemo.<br />
Potenziamento delle strutture tecniche di servizio<br />
interno, dall'ufficio tecnico all'informatica,<br />
con l'obiettivo di poter svolgere all'interno quanto<br />
meno tutta la parte "alta" - di impostazione, di<br />
progettazione, di controllo - e anche per coprire<br />
la base della necessità di attività correnti.<br />
Outsorrrcing, per la maggior parte delle attività<br />
operative non collegate direttamente all'attività<br />
"core" deI1'Ateneo.<br />
Forte mobilità in senso sia orizzontale sia verticale,<br />
uno dei difetti principali storici essendo<br />
quello di una eccessiva rigidità all'intemo della<br />
stessa struttura.<br />
Studenti Impegnati in aiiivilà di collaboratlone "15D ore"<br />
Meccanismi di valutazione e di incentivazione<br />
consistenti che permettano di premiare l'impegno,<br />
la qualità, i risultati ottenuti.<br />
Un ampio sistema di valorizzazione delle capacità<br />
e della potenzialità, da stimolare anche attraverso<br />
un sistema fotmativo interno non episodico<br />
ma stabile.<br />
Per attuare questa politica in inodo tale da poter<br />
essere considerata soddisfacente, occorre ancora<br />
procedere all'eliminazione di vincoli, al cambiamento<br />
di comportamenti nostri interni e di normative<br />
esterne. Le notizie che giungono dall'ARAN<br />
fanno ben sperare in un movimento secondo la<br />
direzione qui auspicata e, d'altra parte, l'inerzia<br />
al cambiamento di comportamento sta, giorno<br />
per giorno, riducendosi.<br />
Un cenno all'utilizzazione degli studenti nell'ambito<br />
della normativa delle 150 ore da un lato e<br />
degli obiettori di coscienza dall'altro. (Figura 9).<br />
Gli studenti hanno dato un ottimo risultato che in<br />
alcuni casi, vedi per esempio l'ufficio orientamento,<br />
e risultato superiore a ogni previsione.<br />
D'altra parte, da un'indagine per ora ancora som,-<br />
maria, anche gli studenti sono soddisfatti. E<br />
anche questo un modo per vivere il Politecnico in<br />
modo più ampio e completo.<br />
Per quanto riguarda infine gli obiettori di<br />
coscienza, anch'essi da vedere sotto un'ottica di<br />
forza lavoro, dovremmo essere in dirittura d'arrivo<br />
con l'accordo con il Ministero della Difesa<br />
per cui entro il prossimo anno dovrebbero trovare<br />
spazio secondo il piano steso a suo tempo.<br />
6. I1 modello organizzativo<br />
In questi ultimi anni si sono verificati avvenimenti<br />
e sono state prese decisioni che hanno alterato<br />
profondamente la struttura e l'organizzazione<br />
dell'Ateneo nel suo complesso.<br />
L'avvenimento più rilevante è costituito dal pro- 1<br />
cesso, che ormai si sta sviluppando, di autonomia<br />
dell'università: dalla gestione delle risorse economico-finanziarie,<br />
al reclutamento e, almeno parzialmente,<br />
allo sviluppo del personale tecnicoamministrativo<br />
e dei docenti, dalla definizione<br />
del progetto didattico complessivo e delle sue<br />
specificazioni, alla articolazione e alla strutturazione<br />
intema.<br />
Noi crediamo fortemente all'autonomia e dobbia-
mo essere quindi conseguenti, anche da un punto<br />
di vista di strutturazione e organizzazione intema.<br />
Le principali nostre decisioni hanno riguardato, a<br />
suo tempo, la definizione dei compiti e delle<br />
res~onsabilità del Senato Accademico e del<br />
Consiglio di Amministrazione e la completa<br />
dipartiinentalizzazione, così come riportato in<br />
Statuto. In tempi più recenti abbiamo deciso I'articolazione<br />
in sei facoltà, il decentramento territoriale<br />
(il Politecnico-rete), l'adozione di un<br />
sistema di controllo di gestione, nonché una serie<br />
di provvedimenti tali da favorire l'iniziativa "dal<br />
basso" e la responsabilizzazione.<br />
Si è in grado adesso di valutare quali sono le<br />
linee da riconfermare, dove e cosa accelerare,<br />
cosa modificare o comunque riesaminare.<br />
Innanzitutto è pienamente da confermare il<br />
modello di delega e autonomia che, dopo le prime<br />
difficoltà, dovrebbe radicarsi sempre più a<br />
fondo, maggiormente articolarsi, acquistare una<br />
maggiore diffusione. Il modello di autonomia e<br />
responsabilizzazione, che richiede una ampia<br />
delega controllabile e valutabile ed effettivamente<br />
controllata e valutata, non può essere applicato<br />
in modo limitato ma deve permeare l'organizzazione<br />
a tutti i livelli. Quindi in tanto in quanto il<br />
Politecnico rivendica una forte autonomia e<br />
responsabilizzazione verso il Ministero deve<br />
necessariamente, per poter essere coerentemente<br />
efficace, adottare lo stesso modello verso l'interno.<br />
Ciò significa:<br />
Avere organismi di governo centrale forti (S.A.,<br />
C.d.A.) che siano in grado di fornire linee di indirizzo,<br />
ripartire le risorse, valutare e controllare le<br />
"articolazioni" di primo livello: facoltà, dipartimenti,<br />
centri di varia natura sia scientifici sia<br />
didattici sia di servizio, poli territoriali, strutture<br />
temporanee di progetto etc. ma che non intervengono<br />
nello specifico. Ciascuna articolazione di<br />
primo livello deve avere poi la massima autonomia,<br />
all'intemo delle linee e rispettando i vincoli<br />
definiti.<br />
In questo contesto deve essere ancora meglio<br />
chiarito, anche in base alla prassi che si sta consolidando<br />
e che può essere considerata globalmente<br />
soddisfacente, il rapporto fra i due organi<br />
centrali che, con una approssimazione utile per<br />
trasferire il concetto in poche parole, si possono<br />
assimilare rispettivamente il Senato a una assemblea<br />
legislativa e il C.d.A. al Governo. Deve poi<br />
ancora essere messo a punto un modo di operare<br />
interno del Senato Accademico la cui efficienza<br />
ed efficacia è largamente insoddisfacente nei confronti<br />
del tempo speso e dell'impegno dedicato.<br />
Una revisione deve essere fatta anche relativamente<br />
alla figura del "delegato del Rettore" in<br />
diversi campi, figura che sta diventando sempre<br />
più importante per poter gestire aspetti strategici,<br />
di rilevanza trasversale per tutto lYAteneo, per<br />
svolgere istruttorie relative ad attività o non completamente<br />
coperte da nessuna struttura o nuove,<br />
e per lanciare l'operatività per coordinare campi<br />
di estrema rilevanza per l'Atene0 e per coordinare<br />
strutture diverse.<br />
Una riflessione dovrà essere svolta anche sull'articolazione<br />
in Facoltà e sul decentramento<br />
territoriale.<br />
I1 sistema di controllo di gestione, che è coerente<br />
a un modello di aumento di responsabilità e di<br />
delega controllata, deve essere ulteriormente diffuso,<br />
con particolare attenzione anche alle altre<br />
articolazioni di primo livello, tipicamente le<br />
facoltà.<br />
Deve essere probabilmente esteso il modello<br />
delle strutture temporanee di progetto, fornendo<br />
loro anche strumenti e metodi gestionali appropriati.<br />
Anche su alcuni dipartimenti va fatta una riflessione.<br />
Come si è detto una università è visibile<br />
soprattutto per la qualità della sua ricerca. I<br />
dipartimenti sono la sede della ricerca e dello sviluppo<br />
del personale. La loro articolazione, il loro<br />
dimensionamento, la loro consistenza, la capacità<br />
di definire una strategia di sviluppo sono condizioni<br />
essenziali per il successo non solo del<br />
dipartimento ma anche dell'Ateneo. È opportuno<br />
riflettere sulla articolazione dei dipartimenti nel<br />
loro complesso.<br />
Ulteriore forte sviluppo va dato agli insediamenti<br />
territoriali che finora hanno dato risultati<br />
eccellenti, superiori alle più ottimistiche previsioni.<br />
E nello sviluppo vanno anche considerate le<br />
esigenze e le opportunita di tutto il territorio circostante<br />
al polo stesso. In questo senso ci stiamo<br />
muovendo e qui ho il piacere di comunicare ufficialmente<br />
l'adesione già awenuta della Camera
Figura 10<br />
di Commercio di Sondrio e quella più che probabile<br />
della Provincia di Sondrio a Univerlecco.<br />
Benvenuto fra noi ai presidenti della Provincia e<br />
della Camera di Commercio di Sondrio, che si<br />
affiancano ai loro corrispondenti, ai sindaci, alle<br />
unioni industriali e alle banche operanti negli<br />
altri poli: Corno, Lecco, Cremona, Mantova,<br />
Piacenza. Così come ormai profondi sono i legami<br />
con altre strutture territoriali, primo fra tutte<br />
voglio citare il raggruppamento della Brianza con<br />
cui stiamo lavorando al disegno di uno sviluppo<br />
tecnologico-scientifico della zona.<br />
Un aspetto su cui dovremo mettere mano in<br />
modo radicale è costituito dalla necessità di formulare<br />
un piano pluriennale. Fra l'altro, fra le<br />
prime università, l'avevamo messo a punto sette<br />
anni fa. La grande turbolenza di questi anni ha<br />
distolto la nostra attenzione e le nostre limitate<br />
forze sono state concentrate su altri aspetti prioritari.<br />
Adesso invece lo riproponiamo come strumento<br />
principale di sostegno della politica di sviluppo<br />
non solo per la sua validità intrinseca ma<br />
anche perché riteniamo di essere pronti a utilizzare<br />
questi strumenti anche ai livelli diversi di articolazione<br />
dell'Ateneo - dipartimenti, poli territoriali,<br />
facoltà, centri.<br />
Un ulteriore campo su cui ci siamo già in parte<br />
mossi ma che deve essere ancora approfondito ed<br />
esteso è il benclti,ra~.king. Finora utilizzato per<br />
confronti all'intemo, pensiamo non solo di estenderlo<br />
ad altre situazioni interne ma aiiclie di<br />
applicarlo nei confronti di altre università, nazionali<br />
e straniere, con cui abbiamo già cominciato<br />
una conversazione in tal senso.<br />
Discorso a parte merita il Nucleo di valutazione<br />
a cui vanno i nostri più sentiti ringraziamenti per il<br />
lavoro svolto, per le osservazioni acute e i commenti<br />
che ci sono serviti per correggere alcune<br />
azioni, per averci permesso di confrontare alcune<br />
decisioni e per averci dato stimoli su nuove possibilità.<br />
I1 Nucleo, passata questa fase, che potremmo<br />
ritenere sperimentale, avrà un sempre maggiore<br />
ruolo nella nostra vita e per questo pensiamo di<br />
potenziarlo sia attraverso l'immissione di figure di<br />
alto livello esterne al Politecnico sia incrementando<br />
le risorse alle strutture di sostegno per ora qualitativamente<br />
eccellenti ma quantitativamente un<br />
po' troppo scarse, affidandogli un ruolo di critica<br />
costruttiva verso la nostra strategia, lasciando a<br />
organi interni il controllo di routine.<br />
Un ragionamento a parte meritano i regolamenti<br />
e lo Statuto. E in corso la revisione del regolamento<br />
di Amministrazione Contabilità e Finanza.<br />
I regolamenti devono essere considerati struinenti<br />
di sostegno e non vincoli di irrigidimento:<br />
regolamenti per facilitare e non già per burocratizzare;<br />
devono quindi essere sperimentati e<br />
variati nel tempo. Siamo in difetto e in ritardo su<br />
alcuni regolamenti. I1 regolamento didattico non<br />
è ancora completato; la scusa, parziale, è legata<br />
alle difficoltà di lavoro del Senato prima accennate,<br />
ma quella più sostanziale è legata al continuo<br />
cambiamento delle regole. Nessuna scusa<br />
invece per il ritardo sul regolamento del personale<br />
(diritti e doveri dei docenti e del personale tecnico-amministrativo)<br />
degli studenti (diritti e<br />
doveri) e del codice deontologico, a cui attribuiamo<br />
un grande significato, codice che ritengo sia<br />
la base del contratto di una comunità come la<br />
nostra. Codice semplice ma qualificante. Anche<br />
sulla capacità di produrne questi regolamenti e il<br />
codice si verificherà il Senato e il Rettorato.<br />
7. Gli spazi<br />
La politica degli spazi è sempre stata al centro<br />
della strategia di questi ultimi anni.<br />
I1 primo aspetto, quello quantitativo, può essere<br />
illustrato in modo semplice da un grafico. (Figura<br />
10) L'illustrazione parla da sola. Voglio richiamare<br />
l'attenzione solo su due fatti: il primo è che<br />
i valori sono stati calcolati prevedendo una diminuzione<br />
complessiva della popolazione studentesca.<br />
L'ipotesi, ancora da perfezionare, prevede<br />
una riduzione in 10 anni del 20% rispetto all'attuale.<br />
Ebbene, anche con questa ipotesi, dopo il completamento<br />
del piano della grande Bovisa il valore<br />
di mqlstudente, dato rozzo ma molto significativo<br />
per un'università come la nostra, raggiungerà<br />
il valore del 1963, prima cioè della espansione in<br />
via Bonardi e in via Ponzio-Bassini-Golgi.<br />
Stiamo cercando di riportare il Politecnico, in<br />
tempi ragionevoli, a standard ragionevoli, ancora<br />
purtroppo lontani dall'ottimale.<br />
Questo è il motivo per cui continuiamo a insistere<br />
sulla possibilità di acquisire l'area confinante del
Besta, probabilmente dismettendo alcuni insediainenti<br />
più lontani. Gestione degli spazi però non<br />
vuole dire soltanto costruire nuovi edifici ma<br />
anche assicurare altri spazi, di verde, di sport e<br />
per altre attività degli sh~denti e del personale.<br />
Anche questo è il significato del progetto Bovisa,<br />
che mostra come anche a Milano e in Italia si<br />
possano fare progetti di grande respiro culturale,<br />
che l'università vuol dire una grande oppoizunita<br />
per il quartiere, per la città, per l'attività industriale<br />
e per lo sviluppo economico e sociale<br />
oltreché ciilturale.<br />
Ma non operiamo solo in Bovisa, le nostra attività<br />
in edilizia in senso lato sono numerose.<br />
L'impegno professionale è elevatissimo, I'impegno<br />
economico e finanziario non è scarso. Non<br />
abbiaino una copertura finanziaria completa sii<br />
tutto il programma: però verifichiamo la concreta<br />
fattibilità di ogni passo prima di procedere<br />
oltre, convinti come siamo che la qualità del<br />
nostro lavoro porterà inan mano le risorse necessarie.<br />
Soltanto due ulteriori precisazioni: il piano di<br />
edilizia verrà prossiinamente arricchito di tutti gli<br />
aspetti di manutenzione preventiva all'interno dei<br />
quali verrà considerato anche l'aspetto della qualità<br />
e del decoro degli edifici nonché dell'utilizzo<br />
degli spazi verdi e stradali interni.<br />
L'altra osservazione riguarda il fatto che nel piano<br />
"edilizio" sono incluse, owiainente, le attrezzature.<br />
Per questo è rnolto iiiiportante definire<br />
come e da chi verranno utilizzati gli spazi.<br />
Attualmente è in attività una commissione di<br />
studio che sta elaborando diverse alternative per<br />
I'occupaziorie del primo lotto in Bovisa e quindi<br />
per tradurre operativainente le priorità già defiiiite<br />
sul trasferimento di alcuni dipartimenti.<br />
8. I1 ruolo nella società<br />
La recente conferenza dei rettori delle Università<br />
europee tenutosi a Berlino alla fine di agosto ha<br />
avuto come titolo generale e Iia affrontato coine<br />
tema centrale del dibattito, il niolo dell'università<br />
nella società. Argomenti dominanti e oggetto di<br />
ampia discussione sono statiad esempio I'individuazione<br />
dei cosiddetti stakeliolders e il rapporto<br />
f?a questi e l'università, il ruolo integratore e in un<br />
certo senso "politico" dell'università nella società,<br />
la sua funzione nello sviluppo culturale, ma anche<br />
il ruolo di portatrice di valori e di eticità.<br />
Una parte di questi aspetti sono ben presenti nel<br />
Politecnico dal momento della sua fondazione, sii<br />
altri, in particolare relativainente al poteiiziale<br />
ruolo politico, di integrazione culturale, di portatore<br />
di valori etici bisognerà discutere in inodo<br />
approfondito. La storia del Politecnico è ricca di<br />
esempi e la strategia di questi ultiiiii anni, che<br />
intendiamo riconfermare, consiste in un ampliainento<br />
e rafforzamento dei legami con tutte le<br />
istituzioni che operano siil territorio.<br />
Tradizionalmente e molto forte e sentito il legame<br />
con il inondo industriale; 1'Associazione<br />
Impresa Politecnico dovrebbe rappresentare il<br />
momento esemplare in cui si esaminano e si sviluppano<br />
operativainente i rapporti con il inondo<br />
industriale. Molte altre attività sono sviluppate<br />
anche al di fuori di questa Associazione: dai consorzi<br />
misti alle convenzioni generali, dagli stnge<br />
alle borse di dottorato, dalla foi~nazione continua<br />
ai laboratori e centri di servizio.<br />
Ma anche il rapporto con la Pubblica Amministrazione<br />
locale, ai vari livelli, sta notevolmente<br />
aumentando, potendo noi portare contributi di<br />
qualche rilevanza sia nella formazione - si pensi<br />
ad esempio al nuovo corso di laurea in<br />
Pianificazione territoriale, urba~ustica, ambientale,<br />
ma anche a numerosi corsi di specializzazione<br />
- sia nella ricerca e nel sostegno a interventi sul<br />
territorio e sull'ambiente in inolti degli aspetti<br />
più importanti: dal sistema dei trasporti alla<br />
gestione delle acque, dalla decontaminazione dei<br />
suoli alla gestione e al recupero delle aree<br />
dismesse.<br />
In relazione al rapporto fra Politecnico e società<br />
in generale, si può fare riferin~ento a quanto<br />
recenteinente esposto nell'intervento fatto agli<br />
Stati Generali di Milano. Ci proponiamo innanzitutto<br />
come aiuto per affrontare e risolvere probleini<br />
riguardanti il territorio che, per loro natura,<br />
sono complessi e richiedono una forte interdisciplinarietà:<br />
si pensi, tipicamente, alle infrastiutture.<br />
Ma possiamo anche fornire un sostegno per<br />
migliorare l'efficacia e l'efficienza della stessa<br />
pubblica amministrazioiie. Desideriamo poi fornire<br />
un contributo per costituire, in tutii i siti in cui<br />
siamo presenti, centri di sapere scientifico e tec-
nologico e di diffusione della tecnologia, aumentando<br />
la coinpetitività del tenitorio, per legare al<br />
territorio le iniziative imprenditoriali esistenti volte<br />
ad aumentarne le probabilità di successo, per<br />
attrarre investimenti e insediainenti da altre regioni,<br />
per contribuire a creare nuove iniziative<br />
imprenditoriali, non solo nel campo dei servizi<br />
ma anclie nelle attività manifatturiere che riteniamo<br />
fondamentali per lo sviluppo sul lungo temine<br />
e coerenti, fra l'altro, coli la tradizione e la<br />
vocazione storica di Milano e della Lombardia. I1<br />
modello di Politecnico-rete e il progetto Bovisa<br />
hanno, fra gli altri, anche questi obiettivi fra le<br />
priorità.<br />
9. Competitività e alleanze<br />
"I1 nuovo millennio si presenta a noi come una<br />
miscela di grandi promesse e grandi minacce. Da<br />
un lato le proniesse dell'evoluzione scientifica e<br />
tecnologica: dalla biomedica alle coinunicazioni,<br />
dalle tecnologie dell'informazione alle fonti di<br />
energia alternativa, dai nuovi materiali alla automazione.<br />
Dall'altro lato le minacce della balcanizzazione,<br />
del tribalismo, del terrorismo, dell'ineguaglianza<br />
nord-sud, del settarismo, della<br />
fame, del complesso bilanciamento fra popolazione,<br />
ambiente e risorse, la sfida dello sviluppo<br />
sostenibile e la relazione di questi problemi con il<br />
futuro dei tradizionali stati-nazione.<br />
Quello che è chiaro è che la chiave essenziale,<br />
anche se noli unica, del benessere uinano in questo<br />
nuovo e affascinante mondo è il sapere.<br />
Ma il sapere si acquista con fatica, non è un bene<br />
naturale. I1 sapere può essere fatto proprio solo da<br />
chi è preparato a riceverlo e ricliiede riflessione,<br />
scoperta, ricerca sofisticata ed esplorazione costosa.<br />
La soluzione dei problemi e il poter sfi-uttare le<br />
promesse dipende sempre di più dal sapere: il<br />
sapere scoperto, il sapere guadagnato, il sapere<br />
verificato, il sapere condiviso, il sapere applicato.<br />
E tutto richiede saggezza: il modo con cui il sapere<br />
è fatto proprio e utilizzato.<br />
I1 sapere è il "core business" dell'università. In<br />
ogni aspetto della sua scoperta, della sua verifica,<br />
della sua disseminazione e applicazione, I'università<br />
gioca un ruolo concreto. Ma in questo<br />
non è sola: fa parte di una grande rete: da tutto il<br />
sistema educativo all'industria, dagli istituti di<br />
ricerca alle organizzazioni internazionali.<br />
Il suo ruolo è essenziale: è il principale attore<br />
delle scoperte, il maggiore produttore della ricerca<br />
di base che costituisce le fondamenta delle<br />
nuove tecnologie e della salute, è il motore della<br />
crescita econon~ica, il custode e il trasmettitore<br />
del patrimonio culturale storico, il mentore di<br />
ogniiiuova generazione che entra in ogni professione,<br />
l'accreditatore delle competenze, l'agente<br />
della conoscenza individuale e della trasformazione<br />
della società."<br />
Questo è riportato all'inizio della "Dichiarazione di<br />
Glion " stesa nel maggio scorso dai rappresentanti<br />
del sistema uiiiversitario europeo e statunitense.<br />
Qualcuno potrebbe accusare questa dichiarazione<br />
di eccessiva parzialità, in quanto scritto esclusivamente<br />
da universitari, ma, al di là delle accentuazioni<br />
che ad alcuni potrebbero sembrare<br />
eccessivamente enfatiche, corrisponde a tutte le 1<br />
analisi sviluppate in differenti contesti che qualificano<br />
l'inizio del prossimo millennio come la<br />
"società della conoscenza".<br />
Ecco perché l'università è sempre più considerata<br />
come un fattore che aumenta la coinpetitività della<br />
regione in cui è inserita. Ma la competitività<br />
fra università è ben differente da quella che si<br />
genera in altri settori: potremmo chiamarla più appropriatamente emulazione a operare sempre 1<br />
meglio, il che comporta anche un forte scambio e ~<br />
interazione fra le università, senza frontiere e<br />
vincoli. E una competizione senza gelosie e senza<br />
vocazione a sconfiggere il concorrente. Ma<br />
tneiitre la "globalizzazione" e il confronto geiierale<br />
è un fattore da sempre presente nel sistema<br />
della ricerca, e anclie della fonnazione, pur tutta-<br />
via bisogna considerare che I'università singola è<br />
pur sempre localizzata in una specifica regione e<br />
quindi i1 suo modo di operare e il suo rilievo è un<br />
fattore che può generare implicazioni notevoli<br />
sullo sviluppo economico, produttivo, sociale e<br />
di qualità della vita in generale della comunità in 1<br />
cuiè inserita. Da qui due alleanze "naturali": da<br />
un lato con le altre università presenti sullo stesso<br />
territorio o almeno con una parte di esse con cui<br />
si ha maggiore affinità ovvero complementarietà<br />
e dall'altro lato con gli altri attori operanti sul<br />
territorio - quali la pubblica amministrazione, le<br />
associazioni imprenditoriali, sociali, culturali.<br />
'<br />
'<br />
I
Bisogna quindi definire non astrattamente ma<br />
con molta concretezza le diverse "regioni" in cui<br />
operiamo. Ne individuiamo tre.<br />
La prima è l'Europa, intesa anche in un'accezione<br />
più ampia dei confini amnlinistrativi-politici.<br />
In questa regione è già attiva una alleanza che<br />
riteniamo particolarmente significativa. E quella<br />
per esempio rappresentata, per gli aspetti formativi,<br />
da TIME, che raggruppa attualmente trentatre<br />
università tecniche europee, con rigidi criteri<br />
di selezione. Il programma principale di collaborazione<br />
riguarda finora la "doppia laurea" che<br />
è di assoluta eccellenza. Stiamo costruendo un<br />
ingegnere europeo. Di fatto la cosiddetta "armonizzazione"<br />
è già fatta, senza attendere accordi<br />
~ninisteriali. Questa associazione rivendica il primato<br />
della formazione europea degli ingegneri a<br />
fronte di quella statunitense. Soltanto un provincialismo<br />
ciilturale può confondere il primato<br />
politico-produttivo con un primato in tutti i campi.<br />
Gli USA attingono dalla nostra scuola (europea)<br />
oltreché da quella asiatica di lunga tradizione:<br />
basta andare nelle migliori università statunitensi<br />
per accorgersi di questo fenomeno. Stiamo<br />
attenti, con mosse avventate, a perdere questa<br />
superiorità. Si tratta, al contrario, di sfruttarla<br />
meglio.<br />
Questo è solo il primo passo istituzionale. I prossimi<br />
riguardano da un lato l'allargamento dell'alleanza<br />
ad altri attori politici ed economici quali<br />
l'Unione Europea e le associazioni imprenditoriali<br />
di diversi Paesi e stiamo già facendo passi<br />
concreti in tale direzione sia nell'associazione<br />
TIME, di cui peraltro il Politecnico ha la vicepresideiiza,<br />
sia insieme ad altre università.<br />
Dall'altro lato si tratta di estendere l'alleanza formativa<br />
agli altri campi in cui operiamo oltre<br />
all'ingegneria. Su questo stiamo analizzando possibili<br />
alternative.<br />
La seconda è l'Italia. Il doppio livello di alleanze<br />
è, anche qui, con altre università da un lato e<br />
con il mondo politico, econon~ico, sociale dall'altro.<br />
Fra università si stanno creando, non senza<br />
difficoltà, reti di collegamento. Le difficoltà probabilmente<br />
sono legate soltanto alle abitudini,<br />
prevalendo da un lato una certa gelosia e dall'altro<br />
un più usuale rapporto fra singoli e fra gruppi<br />
senza però una visione di rapporti istituzionali. Al<br />
contrario un accreditamento reciproco potrebbe<br />
permettere uno scambio più intenso di studenti e<br />
docenti e l'individuazione di teailr misti di ricerca<br />
porterebbe a un potenziamento di punti di forza e<br />
allo sfruttamento delle complementarietà.<br />
Ma è necessaria anche una forte alleanza fra il<br />
mondo politico, economico e sociale e le università.<br />
La ormai perfino noiosa tanto ripetuta affermazione<br />
della scarsità di risorse data al sistema<br />
universitario, illustrata anche in occasione di<br />
incontri ufficiali con il Governo, che impedisce<br />
l'allineainento del nostro sistema a quello europeo,<br />
gli ancora eccessivamente timidi passi sulla<br />
via di un processo di valutazione e di recupero<br />
delle distorsioni passate e dei privilegi accumulati<br />
nel tempo, una mancanza di verifica di fattibilità<br />
di obiettivi generali teoricamente giusti quali<br />
il diritto allo studio che però spesso si traduce di<br />
fatto in punizione per i pii1 deboli che pagano<br />
l'impossibilità dell'università di fornire servizi e<br />
assistenza adeguati, rappresentano aspetti che<br />
devono essere affrontati con realismo e tempestivamente.<br />
Una ancora scarsa sensibilità alla ricerca,<br />
una scarsa consapevolezza di quanto la formazione<br />
di alto livello possa essere un fattore<br />
decisivo per la competitività e quindi la inarginale<br />
attenzione a tutto il processo formativo, sono<br />
distorsioni e debolezze che devono essere rapidamente<br />
superati.<br />
Infine l'ambito territoriale più vicino e che più<br />
immediatamente è influenzato - in senso positivo<br />
o negativo - dalla presenza delle politiclie delle<br />
università è quello regionale e, a mio avviso, è<br />
quello che più si presta a un cambiamento radicale<br />
anche nel breve tennine. Da un lato l'alleanza<br />
fra le università ha maggiori possibilità di concentrarsi<br />
e addirittura l'esistenza di un luogo formale<br />
di discussione e di confronto delle diverse<br />
strategie quale è il "coordinamento regionale"<br />
rende più facile, se in questo senso ci si decide,<br />
un'alleanza forte. Noi stiamo propugnando una<br />
linea coordinata e unitaria del sistema universitario<br />
lombardo e, per fortuna, non siamo soli.<br />
Senza iattanza e senza presunzione proponiamo<br />
un'alleanza che porti a una concentrazione, in<br />
differenti siti, di competenze specialistiche per<br />
raggiungere masse critiche di risorse, fondamentali<br />
per raggiungere livelli elevati nella ricerca e
nella formazione. Ciascu~io probabilmente potrà<br />
"perdere" qualcosa ma alla fine tutto il sistema<br />
sarà più ricco: è iin gioco a somna fortemente<br />
positiva. Alcuni recenti passi, alcuni progetti<br />
comuni, lo stesso piccolo ma significativo esempio<br />
del lavoro congiunto, svolto coli il coordinamento<br />
importante della regione, sul FIS so110<br />
segnali positivi. Da parte nostra ci sentiamo di<br />
affermare che non demorderemo da questa linea,<br />
coli la speranza che noil si dimostri essere velleitaria.<br />
Ma, a maggior ragione, poiché i risultati<br />
maggiori ricadono sul territorio regionale ci<br />
aspettiamo un grande sostegno da parte della<br />
pubblica amministrazione locale a tutti i livelli,<br />
delle associazioni, delle forze imprenditoriali,<br />
culhirali, sociali.<br />
Ci aspettiamo clie tutte le forze locali ci sostengano<br />
nella nostra richiesta di estendere l'accordo<br />
di programma, stipulato con il Ministero per il<br />
progetto Bovisa, anche agli altri nostri insediamenti<br />
in Regione, primi fra tutti Coino e Lecco e<br />
che poi partecipino direttamente agli accordi<br />
specifici. Altrimenti si rischia che ancora una<br />
volta, contro il parere della maggioranza, si destinino<br />
risorse alle nuove università, puneiido il<br />
progetto di Università rete che ha avuto grandi<br />
attenzioni di plauso.<br />
Iri occasioiie degli Stati Generali del Comune di<br />
Milano si è avanzata infine l'idea, in linea coli<br />
quanto appena detto, di costituire una<br />
Fondazioiie per il Politecnico coiiivolgendo, oltre<br />
allo Stato, le forze locali. E nella linea di quella<br />
"alleanza delle autonotnie" che insieme ad altre<br />
iiniversità stiamo fortemente sosteiiendo.<br />
La Fondazione non ci pare essere un'idea peregrina.<br />
Così come alla nascita i fondatori - locali -<br />
decisero clie fosse opportlriio "offrire" allo Stato<br />
il Politecnico cosi forse, oggi, conviene ripensare<br />
il tutto in uno schema giuridico-istituzionale che<br />
affianchi allo Stato anche altri soci. Non è una<br />
provocazione, è solo una richiesta di considerare<br />
anclie alternative istituzionali nuove, tese semplicemente<br />
a favorire e a stimolare una ancora<br />
liligliore integrazione del Politecnico nella<br />
società.<br />
Nella già citata dichiarazione di Glion è presente<br />
questa affermazione: "L'università è una delle pii1<br />
grandi invenzioni di questo nlillennio: sebbene sia<br />
stata creata pii1 di nove secoli fa, essa rimane una<br />
delle glorie delle aspirazioni umane e uno dei<br />
trionfi del potere dell'imniaginazione - Noi, come<br />
membri di questa comunità del sapere, la sfidiamo<br />
a giocare un ruolo di trasformazione nella<br />
società, trasformando cosi l'università stessa".<br />
Sta a chi crede a queste parole accettare questa<br />
sfida. Gli antii scorsi è stata citata l'etica delle<br />
responsabilità, la responsabilità che Iia I'università<br />
verso le future generazioni, la necessità della<br />
lungimiranza.<br />
In questa linea si può concludere quest'anno<br />
citando da Bertrand Russel: "senza consapevolezza<br />
dei fini, la vita diventa grigia ed opaca",<br />
mentre noi la vogliamo luminosa e splendente.
Innovazione e competitività<br />
GIUSEPPE TOGNON<br />
Soiiosegretorio al Murst<br />
I<br />
1 Rettore De Maio, nella sua relazione, ha parlato<br />
di tre cose: di soldi, di Europa e di cultura.<br />
Di soldi io ora non parlo .... pero' parlo di<br />
Europa e le due cose non sono comunque disgiunte.<br />
In questi due anni abbiamo condiviso dei vincoli<br />
di solidarietà, che non sono vincoli di semplice<br />
giustizia redistributiva, ma sono stati dei vincoli<br />
di solidarietà nazionale molto fosti per un progetto<br />
che noi non abbiamo subito, ma abbiamo<br />
voluto e costruito. Oggi possiamo parlare di soldi,<br />
di Europa, di cultura, con una prospettiva che va<br />
al di là di quella che è la contingenza politica e<br />
che è una prospettiva degna per questo Paese.<br />
11 Goveino in queste circostanze entra sempre in<br />
punta di piedi, perché i nove secoli di Università<br />
rappresentano iin onore per chi ha responsabilità<br />
di Governo in materia ma rappresentano anche<br />
una grande rabbia perché non è possibile usare<br />
così male un patrimonio di così lunga storia, forte<br />
e potente quale è quello della intelligenza umana.<br />
Il problema fondamentale che dobbiamo affrontare,<br />
anche se i disaccordi siille strategie o sui metodi<br />
possono essere reali, è il seguente: noi abbiamo<br />
bisogno di governare l'innovazione per essere<br />
competitivi. È il nianage~~ier~t per l'innovazione il<br />
problema del governo dell'Università e della<br />
Ricerca Scientifica italiana. L'innovazione è completamente<br />
diversa dalla scoperta pura e semplice,<br />
l'innovazione richiede libertà, richiede semplicità,<br />
richiede meno leggi, richiede un potere politico<br />
molto semplice a fronte, però, di un potere legislativo<br />
e normativo a tutti i livelli molto sofisticato.<br />
Alla fine di questo secolo, noi vogliamo affermare<br />
che l'Europa della conoscenza, l'Europa della<br />
scienza, l'Europa dell'arte non è soltanto<br />
blrsi~less. Cu1tlrr.e iiot Bcrsitress: questo è il punto<br />
fondamentale. È solo affermando questo che noi<br />
possiamo far rientrare il btrsiness da tutte le parti,<br />
non come condizione che identifica, ma proprio<br />
come condizione che libera le risorse per la sua<br />
realizzazione. I1 sistema universitario italiano non<br />
lotta per la sopravvivenza, anche se, in molti casi,<br />
ha a che fare con problemi di sopravvivenza, di<br />
scantinati, di giovani ricercatori che operano in<br />
laboratori inadeguati, in una disperante incapacità<br />
di avere tecnologie di base o di processo che siano<br />
sufficientemente attuali e rapide per poter<br />
mandare avanti idee buone. Gli individui europei,<br />
l'Università europea, non lottano per la soprawivenza,<br />
ma lottano per l'identità, per la ricostri~zione<br />
di un modello ciilturale che non sia ovviamente<br />
qiiello che ha portato, con molti errori, al fallimento<br />
di quelli precedenti.<br />
L'innovazione rappresenta un processo per il<br />
popolo, non un processo per i tecnocrati. I1 problema<br />
di fondo è come fare i~inovazione in una<br />
realtà così sofisticata e complessa come<br />
l'università, dove componenti diverse pai-iecipano<br />
a ritualità diverse, dove le persone transitano,<br />
dove sostanzialmente i tneccanisnii di selezione<br />
sono meccanismi di cooptazione, dove gli interventi<br />
esterni si fermano là dove viene issata la<br />
bandiera del sapere. Allora la domanda è: dobbiamo<br />
innovare, Rettore? Andiamo avanti su questa<br />
strada che abbiamo tracciato? Qiiando ciascuno<br />
sostanzialmente passa la propria vita per resistere,<br />
per sbarcare il lunario, per cambiare il meno possibile,<br />
possianlo fare dell'Università un fattore di<br />
innovazione felice (coine ha concluso nella sila<br />
prolusione il Rettore)?<br />
Perché dobbiamo innovare? Per riconservare? È<br />
uii semplice adattarsi al cambiamento? I1 nodo è<br />
questo. Le domande vere sono queste.<br />
Noi dobbiamo innovare l'università non solo perché<br />
lo chiede l'organizzazione del sapere, perché<br />
ce lo chiedono le persone che vi transitano, ma<br />
perché, come ha detto il Rettore, la qualità della
vita di tutti i nostri concittadini può migliorare.<br />
Quindi, l'innovazione, come vedete, non è una<br />
meta in quanto tale, l'innovazione è uno strumento.<br />
Le mete nell'nniversità, nella vita politica, ciascuno<br />
le individua in base alla propria coscienza,<br />
alle proprie convinzioni. Non spetta al Govemo.<br />
Io vi posso solo dire che, in due anni e quattro<br />
mesi di governo Prodi si è fatto un processo di<br />
innovazione normativa e legislativa che è superiore<br />
in tem~ini quantitativi, non so se qualitativi, a<br />
quello degli ultimi venti anni.<br />
Si sono introdotte nell'università italiana e soprattutto<br />
nel sistema della ricerca parole dimenticate,<br />
non parole nuove ma parole antiche: selezione<br />
preventiva, valutazione tra i pari, meccanismi<br />
oggettivi di i~iptrt e di ozrpzrt per I'allocazione delle<br />
risorse, competizione alla pari tra professionalità.<br />
Si è mantenuto tutto questo all'interno di un<br />
quadro di valore legale del titolo di studio, all'intemo<br />
di un quadro di diritto allo studio che è quello<br />
della nostra Costituzione. E questi elementi<br />
non sono una costrizione, non sono da abbandonare<br />
prima che l'innovazione abbia dato pieiiamente<br />
i propri frutti.<br />
Per la ricerca si è cercato di usare le risorse che<br />
avevamo in maniera pii1 intelligente, si è proceduto,<br />
per la prima volta dal 1963, alla riforma radicale<br />
dei grandi enti di ricerca, attraverso i decreti<br />
legislativi in corso di discussione, I'ASI, I'ENEA,<br />
il CNR, che operava ancora sui decreti del 1945;<br />
si è cercato sostanzialmente di mettere in inovimento<br />
un'intera macchina. I risultati non li vedrò<br />
io, non li vedrete nemmeno tutti voi, ina sono<br />
risultati nelle possibilità di questa legislatura.<br />
Infine, segnalo che l'articolo 45 del Collegato a<br />
questa finanziaria introduce un altro tassello nell'architettura<br />
del sistema, un tassello non "ministeriale",<br />
ma promosso dal Ministero. Il Govemo<br />
si impegna con questa finanziaria a mettere in<br />
campo diecimila borse di ricerca di natura e misura<br />
variabile all'interno di scambi di reciprocità<br />
con Fondazioni e Istituzioni estere, nazionali, nell'arco<br />
del triennio 1999-2001. E lo fa non aprendo<br />
un ufficio al Ministero ma promuovendo la<br />
Fondazione Italiana per la Scienza.<br />
Vogliamo dirlo in inglese? Suona meglio Italian<br />
Science Foundation. Che cos'è? È il recupero di<br />
una dimensione di centralità a uno sforzo colletti-<br />
vo, che non si sostituisce alla dinamica della rete<br />
dei centri dellYUniversità nella loro grandissima<br />
autonomia, ma che segnala l'intenzione del Paese<br />
di costruire una Onlus con benefici fiscali molto<br />
forti a sostegno della mobilità e del recupero di<br />
tutte le risorse umane, nazionali e non solo nazionali.<br />
Questo è un modo di attrezzare il Paese a<br />
una competizione che ci ha visto in termini di<br />
organizzazione molto arretrati. È un modo perché<br />
tutti voi, tutti noi, quando si va in giro a partecipare<br />
a riunioni nelle sedi decisionali si sappia di<br />
andarci con una struttura ed un modello organizzativo<br />
che è una struttura equivalente a quella<br />
degli altri grandi Paesi colti. Si potrà andare al<br />
confronto con la consapevolezza di rappresentare<br />
un sistema formativo integrato e un modello libero,<br />
flessibile, audace di università.
Quale lo scopo dell'università?<br />
NICOLA SIGNORELLI<br />
Yice Presidente del Consiglio<br />
degli Studenti<br />
B<br />
uon giorno a hitti e grazie della opportunità<br />
che mi è stata offerta di parlare oggi<br />
in occasione della inaugurazione del 136"<br />
Anno Accademico del Politecnico di Milano. Di<br />
fronte a un evento cosi importarite e rappresentativo<br />
nasce il desiderio di riscoprire le origini di<br />
questo luogo. Che cos'è e da dove nasce I'università?<br />
La parola ~rrii~re~sit~s ci ricorda che la conoscenza<br />
è un fattore che ha a che fare con I'universo<br />
cioè con la totalità della realtà, degli aspetti<br />
della vita e delle dimensioni della persona.<br />
Lo scopo della università è quindi lo studio della<br />
realtà tutta in relazione al significato che essa possiede,<br />
per questo l'università è la strada per la realizzazione<br />
delle esigenze di felicità di ogni persona<br />
che vi studia, vi insegna e vi ricerca. Tanto è<br />
vero che l'università è nata nel Medioevo per<br />
opera di studenti che unitisi hanno scelto docenti<br />
in grado di insegnare loro un metodo per introdursi<br />
alla conoscenza delle cose.<br />
Quest'ultimo è l'aspetto più affascinante e più<br />
avvincente per noi studenti: la possibilità di avere<br />
di fronte uomini che ci trasmettano il proprio<br />
sapere e la propria esperienza umana, cioè maestri<br />
che sappiano insegnare a partire dal proprio lavoro,<br />
dai propri shidi, in fondo dalla propria vita.<br />
La fatica dello studio, il seguire assiduamente le<br />
lezioni acquistano cosi un gusto e una curiosità<br />
che sono la linfa vitale di un vero apprendimento<br />
e della ricerca scientifica, cioè delle due dimensioni<br />
fondamentali della università.<br />
A noi studenti interessa questo tipo di università,<br />
ed è per questo clie ci impegniamo durante l'anno<br />
anche nei vari organi accademici affrontando e<br />
giudicando i probletiii che sorgono: a partire dalle<br />
riforme in atto fiiio ad arrivare ai problemi pii1<br />
semplici che riguardano il singolo studente (piani<br />
di studio, corsi di lingua, borse di studio, alloggi.<br />
..). Vorrei in pai-ticolare indicare due aspetti<br />
riguardanti l'attualità della vita universitaria<br />
rispetto ai quali a mio awiso questa visione dell'università<br />
ha un'incidenza significativa.<br />
I1 primo è la riforma universitaria. A mio parere<br />
comamo il rischio di voler arrivare troppo velocemente<br />
a una soluzione sostitutiva di quella attuale,<br />
sia da parte del ministero che degli organi accademici,<br />
perdendo l'occasione di riformulare realmente<br />
il sistema universitario. Occorre infatti<br />
tenere conto dell'esigenza di accorciare il percorso<br />
degli studi e di permettere quindi allo sh~dente<br />
di approdare al inondo del lavoro in tempi ragionevoli<br />
rispetto alla durata nominale dei corsi di<br />
laurea (che comunque vedono ancora una presenza<br />
massiccia dei fuori corso). A tale proposito<br />
sono coiivinto della importanza dell'apporto di<br />
noi studenti nel lavoro di verifica e ridistribuzione<br />
dei carichi didattici sia attraverso l'utilizzo dell'osservatorio<br />
della didattica (che sta ottenendo<br />
buoni risultati), sia attraverso presenza negli organi<br />
accademici (C.C.L., C.C.D., C.F.).<br />
Proprio perché l'università è una fonna di conoscenza<br />
aperta a tutti gli aspetti della realtà e della<br />
vita vorrei mettere a tema un punto siil quale<br />
abbiamo sempre insistito: favorire la libera iniziativa<br />
degli studenti nelle diverse fornie di associazione<br />
e aggregazione all'interno della università<br />
stessa. E essenziale a riguardo che si valorizzino e<br />
si incentivino le forme di iniziative culturali e<br />
sociali promosse da shidenti e docenti. A questo<br />
proposito uscirà prossimainente una nota di indirizzo<br />
niinisteriale avente come oggetto una normativa<br />
che agevoli e promuova la presenza di<br />
associazioni e cooperative formate da studenti<br />
all'interno dei vari atenei, ad esempio assicurando<br />
e incrementando la disponibilità di spazi per gli<br />
studenti, riconoscendo quindi il valore di presenza<br />
e la validità dei servizi offerti da tali soggetti. La<br />
nota di indirizzo sarà inoltre seguita da un decreto.<br />
Certo che anche questo sarà un fattore fondamentale<br />
per la crescitae lo sviluppo della università in<br />
Italia, colgo I'occasione per augurare un biion<br />
lavoro a tutti i presenti.
La modellistica matematica:<br />
una sintesi tra teoremi e mondo reale<br />
ALFIO QUARTERONI<br />
Ordinario di mfcofo numerico<br />
Figura I<br />
La modellistica<br />
matematica.<br />
"Le forn~e create dal niatenrntico, conie qtrelle<br />
create àal pittore o h1 poeta, deiporio essere belle;<br />
le idee, coise i colori o le pcii-ole, deiporio legarsi<br />
ai7iiortiosai~terite. AI nionclo, non vi è lrn posto<br />
perenne per la niateniaticu bi*trttrr. "<br />
G.H.Hardj><br />
v<br />
orrei innanzitutto ringraziare il Magnifico<br />
Rettore e il Senato Accademico per aver-<br />
~ni affidato la prolusione che dà inizio al<br />
nuovo Anno Accademico. È un grande onore per<br />
me e per il dipartimento di cui faccio parte. I1 tema<br />
che mi propongo di analizzare è quello della<br />
modellistica matematica, del suo ruolo nella scienza<br />
in generale e nella cultura politecnica in particolare,<br />
nonché del suo interesse nel contesto extraaccademico.<br />
Negli ultimi decenni abbiamo assistito<br />
a un vertiginoso aumento dell'uso della<br />
matematica, sia nello sviluppo teorico di diverse<br />
discipline scientifiche, sia nelle applicazioni a svariati<br />
contesti nella vita quotidiana. Mezzo secolo<br />
fa, salvo sporadiche eccezioni, con il termine<br />
"matematica applicata" si intendeva essenzialmente<br />
l'applicazione della matematica alla meccanica.<br />
Oggi, la matematica può considerarsi, a buon diritto,<br />
un elemento fondamentale del processo cognitivo<br />
e descrittivo di intere discipline, quali, per<br />
esempio, la fisica, la chimica, la biologia, le scienze<br />
dell'ingegneria, la medicina e l'economia. Con<br />
il tennine modellistica matematica si intende il<br />
processo che si sviluppa attraverso l'interpretazione<br />
di un problema originato da tali discipline, la<br />
rappresentazione dello stesso problema mediante<br />
il linguaggio e le equazioni della matematica, I'analisi<br />
di tali equazioni, nonché l'individuazione di<br />
metodi di simulazione numerica idonei ad approssimarle,<br />
e infine, I'implementazione di tali metodi<br />
su calcolatore tramite opportuni algoritmi (Fig. 1).<br />
Che cosa motiva l'interesse per la modellazione<br />
matematica, e quali sono i vantaggi che possono<br />
derivare dall'applicazione di una buona teoria<br />
matematica ai diversi aspetti del reale? Nelle<br />
scienze sperimentali, via via che una disciplina<br />
passa dallo stadio primordiale di ossei-vazione e<br />
descrizione empirica di fenomeni, a quello di<br />
stnittura logica organizzata, essa tende a servirsi di<br />
strumenti matematici sempre più raffinati. Per<br />
altre scienze, le motivazioni possono essere molteplici<br />
e di varia natura. Per esempio, si formulano<br />
modelli matematici quando si vogliono porre i<br />
presupposti per esercitare un controllo su dinamiche<br />
demografiche o sociali.<br />
Oppure, come awiene per molti problemi nelle<br />
scienze economiche, i modelli matematici consentono<br />
di desumere informazioni quantitative operando<br />
su un numero di variabili assai più grande di<br />
quelle che potrebbero essere considerate in un'analisi<br />
meramente qualitativa. Ciò avviene per<br />
quelle teorie che formulano ipotesi su agenti che<br />
non possono prendere decisioni indipendentemente<br />
uno dall'altro e che tendono a massimizzare<br />
determinati obiettivi con risorse limitate. In tale<br />
contesto, è cruciale riuscire a prevedere la risposta<br />
di sistemi fortemente interdipendenti al variare<br />
delle condizioni di riferimento (come le situazioni<br />
di mercato).<br />
È infine doveroso rilevare come un forte impulso<br />
alla modellazione matematica della realtà su scala<br />
sempre più vasta sia venuto dall'applicazione dell'analisi<br />
dei sistemi, attraverso la quale si amplia il<br />
campo di osservazione, concependo scenari su<br />
scala globale. A titolo di esempio, citiamo il<br />
modello elaborato nel periodo della guerra fredda<br />
sul comportamento dell'atmosfera dopo l'uso di<br />
armi atomiche, con la terrificante prospettiva dell'inverno<br />
nucleare. Oppure il cosiddetto modello<br />
di global change, che vede tuttora impegnati<br />
numerosi scienziati per la descrizione dell'interazione<br />
fra oceani, terra e atmosfera, al fine di predire<br />
in termini accurati variazioni climatiche dovute<br />
all'effetto serra.
La modellistica matematica<br />
nella cultura politecnica<br />
Qualunque ne sia la inotivazione, grazie alla<br />
modellistica matematica un problema del inondo<br />
reale viene trasferito dall'uiiiverso che gli è proprio<br />
in iin altro habitat in ciii può essere aiializzato<br />
pii1 convenientemente, risolto per via iiiimerica,<br />
indi ricondotto al suo a~iibito originario previa<br />
visualizzazioiie e interpretazione dei risiiltati ottenuti<br />
(Fig.2). 11 modello non esprime necessariamente<br />
l'intima e reale essenza del problema (la<br />
realtà è spesso così complessa da non lasciarsi<br />
rappresentare in modo esaustivo con formule<br />
matematiche), ma deve fominie una sintesi utile. I<br />
matematici hanno un ruolo peculiare in tale contesto.<br />
Essi sanno vedere e capire la natiira intrinseca<br />
di un problema, deteiminare quali caratteristiche<br />
sono rilevanti e quali non lo sono, e, di consegnenza,<br />
sviluppare una rappresentazione mateinatica<br />
che contiene l'essenza del problema stesso.<br />
Una caratteristica della sfera d'indagine matematica<br />
presente in questo processo è l'astrazione,<br />
ovvero la capacità di identificare caratteristiche<br />
comiini in campi differenti, così che idee generali<br />
possano essere elaborate a priori e applicate di<br />
conseguenza a situazioni fra loro assai diverse. I<br />
matematici hanno la consuetudine a trattare con<br />
l'astrazione, separandosi dal problema e sganciando<br />
la loro analisi da tecnologie specifiche e<br />
mutevoli; a fare emergere sottili divergenze e portare<br />
alla luce aiialogie a priori iinpensabili; a sviluppare<br />
modelli per sistemi astratti e diinostrame<br />
le proprietà fondamentali (coglie bene questa pulsione<br />
Eddiiigton quando scrive: "la dimostrazione<br />
è un idolo davanti al quale il matematico si toitu-<br />
13"). L'ingegneria lia tradizionalinente beneficiato<br />
dell'uso di modelli matematici nelle varie fasi<br />
inerenti la progettazione, il coiitrollo, I'ottitnizzazione<br />
e la gestione di processi tecnologici e produttivi,<br />
nei settosi pii1 disparati quali quello aeronautico,<br />
meccanico-strutttiristico, chiinico, della<br />
microelettronica, dell'industria energetica e di<br />
processo, della bio-ingegneria e dell'ainbiente.<br />
Gli ingegneri sono sempre pii1 interessati a utilizzare<br />
in modo complementare l'analisi sperimentale<br />
e la simulazione numerica. La prima è insostituibile<br />
per acquisire una corretta sensibilità fisica<br />
nei confronti del fenomeno in esame, anclie se<br />
può avere costi elevati. Inoltre, in alcuni frangenti,<br />
come nel caso della galleria del vento per I'analisi<br />
di processi fluidodinamici, può essere affetta<br />
da fenomeni di interferenza, oltre a dovere far<br />
ricorso a modelli in scala ridotta. La modellistica<br />
matematica, unita alla siinulazione numerica, è<br />
più flessibile ed elastica nello studio della variabilità<br />
della risposta in rapporto al mutare dei paranietri<br />
di progetto o delle condizioni al contorno.<br />
Sempre nel caso fluidodinamico, essa consente di<br />
giungere a una descrizione completa del campo di<br />
moto, anche se, per regimi di flusso turbolenti,<br />
coine vedremo essa necessita l'introduzione di<br />
ulteriori ipotesi circa il meccanismo di trasferiinento<br />
di energia. La modellistica matematica è<br />
dunque elemento di congiunzione fra la modellistica<br />
sperimentale e la realizzazione progettuale.<br />
A monte, i modelli matematici traggono linfa<br />
vitale dall'analisi fenoinenologica e sperimentale<br />
(Fig.3). Le equazioni sono sempre ispirate da leggi<br />
fisiche fondamentali, quali le condizioni di<br />
equilibrio nella statica, o la conservazione della<br />
massa, dell'energia e del momento nella dinamica<br />
dei mezzi continui. In tali equazioni, gli aspetti<br />
inerenti la reologia dei materiali, l'individuazione<br />
delle condizioni al contorno, nonché la determinazione<br />
dimensioiiale dei coefficienti e dei parametri<br />
caratteristici, sono fornite dall'analisi ingegneristica.<br />
(E proverbiale l'idiosincrasia dei matematici<br />
verso l'analisi dimensionale delle eqiiazioni<br />
che essi trattano, preferendo di gran lunga I'ambientazione<br />
in spazi funzionali astratti in cui svanisce<br />
ogni riferimento 'tangibile' alla fisicità del<br />
problema originario. Essi sognano un moiido in<br />
rnodellistica 1 e 1 rnodelllsilca<br />
I 1 I<br />
matematica<br />
numerica<br />
Flgua 2. Interazioni fra mondo<br />
reale e modellistica.
Figuri 3<br />
Analisi preliminare<br />
Figura 4<br />
Dal design preliminare<br />
alla simuladone numerica.<br />
Figura 5<br />
Analisi a posteriori.<br />
figura 6<br />
Dall'avan-progetto<br />
al progetto.<br />
riaualizzazbne<br />
ed anallsi bei<br />
cui l'ingegnere dica: "questo è il problema, ecco<br />
le equazioni". Tuttavia, raramente un problema<br />
dell'ingegneria nasce già formulato in termini<br />
rigorosamente matematici, e lo sforzo congiunto<br />
deve mirare a far affiorare le informazioni rilevanti<br />
e i dati significativi per la costruzione completa<br />
di un modello).<br />
Ulteriore elemento distintivo dell'analisi preliminare<br />
è, in molti casi, la costruzione di un modello<br />
geometrico, owero la rappresentazione, attraverso<br />
modellatori solidi o strumenti di CAD, della<br />
regione tridimensionale entro cui le equazioni<br />
andranno risolte. Si pensi, per esempio, alla complessità<br />
del modello geometrico necessario a rappresentare<br />
un aereo in configurazione completa,<br />
partendo da un design preliminare, prima di intraprenderne<br />
la simulazione numerica (Fig.4). A<br />
valle del processo, la complessità dei risultati<br />
numerici ottenuti da un modello rende necessaria<br />
una loro analisi in forma logicamente organizzata,<br />
e una verifica alla luce delle prove sperimentali<br />
disponibili, ma, soprattutto, dell'intuizione dell'ingegnere.<br />
Quest'analisi retroattiva può a sua<br />
volta innescare un processo iterativo di modifica<br />
del modello (nelle equazioni e10 nei parametri<br />
che lo definiscono), sino a quando i risultati ottenuti<br />
su una classe significativa di casi di studio<br />
non siano ritenuti soddisfacenti da chi ha posto il<br />
problema (Fig.5).<br />
Un esempio, relativo alla progettazione aerodinamica<br />
di un veicolo o un velivolo, è illustrato in<br />
Fig. 6. Si noti come nella fase che intercorre fra il<br />
design preliminare (o avan-progetto) e il progetto<br />
definitivo si ricorra in modo interattivo della galleria<br />
del vento e della simulazione numerica. La<br />
modellistica matematica può, dunque, diventare<br />
uno degli elementi aggreganti (e qualificanti) della<br />
cultura politecnica.<br />
La presenza di laboratori sperimentali e di gallerie<br />
del vento, di specialisti nell'analisi teorica,<br />
nell'informatica, nelle scienze fondamentali quali<br />
la fisica e la chimica, e nei settori più spiccatamente<br />
tecnologici, e anche nell'architettura, nella<br />
grafica avanzata e nel design, è elemento distintivo<br />
di una scuola politecnica e può fungere da elemento<br />
catalizzatore e propulsivo per lo sviluppo<br />
di una disciplina intersettoriale quale è la modellistica<br />
matematica.
La simulazione numerica<br />
L'obiettivo primario per un matematico applicato<br />
è la risoluzione effettiva del problema. I problemi<br />
matematici folmulati nell'ambito della modellistica<br />
non sono quasi mai risolubili per via analitica.<br />
I teoremi dell'analisi matematica e della geometria,<br />
seppur fondamentali per stabilire se il problema<br />
sia "ben posto" o meno, assai raramente haiino<br />
natura costruttiva atta a indicare un processo di<br />
rappresentazione esplicita della soluzione. E pertanto<br />
necessario sviluppare metodologie di<br />
approssimazione che, in ogni circostanza, conducano<br />
ad algoritmi che rendano possibile la risoluzione<br />
su calcolatore.<br />
I1 compito di trasformare una procedura matematica<br />
in un programma di calcolo corretto richiede<br />
attenzione alla struttura, efficienza, accuratezza e<br />
affidabilità. Per tale ragione, la scelta di un metodo<br />
numerico non può prescindere da una conoscenza<br />
adeguata delle proprietà qualitative della<br />
soluzione del modello matematico, del suo comportamento<br />
rispetto alle variabili spaziali e temporali,<br />
delle sue proprietà di regolarità e stabilità.<br />
È pertanto giustificato l'uso del tennine modellistica<br />
numerica che generalmente si adotta a tale<br />
riguardo. Essa è una scienza interdisciplinare, che<br />
si trova alla confluenza di vari settori, quali la<br />
matematica, l'informatica e le scienze applicate.<br />
Intrinseco al concetto di modello numerico vi è<br />
quello di approssimazione, e dunque di errore.<br />
La modellistica numerica mira a garantire che<br />
l'errore sia piccolo e controllabile e a sviluppare<br />
algoritmi di risoluzione efficienti. La controllabilità<br />
è un requisito ciuciale per un modello numerico:<br />
l'analisi numerica fornisce stime dell'errore<br />
che garantiscano che esso stia al di sotto di una<br />
soglia di precisione fissata a priori (la ben nota<br />
tolleranza percentuale accettabile dall'ingegnere).<br />
A tale scopo vengono progettati algoritmi adattivi,<br />
i quali, adottando una procedura di feedback a<br />
partire dai risultati già ottenuti, modificano i<br />
parametri della discretizzazione numerica e<br />
migliorano la qualità della soluzione. Ciò è reso<br />
possibile dalla analisi a posteriori (quella basata<br />
sulla conoscenza del residuo della soluzione calcolata),<br />
uno strumento supplementare (rispetto<br />
all'analisi a priori, o di Hadamard), di cui può<br />
giovarsi la modellistica numerica.<br />
Una misura dell'efficienza di un algoritmo è la<br />
sua complessità, ovvero la quantità di risorse<br />
(tempo di calcolo e occupazione di memoria)<br />
richieste per I'implementazione dell'algoritmo<br />
stesso. La convinzione che i supercalcolatori oggi<br />
disponibili consentano la risoluzione di problemi<br />
di arbitraria complessità è illusoria. Lo vedremo<br />
nel seguito, dove considererò alcuni esempi relativi<br />
a modelli deterministici, esprimibili tramite<br />
equazioni differenziali alle derivate parziali. In<br />
particolare, mi limiterò al caso delle equazioni<br />
della dinamica dei fluidi, per le quali esiste una<br />
consolidata tradizione di ricerca presso il nostro<br />
dipartimento di matematica.<br />
Personalmente, pur essendomi dedicato anche ad<br />
altre problematiche, quali l'analisi delle strutture,<br />
e dei fenomeni di propagazione di onde acustiche,<br />
elastiche ed elettromagnetiche, sono particolarmente<br />
attratto dalla dinamica dei fluidi, perché da<br />
un lato la si incontra in una amplissima gamma di<br />
problemi in diverse discipline scientifiche, dall'altro<br />
essa dà origine a una delle più difficili collezioni<br />
di problemi dell'intera matematica applicata.<br />
Un esempio impegnativo:<br />
la Modellistica in fluidodinamica<br />
I fluidi (liquidi o gas) hanno un ruolo pervasivo<br />
nella nostra vita quotidiana. La dinamica dell'atmosfera,<br />
la dispersione di agenti inquinanti nell'aria,<br />
la formazione di correnti e la circolazione di<br />
sedimenti nei corsi d'acqua, il fluire del sangue<br />
nel nostro sistema cardiovascolare, sono solo<br />
alcuni esempi che corroborano questa afferinazione.<br />
Altri processi, di natura apparentemente diversa,<br />
sono tuttavia riconducibili a modelli di fluido:<br />
per esempio (a livello microscopico), gli elettroni<br />
in un dispositivo a semiconduttore si comportano<br />
come un fluido che conduce corrente elettrica.<br />
Tutti questi esempi (e innumerevoli altri) sono<br />
modellabili attraverso un sistema di equazioni alle<br />
derivate parziali introdotte dall'ingegnere fiancese<br />
Louis Marie Henri Navier e dal fisico irlandese<br />
sir George Gabriel Stokes.<br />
Nonostante tali equazioni siano note da oltre un<br />
secolo, molte caratteristiche del moto dei fluidi<br />
continuano a eludere la nostra capacità di comprensione.<br />
Peraltro, i problemi intricati hanno<br />
sempre esercitato un sottile fascino sui matematici
m;I<br />
'-<br />
%L C r<br />
'-@p'*:<br />
5<br />
6<br />
Figura 7<br />
Scale della turbolenza<br />
e spettro di energia.<br />
Figura 8<br />
Vortici nella scia<br />
di un cilindro. nel caso<br />
in cui Re=200.<br />
(come puntualizza P.Hein, "un problema degno di<br />
essere attaccato si dimostra tale resistendo agli<br />
attacchi"). I metodi analitici non conducono praticamente<br />
mai a esplicitare la soluzione delle equazioni<br />
di Navier-Stokes, se non sotto ipotesi fisiche<br />
e geometriche cosi restrittive da svuotare le stesse<br />
equazioni di ogni interesse applicativo.<br />
La ragione di tale difficoltà è la naturale propensione<br />
dei fluidi a esibire comportamenti complessi,<br />
o, per meglio dire, turbolenti. La turbolenza,<br />
peraltro, non è una proprietà costitutiva di un fluido,<br />
ma piuttosto un regime specifico del flusso,<br />
che si manifesta quando un numero molto elevato<br />
di gradi di libertà prende parte attiva nella dinamica<br />
del fluido. La nonlinearità del modello fa sì<br />
che la fisica sia accoppiata a tutte le possibili scale<br />
del moto. Tale interazione fra le scale è la<br />
responsabile del coinportamento turbolento.<br />
Parafrasando U.Frisch e S.Orszag, dobbiamo<br />
ammettere che oggi si conosce meno delle scale<br />
fini della turbolenza (per esempio, di ciò che succede<br />
alla scala di lmm nell'atmosfera) di quanto<br />
non si conosca la struttura sub-atomica della<br />
materia, o quella di grande scala dell'universo.<br />
I1 parametro che misura il "livello di turbolenza"<br />
in modo sintetico è il cosiddetto numero di<br />
Reynolds, direttamente proporzionale alla velocità<br />
caratteristica del fluido e inversamente proporzionale<br />
alla sua viscosità molecolare. I1 numero<br />
di Reynolds misura l'importanza della convezione<br />
(che avviene alle scale macroscopiche)<br />
rispetto alla dissipazione (che si attiva invece a<br />
partire dal livello molecolare).<br />
Dall'analisi delle equazioni di Navier-Stokes si<br />
può inferire che il numero di gradi di libertà attivi<br />
in un flusso turbolento è dell'ordine di N=Re9/4<br />
(per semplicità di ragionamento, si può pensare di<br />
dover trattare, a ogni istante temporale, una serie<br />
di Fourier con N frequenze attive).<br />
Essendo il numero di Reynolds di numerosi flussi<br />
(per esempio quelli intorno a un aereo) dell'ordine<br />
di lo6, il corrispondente numero di gradi di<br />
libertà attivi può tranquillamente superare IOt3,<br />
owero diecimila miliardi.<br />
L'energia che alimenta il fluido alle grandi scale<br />
(dovuta alle condizioni al contorno e alle forze di<br />
volume) viene trasferita a scale via via più piccole<br />
attraverso l'interazione nonlineare fra i gradi di<br />
libertà attivi nel fluido, con una sorta di cascata di<br />
energia che prosegue sino a raggiungere una scala<br />
cosi piccola al di sotto della quale l'energia<br />
stessa viene irreversibilmente dissipata in calore.<br />
La più piccola scala attiva nel fluido, che indicheremo<br />
con k, è nota conte scala di Kolmogorov e<br />
risulta essere direttamente proporzionale alla più<br />
grande scala L e inversamente proporzionale a<br />
Re3/4 (Fig.7).<br />
La conseguenza di una tale relazione è presto evidenziata.<br />
Per esempio, nella turbolenza atmosferica<br />
(quella che deve essere simulata ogni giorno<br />
per le previsioni meteorologiche) il numero di<br />
Reynolds è dell'ordine di IO8 (owero 100 milioni)<br />
e pertanto, l'energia immessa a una scala di un<br />
chilometro si può ritrovare a scale dell'ordine di<br />
un millimetro.<br />
Una caratteristica generale di un fluido turbolento<br />
è la presenza di regioni di flusso coerente, entro<br />
cui la turbolenza si organizza dando forma a moti<br />
regolari e non caotici, tipicamente strutture a spirale<br />
chiamate vortici. Un tornado ne costituisce<br />
un esempio su grande scala, cosi come gli anelli<br />
che si creano dal fumo di una sigaretta lo sono su<br />
piccola scala.<br />
In Fig. 8 sono illustrati i vortici generati nella scia<br />
di un cilindro, qui rappresentato dalla sua sezione<br />
circolare. Le strutture coerenti appaiono organizzate<br />
in forma gerarchica, in cui i grandi vortici<br />
danno origine ai piccoli vortici, questi ultimi generano<br />
a loro volta strutture ancora più piccole, e<br />
cosi via tino a un diametro k dell'ordine della scala<br />
di Kolmogorov, coine schematizzato in Fig.7.<br />
Per converso, ogni scala spaziale è influenzata in<br />
modo significativo da una scala pii1 piccola, e<br />
quest'ultima a sua volta da scale sempre inferiori,<br />
in un processo a catena che viene comunemente<br />
denominato enkanced transport.<br />
Per simulare numericamente un flusso turbolento,<br />
difficilmente si possono tenere in conto tutte le N<br />
scale attive, dalla macroscala L sino a quella di<br />
Kolmogorov k. Per esempio, nel caso della turbolenza<br />
atmosferica, per poter simulare lo scambio<br />
energetico sino alla scala di Kolmogorov, si<br />
dovrebbero usare metodi che abbiano una distribuzione<br />
di nodi (dove calcolare le variabili primarie,<br />
la velocità e la pressione) che distino fra loro<br />
meno di un millimetro.
Ciò condurrebbe, per la sin~ulazione di una porzione<br />
di fluido di un solo cliilometro di ampiezza,<br />
alla risoliizione di un sistema dinamico di 1018<br />
variabili (ovvero un iniliardo di miliardi di incognite),<br />
che nessiiti calcolatore oggi esistente<br />
potrebbe affrontare.<br />
È pertanto giocoforza riniinciare alla cosiddetta<br />
simulazione diretta della turbolenza (o DNS) e<br />
ricorrere a metodi di riduzione che approssimiiio<br />
direttamente solo un numero limitato di scale del<br />
fluido, e modellino il trasferimento energetico<br />
dalle scale piccole (quelle non considerate) a<br />
quelle "grandi", attraverso opportuni processi di<br />
media o di rinonnalizzazione (Fig. 9 per una rappresentazione<br />
schematica).<br />
Un iilteriore elemento di difficoltà si incontra nella<br />
modellistica e nella simulazione di flussi in<br />
presenza di reazioni chimiche, sia nel caso inonofase<br />
che in quello multifase.<br />
Per ragioni di tempo non svilupperò questo argomento,<br />
nonostante il notevole interesse che eiso<br />
riveste in numerosissiine applicazioni.<br />
Nella pratica industriale, l'uso esteso della speriinentazione<br />
ha costihiito a lungo il solo stnimento<br />
disponibile per l'analisi di fenomeni connessi al<br />
moto dei fluidi. In alcune circostanze, tuttavia, le<br />
temperature e le velocità in gioco sono così elevate<br />
che la speriinentazione in galleria del vento è<br />
ardua se non impossibile (si pensi per eseinpio<br />
alla fase di rientro dall'atinosfera di un veicolo<br />
spaziale).<br />
In aih'e situazioni, per esempio nello studio degli<br />
effetti fisio-patologici indotti dalla fluidodinatnica<br />
del sangue, la sperin~entazione in vivo, oltre a<br />
essere poco accurata e iiievitabilmente laciitiosa,<br />
non è esente da eleinenti di owia criticità per il<br />
paziente.<br />
La modellistica numerica del inoto dei fluidi, se<br />
iiiipostata con il giusto rigore matematico, può<br />
fornire risultati affidabili per la coinprensione di<br />
fenomeni complessi ed essere un valido stnirnento<br />
di supporto all'analisi sperimentale e alla progettazione<br />
industriale.<br />
Nahiralmente è necessario sviliippare metodologie<br />
numeriche adatte e predisporre algoritini che<br />
sappiano sfruttare in inodo ottimale le poteiuialità<br />
offerte dalle moderne architetture di calcolo<br />
vettoriale e parallelo.<br />
Ridurre per poter risolvere<br />
La coinplessità dei problemi da risolvere, tuttavia,<br />
può essere ancora troppo elevata in relazione al<br />
molo che la siinulazione nuinerica deve rivestire.<br />
Per esempio, nella fase di progettazione e ottiinizzazione<br />
di un veicolo, nell'industria automobilistica<br />
si ricorre alla utilizzazione di diversi codici<br />
di calcolo in inodo interattivo per l'analisi integrata<br />
delle diverse componenti progettuali.<br />
La Fig.10 mostra che i tempi di elaborazione<br />
richiesti per l'analisi di alcuni eleiiieiiti sono troppo<br />
elevati per consentire diverse simulazioni giornaliere.<br />
In tali casi, si impone un ripeiisainento del<br />
inodello e una sua opportuna riduzione dimensionale.<br />
Per esempio, il n~odello ridotto delle equazioni<br />
di Navier-Stokes in cui vengano trascurati<br />
gli sforzi viscosi dà origine alle cosiddette equazioni<br />
di Eulero, le quali bastano a predire accuratamente<br />
la pressione e la portaiiza nell'aerodina-<br />
ELLA SkYiLASUJ#IE NUWBXC.iD<br />
Ilf TREA AiUTQMQBYlSTEA#<br />
MI* "l-<br />
-l *-<br />
Figura 9<br />
Scale risolte e scale modellate<br />
nella simulazione<br />
di flussi turbolenti.<br />
Figura 1 O<br />
Complessità della simulazione<br />
numerica nell'industria<br />
automobilistica.
Figura I I<br />
Decomposizione del dominio<br />
e calcolo parallelo.<br />
Figura 12<br />
Fattore di guadagno nel tempo<br />
di calcolo per la risoluzione<br />
di sistemi lineari<br />
Incremento delle prestazioni<br />
per la risoluzione di sistemi lineari<br />
- dovute UI metodi numerici<br />
- dovute allo sviluppo dell'hardwere<br />
IO' 1 I I 1<br />
mica esterna, e anche lo scambio di energia fra<br />
fluido e macchina in flussi interni. Una ulteriore<br />
riduzione porta alla cosiddetta equazione del<br />
potenziale non lineare, una singola equazione<br />
(non più un sistema di equazioni) che ben si presta<br />
a descrivere flussi irrotazionali e isentropici,<br />
ed è per tale ragione frequentemente utilizzata<br />
iiell'industria aeronautica per la simulazione di<br />
regimi non transonici. Naturalmente, l'adozione<br />
di modelli ridotti consente di abbassare drasticamente<br />
la complessità del problema, rendendo possibili<br />
simulazioni che altrimenti non lo sarebbero,<br />
ma tale riduzione deve essere giustificata. Dal<br />
punto di vista fisico non deve far perdere di significatività<br />
al problema in esame, da quello<br />
matematico deve conservare le proprietà teoriche<br />
fondamentali del modello originario. La sintesi fra<br />
queste due esigenze non è sempre facile e richiede<br />
uno sforzo congiunto di matematici e ingegneri.<br />
In un altro ambito, la riduzione della complessità<br />
si può anche ottenere ricorrendo alla partizione<br />
geometrica del problema, onde rendere efficace i1<br />
ricorso al calcolo parallelo. In tale caso si nconduce<br />
il problema numerico originario a una successione<br />
di problemi di dimensione ridotta, ognuno<br />
dei quali può essere risolto con una procedura<br />
simultanea in un ambiente di calcolo multiprocessore.<br />
In Fig.1 l si illustra schematicainente questo<br />
processo relativamente alla simulazione del flusso<br />
intorno a un profilo alare di un aereo in assetto di<br />
atterraggio. In effetti, lo sviluppo delle architetture<br />
parallele ha stimolato i matematici a progettare<br />
nuovi metodi di calcolo, spesso basandosi su una<br />
rifonnulazione dello stesso n~odello matematico.<br />
In Fig.12 viene mostrato come il fattore di abbattimento<br />
del tempo di calcolo dovuto a vent'anni di<br />
evoluzione nell'hardware sia addirittura superato<br />
da quello acquisito migliorando progressivamente<br />
i metodi numerici e adattandoli alle architetture<br />
vettoriali. La crescita simbiotica dell'hardware e<br />
del sofìware è uno dei presupposti per trattare con<br />
successo modelli matematici di complessità sempre<br />
maggiore. I1 nostro Rettore ha dimostrato in<br />
modo tangibile di condividere questo punto di<br />
vista, e di credere all'importanza che il calcolo<br />
scientifico ad alte prestazioni riveste per questa<br />
Scuola; di questo lo voglio personalmente ingraziare.<br />
Grazie per l'ascolto.<br />
Nella prefazione al suo capolavoro A Brief Hisfor:~! of Tirite,<br />
Stephen Hawking scrive che il suo editore lo amiiioni che ogni<br />
equazione iiitrodotta nel testo gli avrebbe fatto dimezzare le<br />
vendite. Hawking si limitò a incliidere la celeberriiiia equazione<br />
dell'energia di Einstein. Per tnsposizione, C fatte le debite<br />
proporzioni, ancli'io ho raccolto idealmente questo monito e<br />
non Iio inserito alcuna eqiiazioiie. Non sono certo che la coniprensione<br />
di qiiesie note ne risulti agevolata. Posso invece<br />
affeniiare con certezza che questa voloiitaria riiiiiiicia è stata<br />
molto sofferta: ogni matematico costretto a espriiiiersi senza<br />
equazioni conipie un gesto di autentico eroisiiio!
Il Contributo del Politecnico di Milano<br />
alle ricerche spaziali<br />
Introduce il Rettore del Politecnico Prof. Adriano De Maio<br />
I1 Politecnico di Milano ha una grande tradizione<br />
di sviluppo e applicazione di tecnologie<br />
in campo spaziale. In particolare, i tre dipariimenti<br />
promotori di questo convegno rappresentano<br />
l'anima "spaziale" del nostro ateneo,<br />
essendo impegnati da tempo nell'ambito delle<br />
telecomunicazioni, dell'osservazione della<br />
Terra, della progettazione di strutture per<br />
moduli orbitanti e, più recentemente dell'analisi<br />
quantitativa del comportamento motorio<br />
dell'uomo durante l'esposizione prolungata<br />
alla microgravità.<br />
Questo convegno è stato organizzato nell'ambito<br />
di quest'ultimo settore ed è specificatamente<br />
dedicato allo studio del comportamento<br />
motorio dell'uomo in microgravità con la partecipazione<br />
di esperti nazionali ed internazionali<br />
del settore. Ringrazio il Professor Pedotti,<br />
Direttore del Dipartimento di Bioingegneria,<br />
per aver contribuito a far si che questo Convengo,<br />
di cui è principale promotore, sia anche<br />
un'occasione per presentare il ruolo che il<br />
Politecnico di Milano ha svolto nell'ambito<br />
del Programma Spaziale Internazionale.<br />
E un onore e un piacere avere con noi il<br />
Capitano Michael Baker, comandante dello<br />
Space Shuttle e veterano delle missioni spaziali.<br />
La sua visita è uii'opporiuniti unica per<br />
avere una diretta testimonianza delle attività<br />
dell'uoino nello spazio, che in questo caso,<br />
hanno riguardato l'ultima missione del<br />
comandane Baker, culminata con il quinto<br />
dockiiig della navetta Shuttle Atlantis alla<br />
Stazione Spaziale Mir, nell'ambito del programma<br />
congiunto russo-americano "Shuttle<br />
to Mi". Di seguito interverranno il Capitano<br />
Baker e quattro colleghi dei Dipartimenti di<br />
Bioingegneria, Elettronica e Aerospaziale, che<br />
illustreranno le diverse aniine dell'attività del<br />
Politecnico di Milano in campo spaziale.<br />
Ringrazio i relatori e i partecipanti a questo<br />
convegno e vi auguro un proficuo lavoro.<br />
"Human Performance" in microgravità<br />
Antonio Pedotti. Guido Baroni, Giancarlo Ferrigno<br />
Dipartimento di Bioingegneria<br />
Introduzione<br />
Dall'avvento dell'Era dell'esplorazione spaziale<br />
segnata dal lancio dello Sputnik 40 nel 1957 e in<br />
seguito dal volo di Juri Gagarin nel 1961, la ricerca<br />
scientifica e tecnologica in rnicrogravità ha assunto<br />
dimensioni ed importanza sempre crescenti.<br />
Per il mondo medico-scientifico delle Scienze della<br />
Vita, l'assenza di gravità è vista come una condizione<br />
sperimentale unica, in grado di far emergere in una<br />
diversa e spesso più illuminante prospettiva aspetti del-<br />
I iirtemi firiologiu<br />
pii initcrrati dagli oHem<br />
delreiporiuonr alla<br />
miuograviti<br />
Sistema xhelttrito<br />
listenta medare<br />
listema cardiorartolarc<br />
* lirtema rtrpiratorio<br />
* Siami wnrPnali<br />
Sistema rnnoro autonoirio<br />
* Sistema mnoso unink<br />
la fisiologia degli organismi biologici.<br />
I primi voli con equipagjo umano hanno dato il via<br />
allo studio degli effetti che l'esposizione alla microgmviti<br />
comporta sull'uomo.<br />
L'interesse si è sviluppato sotto l'aspetto dell'approfondimento<br />
delle conoscenze fisiologiche, ma anche<br />
più propriamente sulla prevenzione delle degenerazioni<br />
indotte dalla microgravità su molti sistemi dell'organismo<br />
di astronauti e cosmonauti.<br />
Accanto a fenomeni di degenerazione a carico del<br />
sistema muscolo-scheletrico, cardiovascolare e respiratorio,<br />
l'interesse primario del Dipartimento di<br />
Bioingegneria del Politecnico di Milano è stato rivolto<br />
ad aspetti neurofisiolgici di adattamento dei meccanismi<br />
di integrazione seusori-motoria e delle strategie<br />
posturali au'ambiente rnicrogravitario.<br />
In questo senso, le tecnologie di analisi del movimento<br />
sviluppate presso il nostro Dipartimento hanno trovato<br />
un'iniportante applicazione in ambito spaziale, unendo<br />
all'interesse prettamente scientifico una stimolante sfida<br />
tecnologica.<br />
Analisi del movimento in microgravità<br />
L'analisi auantitativa tridiniensionale del movimento<br />
di soggetti in assenza di gravità rappresenta un'aiiività<br />
soerinientale di estremo interesse in anibito scientifico<br />
e tecnologico. In particolare, la caratterizzazione delle<br />
sirategie di movimento investe aspetti di approfondimento<br />
conoscitivo nel campo delle neuroscienze di<br />
base e pone obbiettivi più specificatamente di applicazione<br />
clinica e di ottimizzazione delle prestazione dell'uomo<br />
in ambiente microgravitario.<br />
La raccolta di informazioni di natura cinematica sul<br />
movimento dell'equipaggio di missioni spaziali è stata<br />
basata in esperienze precedenti sull'analisi di fotogmfie<br />
e di video acquisiti in volo.<br />
Metodiche di osservazione qualitativa o video digitalizzazione<br />
bidimensionale (una telecamera) non hanno<br />
tuttavia consentito di ottenere risultati ailidabili in termini<br />
di accuratezza e ripetibilità, precludendo ogni<br />
possibilità di osservare in modo quantitativo e sistematico<br />
l'attività motoria degli astronauti, sia durante attività<br />
lavorative di routine, sia durante l'esecuzione di<br />
specifici protocolli di movimento. Una possibile alternativa<br />
è la cosiddetta "tuta biomeccanica" ("raiige of<br />
i~ioiioii sirit ") che compare come facilif~, disponibile<br />
per attività sperimentali a bordo di ISSA.<br />
L'esperimento tecnologico T3 della missione ESA-<br />
EUROMIR '95 basato proprio su uno strumento del<br />
genere (ANBRE), ha tuttavia evidenziato i limiti di<br />
tale tecnoloeia. "<br />
La costrizione dei movimenti, la necessità di sviluppare<br />
un modello HW specifico per ogni soggetto, una<br />
diilicile e poco stabile calibrazione del sistema ed una<br />
accuratezza che ammette errori anche di IO0 nella<br />
misura degli angoli articolari precludono la possibilità<br />
di raggiungere l'obbiettivo di una accurata e sistematica<br />
valutazione quantitativa delle performance motorie.
qiln Ymir<br />
I<br />
I"'"<br />
P014L md CiR00UD<br />
Iirn YIR<br />
Il sistema ELITE-S In configurazione di volo.<br />
Layout del sistema ELITE-S nel Core Module della Stazione orbitante MIR.<br />
La forma di calibrazlone & riportata in dettaglio.<br />
11 ruolo del Dipartimento<br />
di Bioingegneria del Politecnico di Mano<br />
Le tecnologie opto-elettroniche per l'analisi del movimento<br />
(sistema ELITE, Elaboratore di Analisi<br />
Televisive) sviluppate dal Dipartimento di<br />
Bioingegneria e dal Centro di Biongegneria della<br />
Politecnico di Milano e della Fondazione Pro<br />
Juventute Don Gnocchi, sono emerse come shumenii<br />
capaci di offrire consistente afidabilità, accuratezza e<br />
flessibilità opemionale per l'impiego su piattaforme<br />
orbitanti. I1 sistema ELITE consente di devare la presenza<br />
nell'ambiente di marcatori attivi o passivi, di<br />
registrarne le coordinate bidimensionali e, attraverso<br />
metodiche di stereofotogrammetria, di ricostruirne la<br />
posizione tridimensionale. I1 vantaggio operativo per<br />
l'installazione e l'impiego a bordo di moduli orbitanti<br />
consiste nel fatto che al conhaio di sttumentazioni da<br />
calibrare sul soggetto ("ratlge of tiiotios sirits") il sistema<br />
ELiTE è realizzato in modo da operare nell'ambito<br />
di uno specifico volume calibrato, senza alcun contatto<br />
con il soggetto e senza limitarne in alcun modo i<br />
movimenti.<br />
In questo senso, le tecnologie opto-elettroniche su cui<br />
è basato il sistema emergono come particolarmente<br />
adatte per la realizzazione di facilities per l''analisi<br />
quantitativa tidimensionale del movimento umano in<br />
microgravità, con specifiche finalità in campo seientifico<br />
e tecnologico:<br />
I approfondimento delle conoscenze sui meccanismi<br />
di controllo e apprendimento motorio, con risvolti sulla<br />
L'equipaggio della missione EUROMIR '95.<br />
Da sinistra a destra: Juri Gidzenko. comandante;<br />
Thomas Reiter ingegnere di bordo;<br />
Sergei Avdeev ingegnere di bordo.<br />
definizione delle shulture ed identificazione dei paramehi<br />
di modelli interpretativi dei sistemi fisiologici;<br />
W approfondimento della diagnostica di patologie<br />
selezionate, sulla base di una maggiore comprensione<br />
dei meccanismi di adattamento, e conseguentemente<br />
degli effetti che palologie a diversa uiologia possono<br />
indurre sul comportamento motono del paziente;<br />
1 trasferimento delle conoscenze in riabilitazione per<br />
lo sviluppo di procedure innovative e pianificazione di<br />
specifici programmi per il recupero di mobilità in<br />
pazienti con deficit motori o sensoriali;<br />
progettazione ergonomica di veicoli spaziali, di<br />
componentistica e sistemi di intemione uomo-macchina<br />
destinati a moduli orbitauti abitati, che tenga<br />
conto delle prestazioni dell'astmnauta;<br />
W definizione di programmi di attività fisica come<br />
contromisura agli effetti della microgravità sull'uomo,<br />
in preparazione di missioni di lunga durata.<br />
La stazione orbitante russa MlR<br />
L'esperimento tecnologico T4 "Human Posture in<br />
Micmgraviiy" parte del programma sperimentale della<br />
missione EUROMIR'95 ha dimostrato la praticabilità<br />
d'impiego di una versione space-qiral$ed a quattro<br />
telecamere (ELITE-S) del siitema ELITE, installata a<br />
bordo del Modulo principale della stazione spaziale<br />
russa MIR ed utilizzato nell'arco dell'intera durata<br />
della missione (I 79 giorni). Olire alla raccolta di dati<br />
di riferimento prima del volo dopo il rientro a terra<br />
dell'equipaggio, sono state realizzate otto sessioni sperimentali<br />
in volo, che hanno consentito di acquisire<br />
100 Mb di dati di movimento tridimensionali in<br />
microgravità su due soggetti.<br />
Il programma sperimentale dell'esperimento T4, articolato<br />
in diecio protocolli, è stato progeitato per lo studio<br />
di perJorn~ance motorie di estremo interesse<br />
(postura ed equilibrio, coordinamento occhi-testamano,<br />
coordinamento testa-tronco, movimenti assiali,<br />
respirazione, ergonomia).<br />
L'esperimento ha rappresentato la prima esperienza di<br />
installazione e ripetuto impiego di un siitema automatico<br />
di analisi del movimento durante una missione di<br />
lunga durata.<br />
I risultati ottenuti confermano la possibilità di impie<br />
gare con successo una tecnologia opto-elettronica di<br />
analisi del movimento a bordo di moduli orbitanti e<br />
hanno consentito di evidenziare una serie di interventi<br />
in campo tecnologico e metodologico volti alla valorizzazione<br />
dell'accuratezza dell'analisi cinematica,<br />
athxverso l'incremento dell'affidabilità e della semplicità<br />
d'impiego del sistema.<br />
La missione EUROMLR'BS<br />
La collaborazione tra Agenzia Spaziale Italiana (ASI)<br />
e Dipartimento di Bioingegneria del Politecnico di<br />
Milano nasce in occasione della missione EURO-<br />
MIR'95, realizzata dall'Ente Spaziale Europeo (ESA)<br />
e dalllAgenzia Spaziale Russa (RKA).<br />
La missione ha comportato la permanenza per 179<br />
giorni di un cosmonauta ~ sso (Sergiei Avdeev) e di<br />
un astronauta europeo (Thomas Reiter) a bordo della<br />
stazione spaziale russa MIR C la realizzazione di un<br />
denso programma sperimentale, articolato in due raggruppamenti<br />
principali: esperimenti medico-scientifici<br />
ed esperimenti tecnologici.<br />
VASI ha curato dinamente la pianificazione di tre<br />
esperimenti tecnologici, che prevedevano attività di<br />
implementazione di specitico hardware di volo e una<br />
conseguente attività sperimentale sia a terra prima e<br />
dopo il volo (BDC pregight e post-j'ight) sia durante<br />
la missione a bordo della stazione orbitante.<br />
Lo schedule della missione si t. articolato su alcune tappe<br />
fondamentali: nel Luglio 1995, la capsula cargo<br />
Pmgress, carica del materiale scientifico per gli espximenti<br />
di EUROMIR'95 partiva dal cosmodromo di<br />
Baykonour in Kazahstan. Nell'Agosto 1995 venivano<br />
realizzate le sessioni di trairiirig all'equipaggio e le<br />
acquisizioni sperimentali pre-fliglit (Baseline Data<br />
Collection) nella base di Start City, nei pressi di<br />
Mosca, alle quali ha partecipato il tema di ricercatori<br />
del Dipartimento di Bioingegneria, coiinvolti anche nella<br />
definizione di aspetti tecnici ed operativi dell'esperimento<br />
T4, simulando l'installazione, la calibrazion~<br />
l'impiego del sistema ELITE-S all'intemo del inock-up<br />
della Stazione MIR. Il 3 Settembre 1995 l'equipaggio<br />
decollava da Baykonour a bordo di un vettore Soyuz.<br />
Dopo 179 giorni di permanenza nello spazio, il 29 feb<br />
braio 1996, gli uomini di ELIROMIR'95 rientravano<br />
felicemente a temi. Dal 29 febbraio al 5 Marzo venivano<br />
realizzate le acquisizioni post-flight presso Star<br />
City, con la diretta partecipazione di ricercatori del<br />
Dipartimento di Bioingegneria.
iì progetto "Human Posture in greak"<br />
L'esperimento T4 "Human Posture in Microgravity"<br />
ha coinvolto il Dipartimento di Bioingegneria del<br />
Politecnico di Milano, in collaborazione con ALENIA<br />
Spazio Torino sia per la pianificazione scientifica dell'esperimento,<br />
sia per la progettazione e realizzazione<br />
dell'harhwre (ELITE-SI e del sohare di volo.<br />
ii sistema ELÌTE-S, è iato adaiiato alle esigenze di<br />
peso ed ingombro richieste per I'uploading ed è stato<br />
realizzato con componentistica space-qualijied e<br />
secondo gli standard richiesti per soddisfare i requisiti<br />
di resistenza meccanica, termica e di EMC imposti per<br />
il funzionamento a bordo della stazione MIR.<br />
La configurazione finale del sistema comprendeva<br />
quatiro TV camere, un box contenente I'eleitmnica<br />
dedicata del sistema, un Expansion Tray per I'interfacciamento<br />
con il computer di volo. Accessori fondamentali<br />
quali la forma di calibrazione, brackets per il<br />
fissaggio delle TV camere al modulo orbitante, marcatori<br />
ed adesivi per il loro fissaggio sul corpo del soggetto,<br />
completavano l'equipaggiamento sperimentale.<br />
Il sohare di volo. realizzato oresso il Dioartimento di<br />
Bioingegneria ha consentito di impostare automaticamente<br />
i paramehi di acquisizione del sistema in hnzione<br />
di una predefinita sequenza di esperimenti per<br />
ogni sessione sperimentale<br />
La fase di installazione del sistema all'interno del<br />
Core Module della stazione MiR ha previsto il fissaggio<br />
delle TV camere in opportune posizioni in modo<br />
da assicurare la possibilità di definire un opportuno<br />
campo di vista per una conveniente visibilità del<br />
oggetto durante la realiazione degli esperimenti in<br />
programma.<br />
Il ridotto spazio a disposiiione e la necessità di semplificazione<br />
procedurale per gli operatori hanno imposto<br />
l'implementazione di una procedura di calibrazione<br />
del sistema non convenzionale, necessaria per la<br />
ricostruzione delle coordinate iridimensionali dei marcatori<br />
acquisiti durante uno specifico movimento. Tale<br />
metodica è stata basata sull'acquisiizione di un oggetto<br />
tridimensionale portante 22 marcatori opportunamente<br />
dishibuiti sulla forma stessa.<br />
L'obbiettivo primario dell'esperimento è stato I'acquisizione<br />
delle coordinate di specifici punti di repere<br />
anatomici del soggetto, sui quali erano fissati i marcatori<br />
riconoscibili dal sistema, secondo opportuni<br />
modelli di specifici per ogni protocollo. A partire dalle<br />
coordinate tridimensionali dei marcatori, ottenute<br />
dopo un post-processi~ig convenzionale a terra, il<br />
movimento eseguito o la postura assunta è stata caratterizzata<br />
sia attraverso una analisi cinematica completa<br />
(stima della cinematica del baricentro corporeo, calcolo<br />
di angoli ira segmenti corporei, velocità ed accelerazioni<br />
angolari e lineari, quantità di moto totale,<br />
momento della quantità di moto) sia mediante metodi<br />
di analisi di covarianza (metodo delle componenti<br />
principali). L'intento è quelio di individuare opportuni<br />
parametri che consentano di descrivere quantitativamente<br />
il movimento o la postura in analisi, mettendo<br />
in luce modificazioni nelle strategie di controllo motorio<br />
e l'instaurarsi di processi di adattamento alla condizione<br />
di microgravità. L'esperimento nel suo complesso<br />
è stato organizzato in diversi raggnippamenti di<br />
protocolli specifici. Esperimenti di neurofisiologia:<br />
prevedono movimenti classici per i'analisi di pmmetri<br />
neurofisjologici di controllo e strategia di movimento.<br />
In particolare, movimento di perturbazione<br />
volontaria della postura eretta (movimenti assiali, sollevamento<br />
arto inferiore, osciljazioni del tronco) consentono<br />
di valutare il ruolo che i canali informativi<br />
rivestono nel quadra generale dell'organizmione del<br />
movimento nell'uomo e nell'apprendimento di nuove<br />
shategie motorie in assenza del riferimento gravitario.<br />
Esperimenti di analisi posturale: forniscono una<br />
descrizione posturale della percezione della verticalità<br />
del soggetto (esperimento di postura eretta) e della<br />
cosiddetta 'posizione indifferente" intesa come condizione<br />
di massimo rilassamento muscolare.<br />
Misurazioni antropometriche del soggetto a partire<br />
dalle posizioni dei marcatori acquisiti consentono di<br />
effettuare valutazioni sulle modificazioni anatomiche<br />
dovute all'assenza di sfom a carico degli arti inferiori<br />
e della colonna vertebrale, evidenziando una possibile<br />
correlazione tra tali modificazioni ed una ceda categw<br />
ria di sintomi da "spacesicRnRFs".<br />
L'awio dell'era della Siazione Spaziale internazionale<br />
richiede la progettazione e la realizzazione di sitemi<br />
intensi come veri e propri laboratori orbitanti. Questo<br />
deve necessariamente prevedere una attenta analisi<br />
quantitativa del comportamento motorio e posturale<br />
dei soggetti in micrograviià, condizione fondamentale<br />
per I'ottimizzazione ergonomica delle postazioni di<br />
lavoro e l'affuiamento delle contromisure agli effetti<br />
della micmgravità sull'uomo. L'obbiettivo dei protocolli<br />
di valutazione di posture di lavoro a bordo della<br />
stazione spaziale.<br />
~s~erimento di respirazione: il protocollo di analisi<br />
cinematica dei movimenti respiratori, messo a punto in<br />
campo clico come applicazione del sistema ELITE<br />
convenzionale, ha consentito di valutare modificazioni<br />
a breve e lungo termine di parametri fisiologici di<br />
respirazione. L'obbiettivo di tale protocollo è stata la<br />
valutazione della meccanica respiratoria dei soggetti<br />
nelle vari fasi della missione, evidenziando gli effetti<br />
del 'tJliiihshifE' sulla funzione respiratoria.<br />
Collaborazione con esperimento di l$ science 38-D:<br />
il sistema ELITE-S è stato utilizzato oltre che per le<br />
già citate acquisizioni proprie dell'esperimento T4,<br />
anche nell'ambito di una collaborazione con il<br />
Dipartimento di Neurologia del19Università Ludwig<br />
Maximilian di Monaco di Baviera (Prof. Thomas<br />
Brandt, Prof. Marianne Dietrich). I1 sistema è stato<br />
impiegato per l'acquisizione di dati cinematici dei<br />
soggetti a terra ed in volo durante I'esperimento tedesco<br />
di video oculografia e di stimolazione optocinetica.<br />
L'intento è stato quello di verificare se alcune disfunzioni<br />
di controllo motorio e posturale, riscontrate in<br />
pazienti con patologie a carico del tronco encefalico,<br />
possano essere indotte su soggetti sani dall'assenza di<br />
gravità e correlate con alcuni sintomi di disorientamento<br />
e mal di spazio accusati da alcuni astronauti .<br />
F<br />
Risultati<br />
L'esperimento T4 "Human Posture in Mimgravity"<br />
ha rappresentato la prima esperienza in assoluto di<br />
analisi quantitativa tridimensionale del movimento<br />
umano a bordo di una stazione orbitante, durante una<br />
missione di lunga durata. La sua realizzazione è stata<br />
resa possibile daUa particolare flessibilità del sistema<br />
di analisi preso in considerazione e dalle previste<br />
modalità di calibrazione ed esercizio. Dal ounto di<br />
vista tecnologico, l'esperimento ha riscosso un pieno<br />
successo: Hardware e Soiìware hanno funzionato seE<br />
za inconvenienti per tutta la durata della missione. Dal<br />
punto di vista delle procedure a bordo, l'esperienza di<br />
EUROMiRP5 ha evidenziato la necessità di snellire<br />
le attività sperimentali, sia in termini di tempo da allocare<br />
per ogni sessione sperimentale, sia in termini di<br />
impatto sulle attività a bordo deUa stazione, a causa<br />
della necessita di utilizzare completamente lo spazio<br />
disponibile all'interno del modulo prescelto per gli<br />
esperimenti. L'equipaggio della missione è stato<br />
comunque ampiamente all'altezza del compito e,<br />
nonostante le intrinseche difficoltà deil'esperimento,<br />
tutte le sessioni in programma sono state realizzate,<br />
acquisendo circa 50 minuti (2.986 sec) di acquisizioni<br />
in volo e 105.860 fotogrammi di posture dei soggetti,<br />
che si stanno rivelando del tutto sufficienti per il<br />
raggiungimento degli obbienivi tecnico-scientifici dell'esperimento.<br />
Controllo posturale in microgravita il<br />
molo del vettore gravità per il corretto posizionamento<br />
corporeo è un argomento di attuale dibattito nell'ambito<br />
della neurofisiologia posturale. In questo ambito,<br />
i'ambiente microgravitario rappresenta una condizione<br />
sperimentale estremamente utile per isolare le variabili<br />
ritenute alla base dei meccanismi di regolazione posturale.<br />
Due ipotesi contrastanti vengono attualmente<br />
discusse. Secondo la prima, la postura eretta viene<br />
ottenuta allineando l'asse del tronco (asse Z) lungo la<br />
direzione verticale assoluta. L'ipotesi alternativa afferma<br />
invece che la postura eretta venga regolata posizionando<br />
la proiezione del centro di massa (CM) all'intemo<br />
della superficie di appoggio. Con la specifica<br />
finalità di verificare come le due variabili in questione<br />
fossero regolate nel corso di una prolungata esposizione<br />
alla microgravità, a partire dai dati cinematici raccolti<br />
sui due soggetti, sono stati verificati gli angoli<br />
articolai e la posiiione del centro di massa. L'evidenza<br />
di un controllo del CM anche in ambiente microgravitario<br />
avrebbe supportato l'ipotesi del CM come variabile<br />
controllata. I risultati moshano che l'inclinazione<br />
del tronco rimane consistentemente stabile e fornisce al<br />
Il cosmonauta russo Sergei Avdeev impegato<br />
neli'esecuzione del protocollo di movimenti assiali<br />
a bordo della stazione MIR. Sono evidenti<br />
le telecamere e i marcatori passivi di ELITE-S<br />
e la massa aggiuntiva prevista per causare<br />
una perturbazione artificiosa nella distribuzione<br />
delle masse corporee.<br />
I
l<br />
Posizione della proiezione del centro di massa<br />
sul piano di appoggio rispetto all'asse dell'articoiazione<br />
della caviglia (media e deviazione standard)<br />
in condizioni di visione normale (EO) e visione occlusa<br />
(EC). I dati sono relativi alle acquisizioni di riferimento<br />
pre-volo (F- 17) a 4 sessioni in volo (FD) e ad una<br />
sessione dopo il volo (R+5).<br />
Rappresentazione a stick-diagram della posizione<br />
indifferente (Neutra1 Body Posture). corrispondente<br />
al massimo rilassamento muscolo-articolare<br />
in microgravità, acquisita al 69 giorno di volo.<br />
L'accurag caratterizzazione quantitativa posturale<br />
in assenza di gravita assume una rilwanza particolare<br />
la progettazione ergonomica di moduli e sistemi<br />
destinati ad impiego in orbita.<br />
soggetto un riferimento posturale affidabile. La posizione<br />
del cenm di massa, invece, inizialmente sensibilmente<br />
al di fuori della superficie di appoggio, appare<br />
essere gradualmente recuperata, evidenziando il riemergere<br />
di strategie posturali più tipicamente terrestri<br />
organizzate su meccanismi di distribuzione delle mas<br />
se corporee nello spazio.<br />
Human Factors Engineering-Human Machine<br />
Interface: a partire dati relativi a posture di lavoro<br />
(t)ping, ivriting, traiislatioiis). L'intento è quello di<br />
costituire un database di movimenti, che possano<br />
essere di riferimento perla progettazione di componentistica<br />
e postazioni di lavoro per moduli orbitanti.<br />
Con questa finalità i dati tridimensionali acquisiti sono<br />
utilizzati come parametri nell'ambito di sohare di<br />
simulazione del movimento umano (Robcad, Jack) e<br />
di rappresentazione grafica (SofiImage) in ambiente<br />
Unix, capaci di fomire indicazioni quantitative per la<br />
progettazione ergonomica.<br />
Prospettive future<br />
Il successo del sistema ELITE-S nell'ambito deUa<br />
missione EUROMIR '95, ha destato l'interesse di<br />
agenzie spaziali e di ricercatori impegnati in programmi<br />
di Life Science, soprattutto in riferimento alla aper-<br />
I<br />
tura di una nuova era in campo spaziale, segnata dal-<br />
Vawento della Stazione Spaziale Internazionale (ISS).<br />
E innegabile che la disponibilità di un sistema di analisi<br />
tridimensionale del movimento, validato per impieghi<br />
a bordo di moduli orbitanti, apra un vasto campo di<br />
possibili sperimentazioni tecnologiche e scientifiche.<br />
in questo senso, la sfida tecnologica e scientifica dell'immediato<br />
futuro è la progettazione e la realizzazione<br />
di un siitema di analisi quantitativa del movimento<br />
tridimensionale che possa essere installato permanentemente<br />
a bordo deUa Stazione Spaziale ed impie<br />
gato come faciity di analisi del movimento nell'ambito<br />
di sperimentazioni proposte dalla comunità scientifica<br />
internazionale. In questo ambito sono state awiate<br />
fattive collaborazioni tra il Dipartimento di<br />
Bioingegneria del Politecnico di Milano ed istituzioni<br />
tecnico scientifiche internazionali ed agenzie spaziali:<br />
* Department of Aeronautics and Astronautics del<br />
Massachusetts Institute of Technology nella persona<br />
della Profssa Dava Newman, Principal Investigaior<br />
dell'esperimento Enhanced Dynamic Load Sensors<br />
(EDLS) già impiegato con successo a bordo della<br />
Stazione MIR. L'obbiettivo è quello di realiire un<br />
sistema integrato per effettuare un'analisi multiparametrica<br />
quantitativa di specifici taskmotori eseguiti da<br />
soggetti in microgravità.<br />
National Space Biomedical Research lnstitute<br />
(NSBRI) nell'ambito di un accordo quadro tra NSBRI<br />
e il Politecnico di Milano, finalizzato a ricerche biomediche<br />
per l'esplorazione umana nello spazio.<br />
ELITE42 su European Physiology Module; la versione<br />
avanzata del sistema ELITE-S, ELITE-S2,k stata<br />
proposta dall'Agenzia Spaziale Italiana comefacili@<br />
nazionale in campo delle Life Science e accettata ufficialmente<br />
dall'Agenzia Spaziale Europea per far parte<br />
del modulo europeo European Physiology Module<br />
(EPM) che sarà a bordo del modulo europeo<br />
Columbus della Stazione Spaziale Internazionale. in<br />
questo quadro ASI sta finanziando uno studio di fattibilità<br />
per I'implementazione del sistema.<br />
* Accordo CNES-ASI per ELITE-S2 neli'ambito degli<br />
accordi europei per lo sviluppo delle facility destinate<br />
alla Stazione Spaziale Internazionale, l'Agenzia<br />
Spaziale Italiana e il Centre National d'Etudes<br />
Spatiales (CNES) hanno raggiunto un accordo ufficiale<br />
per lo sviluppo congiunto di una sistema di analisi<br />
del movimento tridimensionale, in cui convergano le<br />
esperienze maturate dalle due agenzie e dalle università<br />
ed industre nazionali in seno ad EUROMIR'95<br />
Logo del programma di ricerca MICRO-G<br />
(Micrograiv and Crew Reactions in O-G) frutto della<br />
collaborazione tra Dipartimento di Bioingegneria del<br />
Politecnico di Milano e Dipartimento di Aeronautca<br />
ed Astronautica del Massachusetts Institute<br />
of Technology.<br />
(ELITE-SZ : ASI e Politecnico di Milano con Alenia<br />
Spazio, Bioengiee~g technology and Systems) e più<br />
recentemente in seno a Neurolab (KinElite: CNES,<br />
Matra-Marconi).<br />
Conclusioni<br />
Lo scenario pdcolannente positivo a livello nazionale<br />
ed internazionale garantisce al Dipartimento di<br />
Bioingegneria del Politecnico di Milano di assumere<br />
un molo da protagonista nello sviluppo di un sistema di<br />
analisi del movimento destinato ad impieghi in micmgravità<br />
sulla Stazione Spaziale Internazionale. Questo<br />
successo si deve principalmente alle caratteristiche<br />
delle tecnologie opto-elettroniche sviluppate in seno al<br />
Dipartimento che le rendono ideali candidate come<br />
faciliij~ permanenti a bordo di moduli orbitanti.<br />
E nostro auspicio che le collaborazioni avviate a livello<br />
di Agenzie nazionali e sovranazionali, così come<br />
con Istituzioni tecnico-scientifiche nell'ambito di progetti<br />
comuni di sviluppo tecnico-scientifico ottengano<br />
quel supporto necessario per la realimione e I1insta!-<br />
lazione del sistema a bordo della Stazione Spaziale. E<br />
nostra convinzione che la disponibilità di un'adeguata<br />
tecnologia sia condizione necessaria per poter shttare<br />
appieno le opportunità di ricerca scientifica in ambiente<br />
microgravitario offerte dall'awento della Stazione<br />
Spaziale Internazionale, concretizzando finalità di ele<br />
vato profilo in campo rtecnologico e scientifico.<br />
BibliogaRa<br />
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Fifth docking mission continues U.S.<br />
work on Mir<br />
Capitano Michael Baker<br />
Asuonauio NASA<br />
STS-81 was the fifth Shuttle-Mir docking mission.<br />
The crew patch is shaped to represent the Roman<br />
numera1 V. The Shuttie Atlantis. OV-104. is launching<br />
toward a rendezvous with the Russlan Space Station<br />
Mir which is silhouetted in the background. Atlantis<br />
and the STS-81 crew spent several days docked to<br />
Mir during which time Astronaut Jerry Linenger<br />
replaced Astronaut John Blaha as the U.S. crew<br />
member on board the Russian Space Station.<br />
Scientific experimenu and logistics also were<br />
transferred between Atlantis and Mir. The U.S. and<br />
Russian flags are depicted along with the names of the<br />
shuttle crew members.<br />
Space Shutile Atlantis<br />
Jan~ary 12-22,1997<br />
Commander: Michael Baker<br />
Puoi: Brent Jen<br />
Mission: John Grunsfeld<br />
Specialists: Marsha Iviis, Jeff Wisoff, Jeny Linenger,<br />
John Blaha<br />
craft. Another 1,600 pounds of drinking water were<br />
transferred to Mir's tanks using contingency liquid<br />
containers. The supplies and equipment will be used<br />
by Linenger and his crew mates as they conduct<br />
research over the next several months.<br />
During a joint news conferente, the Mir commander<br />
said, "We have the greatest impression of the work we<br />
did together and the friendship \ve developed over the<br />
four months onboard." "I think this program is not<br />
only about space exploration but also about the relationship<br />
between our two counlries and that's ihe most<br />
important thiig," Blaha agreed. "In the course of ihis<br />
flight, our relationship among ourselves built up very<br />
well and 1 have the best of impressions of Russia and<br />
the Russians." As Blaha rode back to Euth in a special<br />
middeck seat designed to make his readaptation to<br />
Earth's gravity more comfortable, Linenger was<br />
unpackinghis gear and getiing used to his new orbita1<br />
home. As of January 24, 1997, Americans had spent<br />
306 consecutive days onboard Mir.<br />
Mission Events<br />
NASA's first shuttle mission of 1997 began with the<br />
Atlantis' launch at 3:27 a.m. CST, January 12.<br />
The first full day on orbit was spent activating the<br />
experiments in the Spacehab module, filling water<br />
contàiers with drinking water and checking out the<br />
tools to be used during the rendezvous and docking<br />
operaiions.<br />
Prior to docking with Mir, the STS-81 crew activated<br />
a radiati00 monitor in addition to the Biorack multipurpose<br />
facility designed to investigate the effects of<br />
microgravity and radiation on plant, tissue, cell and<br />
hngw growth. In addition, a significant portion of flight<br />
day two was spent setting up and testing the onboard<br />
treadmill, which is designed for use in the<br />
Russian Service Module of the International Space<br />
Station (ISS). These tests evaluated the restraint<br />
system, motorization, mnning surface stability, and<br />
effectiveness in reducing diiiurbances to the microgravity<br />
environment during exercise.<br />
Commander Mike Baker and Pilot Brent Jett guided<br />
Atlantis to the fifth linkup with Mir at 955 p.m. CST,<br />
January 15. The hatches were opened two hours later<br />
at 1 157 p.m. After an infomal welcoming ceremony<br />
in the Mir's core module, the crewmembers conducted<br />
a safety bnefing and went right to ivork, hauling top<br />
priority resupply items into the Russian station.<br />
Atlantis and Mir undocked at 8:15 p.m. CST, January<br />
19. After the shuttle separated from Mi, Pilot Brent<br />
Jett initiated a two-revolution fly around of the<br />
Russian complex at a distance of about 560 feet. At<br />
With John Blaha back on Earth the American presence<br />
on the Russian space outpost Mir continued 4th Jeny<br />
Linenger. Blaha amved back on terra firma after a<br />
total of 128 days in orbit, 118 of those spent-for al1<br />
intents and purposes-in a foreign country.<br />
"Welcome! Welcome! Welcome!" Blaha said on<br />
Januaw 14. when the hatches between Atlantis and<br />
Mir ol;ened and a raucous round of greetiigs began.<br />
"Welcome to space station Mir, a truly intemational<br />
space station." Moments earlier, STS-81 Commander<br />
Mike Baker and Mir 22 Commander Valery Korzun<br />
had embraced in the docking adapter comecting the<br />
hvo spacecraft, and pilots, flight engineers and mission<br />
specialists reveled in each other's companionship.<br />
In addition to the exchange of crew members, Mission<br />
Specialist Marsha Ivins, Jeff Wisoff and the rest of the<br />
crew toted three tons of equipment, supplies and experiment<br />
samples back and forth between the two space-<br />
As seen from the Space Shuttie Atlantis. this 35mm<br />
frame affords a full view of Russia's Mir complex<br />
- b<br />
during approach for docking.
Cosmonaut Valeri Korzun (second left), along with<br />
astronauts Michael Baker (second rlght) and Brent<br />
Jett. unstow a gyrodyne. a device used for attitude<br />
convol. for transfer to Mir. Astronaut Marsha Ivins<br />
lwks over a lengthy inventory of supplies to be<br />
msferred.<br />
As their respective roles are switched, jerty Linenger<br />
(left) partakes of one of his first meels of Mlr fwd<br />
while John Blaha has one of his final snacks aboard<br />
Russia's Mir space statlon.<br />
I<br />
10 p.m., Jett fired maneuvering jets to separate<br />
Atlantis h m Mir to begii the journey home.<br />
The fifih joint mission between the U.S. Space Shuttle<br />
and the Russian Space Station Mir concluded with a<br />
landing at Kennedy Space Center at 8:23 a.m. January<br />
22, 1997. This ended 128 consecutive days in space<br />
for astronaut John Blaha, 118 of those were spent as a<br />
Mir crew member.<br />
Payload Descriptions<br />
Fundamental biology:<br />
The micmgravity enviroment on a long duration mission<br />
pmvides an ideal oppominity to determine the<br />
role gravity plays in molecular mechanisms at a cellular<br />
level and in regulato~y and sensory mechanisms,<br />
and how this affects development and fundamental<br />
biologica1 growth. Fundamental biology also is<br />
responsible for characterizing the radiation of the Mir<br />
environment and determining how it may effect station-based<br />
science.<br />
Environmental Radiation Measurements: Exposure of<br />
crew, equipment, and experiments to the ambient space<br />
radiation envimnment in low Earth orbit posa one<br />
of the most significant problems to long-term space<br />
habitation. As part of the coilaborative NASAIMir<br />
Science program, a series of measurements is being<br />
compiid of ihe ionizing radiation levels aboard Mir.<br />
During the mission, radiation was measured in six<br />
separate locations thronghout the Mir using a varieiy<br />
of passive radiation detectors. This experiment will<br />
continue on later missions to measure and map the<br />
ionking radiation environment of Mir. These measurements<br />
wii yield detailed information on spacecraft<br />
shielding in the 51.6-degree-orbit of the Mir.<br />
Comparisons will be made with predictions h m space<br />
environment and mdiation transport models.<br />
Greenhouse-integmted Plant Experiments: The micm<br />
gravity envimnment of the Mir space station provides<br />
researchers an outstanding opporiuniiy to study the<br />
effects of gravity on plants, spifically dwadwheat.<br />
The greenhouse experiment detennines the effects of<br />
space flight on plant pwth, reproduction, metabolism,<br />
and pmduction. By studyiig the chemical, biochemical,<br />
and stniciural changes in plant tissues, researchers<br />
hope to understand how pmcesses such as photosynthesis,<br />
respiration, transpiration, stomatal conductance,<br />
and water use are affected by &e space station<br />
environment. This study is an important area of<br />
research, dire to the fact that plants could eventually be<br />
a major contributor to lie support systems for space<br />
flight Plants produce oxygen and M, while eliminating<br />
carbon dioxide and excess humidity from the<br />
environment. These functioos are vital for sustaining<br />
life in a closed environment such as the Mir or the<br />
Intematiorni Space Station.<br />
Wheat is planted and grown in the "Svet," a<br />
Russian/Slovakian developed plant growth facility,<br />
wvhere photosynthesis, transpiration, and the physiological<br />
state of the plants are monitored. The plants are<br />
observed daily, and photographs and video images are<br />
taken. Samples are also collected at certain developmenta1<br />
stages, fixed or dried, and returned to Earth for<br />
analysis. Human Life Sciences: The task of safely keeping<br />
men and women in space for long durations,<br />
whether they are doing research in Earth orbit or<br />
exploring other planets in our solar system, requires<br />
continued improvement in our understanding of the<br />
effects of space flight factors on the ways humans live<br />
and work. The Human Life Sciences (HLS) project<br />
has a set of investigations planned for the Mir<br />
23NASA 4 mission to determine how the body adapts<br />
to weightlessness and other space flight factors, includig<br />
the psychological and micmbiological aspects of<br />
a confined environment and how they readapt to<br />
Earth's gravitational forces. The results of these inve<br />
stigations will guide the development of ways to<br />
minimize any negative effects so that crew members<br />
can remain healthy and efficient during long flights, as<br />
well as afier their return to Earth.<br />
Assessment of Humoral Immune Function During<br />
Long Duration Space Flight: Experiments concerned<br />
with the effects of space flight on the human immune<br />
system are important to protect the health of long<br />
duration crews. The human immune system involves<br />
both humotal (blood-bome) and cell-mediated responses<br />
to foreign substances known as antigeas. Humoml<br />
responses include the production of antibodies, which<br />
can be measured in samples of saliva and serum<br />
(blood component). The cell-mediated responses, which<br />
involve specialized white blood cells, appear to be<br />
suppressed during long duration space missions.<br />
Preflight, baseline saliva and blood sample are collected.<br />
While on Mir, the crew is administered a subeutaneous<br />
antigen injection. in flight and post flight, follow-up<br />
blood and saliva samples are collected to measure<br />
the white blood cell activation response to the<br />
antigen.<br />
Diffusion-Controlled Crystallization Apparatus for<br />
Microgravity: Protein crystals are used in basic biole<br />
gical research, phannacology and dnig development.
Left n, Righc, astronauts jerry Linenger. Marsha Ivins<br />
and Peter Wisoff check out the treadrnill vibration<br />
isolarion stabillzation system (TVIS) onboard Atlantis.<br />
Eaith's gravity affects the purity and stnictural integdy<br />
of crysials. The low gravity environment in space<br />
allows for the growth of larger, purer crystals of greater<br />
stnictural integrity. Therefore, the analyses of some<br />
protein crystals groivn in space have revealed more<br />
about a protein's molecular stnicture than crystals<br />
grown on Earth. During STS-Il, astmnauts will retrieve<br />
proteii samples that have been growing on Mir since<br />
the STS-79 docking on September 19 and replace<br />
them with new samples.<br />
h the experiment chamber called the Difision-controlled<br />
Crystallization Apparatus for Microgravity<br />
(DCAM), crew members will remove the "growing"<br />
samples and replace them with 162 new samples. The<br />
DCAM is designed to grow protein crystals in a<br />
microgravity environment. It uses the liquidniquid and<br />
dialysis methods in wvhicb a precipitant solution diffuses<br />
into a bulk solution. In the DCAM, a "button"<br />
eovered by a semi-permeable membrane holds a small<br />
protein sample but allows the precipitant solution to<br />
pass into the protein solution to initiate the crystallization<br />
process. The DCAM is a method to passively<br />
control the crystallization process over extended<br />
periods of time. The Principal Investigator is Dr.<br />
Daniel Carter of Marshall Space Flight Center in<br />
Huntsville, AL.<br />
Gaseous Nitrogen Dewar: Frozen protein samples<br />
will be transported to the Russian Mir space station in<br />
a gaseous niirogen Dewar (GN2 Dewar) on STS-81,<br />
and the existing protein crystals on board Mir from the<br />
STS-79 mission will be retumed to Earth for laboratoxy<br />
analysis. The Dewar is a vacuum jacketed container<br />
with an absorbent inner liner saturated with liquid<br />
nitrogen. The protein samples will remain hzen for<br />
approximately hvo weeks, until the liquid nitrogen has<br />
completely boiled off. This pmvides ample time to<br />
transpori and transfer the Dewar to the Mir station.<br />
Afler the liquid nitrogen is completely discharged, the<br />
samples will thaw to ambient temperature and pmtein<br />
crystals will nucleate and start growing over the fourmonth<br />
duration of the mission.<br />
The Principal Investigator is the University of<br />
California - Riverside. Liquid Metal Diffusion (LMD)<br />
using MIM: Tbe LMD experiment will measure the<br />
ditlùsion rate of molten indium at approximately 392<br />
degrees F. Diffision is the process by which indivi-<br />
dual atoms or molecules move as a result of random<br />
collisions with neighboring atoms and molecules.<br />
Diffusion is difficult to study on Earth because gravity<br />
masks the effect of the collisions, that is, hot poekets<br />
of liquid rise while the more dense, cooler area sink.<br />
Radiation detectors in the LMD hardware will measure<br />
the diffusive motions of a radioactive tracer in nonradioactive<br />
indiurn. The Microgravity Isolation Mount<br />
(MIM) will be used to isolate the experiment from<br />
vibrations which could disturb the liquid indium<br />
du~g the experiment and induce motions which are<br />
not diffisive. The MIM also will be used io provide<br />
measured vibrations for some samples to determine<br />
how easily dision can be affected by these forces. A<br />
total of five samples wdl be processed. The information<br />
obtained from difhsion measurements can be<br />
used to determine the rate at which material travels<br />
behveen hvo bodies of fluids separated by a stagnant<br />
layer which the material must diie through. This is<br />
a common occurrence for some types of crystal<br />
growvth and aUoy processing on Earth. The Pnncipal<br />
Investigator is the University of Alabama - Huntmille.<br />
Optical Properties Monitor (OPM): OPM is the first<br />
experiment capable of relaying on-orbit data which<br />
will measure the effect of the space environment on<br />
optical pmperties like those of mim used in telescopes,<br />
and structural eletnents like the coatings used on<br />
space hardware. OPM instniments will measure<br />
various optical properties of the overall experiment,<br />
shonring to what extent the samples deteriorate over<br />
the course of the experiment.<br />
Once aboard Mi, American astronauts and Russian<br />
cosmonauts mounted the monitor to the outside of the<br />
space station. This marked the first experiment<br />
deployed jointly by the U.S. and Russia.<br />
Information gathered was used to improve designs of<br />
optical and shuctural elements of spacecraft, particularly<br />
the Intemational Space Station. It also will be<br />
used to plan maintenance schedules for in-orbit satellite~,<br />
based on measured rates of degradation.<br />
OPM tvas developed by NASA's Marshall Space<br />
Flight Center and AZ Technology of Huntsville, AL.<br />
It is scheduled to be retrieved from Mir in Febmary<br />
1998 during the STS-89 mission. The Principal<br />
Investigator was AZ Technology in Huntmille, AL.<br />
KIDSAT<br />
The electric still cameras aboard Atlantis supported<br />
the second flight of KidSat, as part of NASA's threeyear<br />
pilot education program designed to bring the<br />
fiontiers of space exploration to 15 U.S. middle school<br />
classmms via the Intemet.<br />
The pilot program is a parinership between NASA's<br />
Jet Propulsion Laboratory (JPL), the University of<br />
California at San Diego (UCSD), and the Johns<br />
Hopkins University Institute for the Academic<br />
Advancement of Youth (JHU-IAAY).<br />
During the shuttle flight, the KidSat mission operations<br />
center at UCSD will be staM by undergraduate<br />
and high school students. The center has capabilities<br />
similar to those of Mission Control at NASA's<br />
Johnson Space Center (JSC) in Houston. The students<br />
receive telemetrv hm the shuttle on their comouter<br />
monitors and can iisten t0 and receive instructions<br />
fromNASA's flight contro1lers aver direct channek t0<br />
JSC.<br />
The KIDSAT mission operations team monitors the<br />
shuttle's progress around the clock and continually<br />
provides up-todate information to the middle schools,<br />
who are using the Intemet to send instructions to phe<br />
tograph specific regions of the Earth. Sice any chan<br />
ge in the shuttle's orbit can affect stu&nts9 selections,<br />
UCSD constantly updates this information so that the<br />
middle schools may re-plan their photopph requests<br />
if necessary. This is done through a sophisticated web<br />
site that allows middle school students access to interactive<br />
maps of orbit ground tracks and other mources<br />
to aid in photo selection.<br />
When the image instructions have been verified by<br />
KidSat mission operations, they are compiled into a<br />
single camera control fde and fonvarded electronically<br />
to the KidSat representatives at JSC. They pass this<br />
fde on to flight controllers who uplink it to an 1BM<br />
Thinkpad comected to the KidSat camera. Software<br />
on the thinkpad, developed by students working at<br />
JPL, uses these commands to control the camera.<br />
These same students trained the asimnauts on the use<br />
of the sofiware and the installation of the KidSat<br />
camera in the shuttle's overhead window.<br />
After the photographs are taken, they are sent back<br />
down to the KidSat Data System at JPL, staffed by<br />
high school students during the mission, and posted on<br />
the wvorld wide web for the middle school students to<br />
study and analyze. The cumculum used by the middle<br />
school students and teachers was developed by the<br />
JHU-IAAY and UCSD. Teachers pariicipatiig in the<br />
mission leam to use the cumculum during summer<br />
training workshops.<br />
Biography<br />
Commander: Michael A. Baker (Capt., USN). Baker,<br />
43, was born in Memphis, TN, but considers Lemoore,<br />
CA, to be his hometown. He graduated from Lemoore<br />
Union High School, and received a bachelor of science<br />
degree in aerospace engineering from the<br />
University of Texas. Baker completed flight training<br />
and eamed his Wings of Gold at Naval Air Station<br />
Chase Field, BeeviUe, TX.<br />
Baker was selected for the astronaut program in June<br />
1985. He wvs a veteran of three space flights including,<br />
STS43 in 1991, STS-52 in 1992, and STS-68 in<br />
1994, and with the completion of STS-81 has logged<br />
more than 964 hours in space.<br />
From March to October 1995, Baker was the Director<br />
of Operations for NASA at the Gagarin Cosmonaut<br />
Training Center in Star Ciiy, Russia, responsible for<br />
the coordination and implementation of mission ope<br />
rations activities in the Moscow region for the Shuttle-<br />
Mi pmgram.<br />
Crew in flighc Left t0 Right at bottom of frame. Peter<br />
Wisoff. John Blaha, Marsha Ivins. Aleksandr Kaleri.<br />
In the top half of Scene, from top leff Brentjett John<br />
Grunsfeld, Jerry Linenger. Michael Baker and Valeri<br />
Korzun.
TabeUa 1<br />
al) Equazione<br />
-=-<br />
PT<br />
G ~ A ~<br />
4,l'<br />
i2) P~ G ~ A ~<br />
-<br />
PT 4,l'<br />
Limitato da:<br />
c"xumcna di<br />
pimiamcnto<br />
o C ~ U r s<br />
rnrrimaanni conh<br />
durrmi di<br />
.ntenoasbado<br />
aauotenadipmamerd<br />
a m a anni eonh<br />
dimmriardi mnnm<br />
dimemimedi anicm<br />
Introduzione<br />
Considerando le limitate capacità dei primi vettori di<br />
lancio, le comunicazioni satellitari sono cominciate<br />
con satelliti sperimentali LE0 (Low EartA<br />
Orbit)(Telstai e Rela~i).<br />
A questa fase segui una dimostrazione di fattibilità e<br />
una diffusa applicazione dei GEO (satelliti geosiazionari)<br />
i cui vantaggi, identificati chiaramente fin dall'iniziale<br />
proposta di Clarkel, si identificano nella loro<br />
capacità di definire un sistema "fisso" rispetto alla<br />
Terra. Ciò permette di richiedere unicamente la presenza<br />
di tre satelliti per ottenere una copertura globale<br />
(con esclusione delle regioni polari). Questo vantaggio<br />
è apparso così importante, da porre in secondo piano<br />
le perplessità riguardo la considerevole propagazione<br />
del ritardo che, nonostante fosse di un livello accenabile,<br />
produce effetti percettibili sulla velocità di comunicazione.<br />
Di. particolare rilievo tra le succitate applicazioni<br />
è stata la rete Intelsat, che realizzò il sogno di<br />
connettere tutti gli stati nel mondo, anche se isolati o<br />
in via di sviluppo. A causa delle limitazioni nella<br />
potenza e misura dei satelliti, erano tuttavia necessari<br />
imponenti terminali di terra, con antenne del diametro<br />
di 30 metri. Questo requisito è risultato accettabile<br />
anche se ben lontano da un'ottimiiione economica,<br />
perché queste stazioni potevano essere condivise a<br />
livello di un intero Stato. L'evoluzione dei sistemi<br />
satellitari ha portato comunque verso terminali più<br />
piccoli che potessero servire un'area più ristretta o<br />
addirittura un singolo utente. Inoltre, è cresciuta la tendenza<br />
verso l'uso di più alte frequenze, per ottenere<br />
maggiori capacità di comunicazione. A questo pmposito<br />
permettetemi di fare qualche considerazione. In<br />
Appiicdone tipica<br />
Rapporto di trarmissione<br />
Tabella l sono riportate le maggiori caratteristiche<br />
concernenti alcuni sistemi GEO, ME0 e LE0 esistenti<br />
o proposti, che usano frequenze a partire dalla banda L<br />
(1-2 GHz) alla banda Ka (20-30 G~Z)~". in ciascuna<br />
delle categorie GEO, ME0 e LEO, le prime due<br />
colonne sono relative a sistemi mobili o mobili personali,<br />
dove il temine "mobile" indica operazioni con<br />
piccoli terminali di tetra capaci di essere montati e utilizzati<br />
su veicoli e di usare, moderatamente, antenne<br />
direzionali; il termine "mobile-personale" indica operazioni<br />
con terminali palmari che usano antenne omnidirezionali<br />
per evitare problemi di puntamento.<br />
L'ultima colonna relativa ai satelliti GEO e LE0<br />
riguarda sistemi a larga banda che usano piccoli terminali<br />
da installare presso siti predefiniti dall'utente.<br />
Copertura completa versus copertura "a spotn<br />
L'architettura dei sistemi satellitari può essere classificata,<br />
in principio (Figura 2) in due categorie concettualmente<br />
differenti: a) sistemi che usano un transponder<br />
trasparente ed un'antenna a copertura completa<br />
(cioè un'antenna che copra I'inera area di nutenza);<br />
b) sistemi cellulari che usano antenne multifascio e<br />
on-boardnvitchirig. Da notare è che sebbene i satelliti<br />
multifascio producono una copertura cellulare concettualmente<br />
identica alla copertura di sistemi cellulari<br />
terrestri, c'è una difirenza fondamentale riguardo alla<br />
dimensione della cellula, che è molto più elevata nel<br />
caso dei satelliti. La soluzione a) è ottimale quando lo<br />
stesso segnale èinviato a tutti gli utenti connessi in<br />
"broadcastiiig". E tuttavia lontana dalla soluzione 0thmale<br />
quando segnali differenti sono inviati ad utenti<br />
differenti e, nel caso estremo, quando ogni segnale<br />
particolare è inviato ad un siigolo utente; questo chia-<br />
ramente awiene in conversazioni bilaterali, cioè nei<br />
classici sistemi di telecomunicazioni.<br />
In effetti, inviando dappertuito un segnale che abbia<br />
una specifica destiiazione, si produce dispersione di<br />
potenza e di spettro di frequenza. In questo caso, la<br />
soluzione b) è più conveniente perché permette di:<br />
risparmiare potenza da satellite e da tetra concentrando<br />
e focalido l'irradiazione e la captazione del segnale<br />
lungo la direzione di interesse, di riutilizzare le<br />
medesime frequenze su fasci non adiacenti.<br />
Questi vantaggi, tuttavia, vengono raggiunti a costo di<br />
una maggiore complessità e di una flessibilità molto<br />
ridotta. Con riferimento all'ultimo punto, si consideri<br />
ad esempio che la soluzione a), al contrario di b), consente<br />
di cambiare, in un determinato sistema satellitare<br />
anche se gia operativo, il metodo di modulazione e di<br />
accesso senza la necessità di variare il segmento di<br />
spazio.<br />
Broadcasting<br />
Sulla base delle considerazioni precedenti e valutando<br />
le potenzialità dei satelliti che posso essere costnllti e<br />
lanciati ai nostri giorni, è immediato concludere che i<br />
satelliti GEO sono particolarmente adatti ad ofire,<br />
con configurazioni semplici e flessibili, broadcastitig<br />
televisivi con l'impiego di terminali a ridotta apertura<br />
(antenne con diametri di pochi decimetri). La menzionata<br />
flessibilità permette oggi di variare in un deteminato<br />
satellite la trasmissione di segnali visivi da analogica<br />
a digitale, approfittando in questo modo delle tecniche<br />
moderne ed avanzate di compressione a larghezza<br />
di banda. E possibile la allocazione di almeno cinque<br />
canali digitali in vece di un canale analogico.<br />
Comunicazioni bilaterali<br />
Quando, contrariamente al puro broadcasti~~g, è necessaria<br />
la trasmissione di ritorno da un piccolo terminale,<br />
nascono notevoli difficoltà a causa delle limitazioni di<br />
potenza nei terminale stesso. Casi estremi sono :<br />
Catiale di iitortio coli tiiolta riiiriore<br />
capacità rispelto al canale diretto<br />
Questa è una situazione che nasce ad esempio in sistemi<br />
di teleeducazione, quando un segnale video è trasmesso<br />
da un centro di insegnamento ad una comunità<br />
di utenti mentre un segnale audio è messo a disposizione<br />
per una comunicazione di ritorno (per domande,<br />
osservazioni etc.). ,Alcuni sistemi V-SAT, rientrano in<br />
questa categoria. E in effetti la modesta capacità del<br />
canale di ritorno che consente di mantenere entro limiti<br />
accettabili la potenza di trasmissione da piccoli terminali<br />
di terra. Un'ulteriore riduzione di tale potenza<br />
pub essere ottenuta usando un sistema multifascio sul-<br />
I'irplink, a patto che tale riduzione sia così importante<br />
da giustificare l'incremento di complessità.<br />
Figura 3<br />
Funzioni di accesso ed interconnessione in un sistema<br />
multisatellitare: il sistema corrisponde ad una rete<br />
terrestre in cui le stazioni di base, le stazioni<br />
di controllo e le reti di interconnessione sono state<br />
trasferite nello spazio. Una singola stazione gateway<br />
b sufficiente in linea di principio per connettere il<br />
sistema alla rete terrestre (ad esempio la soluzione<br />
IRIDIUM, vedi Tabella I).<br />
Figura 4<br />
Funzione di accesso solo In sistema mutisatellitare:<br />
corrisponde ad una rete terrestre in cui le stazioni<br />
di base sono state trasierite nello spazio (ad esempio<br />
la soluzione Globestar. vedi Tabella I).<br />
Comirriicazioiii bilanciate bilaterali irtente-iriente<br />
Come già rilevato, questa soluzione è tipica di classiche<br />
telecomunicazioni per le quali la soluzione ottimale<br />
in termini di potenza e spettro di frequenza k un<br />
sistema multifascio (o cellulare). Daremo attenzione a<br />
questo aspetto nei prossimi paragrafi. in Figura 2, si fa<br />
riferimento a soluzioni che sono tipiche dei sistemi<br />
GEO e particolarmente di un satellite GEO che serve<br />
una determinata regione.<br />
Se si considerano sistemi multiisatellitari (e questo è<br />
sempre più il caso per sistemi ME0 e LEO) i collegamenti<br />
intersatellitari possono dare la possibilità di
-hhld<br />
Probabilità di raggiungimento per la quale la attenuazione totnle non varia con la frequenza<br />
G H ~ Lario Genova Roma Cagliari<br />
11.6<br />
15 81U' 7 10-1 5 lo' 1.4 lU'<br />
20 101 10' 7 lo' 2 10-1<br />
25 1.4 IO-' 1.5 10' 9 10-1 2.7 lff<br />
30 1.710' 2 io-> 1.1 10' 3.4 lo<<br />
35 1.9 10j 2.3 10' 1.2 10' 3 lo-'<br />
40 2 10' 2.6 10' 1.4 10' 4 lo<<br />
45 2.2 10' 2.7 10' 1.4 io3 5.1 113'<br />
50 22 lo3 2.7 10' 1.45 le3 5.2 10'<br />
Figura 5<br />
Distribuzioni di attenuazione a 1 1.6 GHz per diverse<br />
stazioni italiane (angolo di elevazione - 33 gradi).<br />
interconnettere utenti connessi a diversi satelliti<br />
(Figura 3). Questa è la soluzione adottata per la rete<br />
IRiDlUM, e i sistemi Spaceway e Teledesic.<br />
Funzioni di commutazione possono essere trasferite<br />
dallo spazio a terra in una stazione hirb attraverso la<br />
quale vengono allestite connessioni doppio-liop.<br />
In questo caso, come riportato in figura, anche le connessioni<br />
tra diversi satelliti possono essere reaiiiate<br />
attraverso la rete terrestre. Questa soluzione, che coinvolge<br />
le connessioni doppio-hop, non è adeguata per<br />
la trasmissione vocale in sistemi GEO a causa dell'elevata<br />
propagazione del ritardo; al contrario puii essere<br />
adottata per sistemi LEO, a patto che venga allestito<br />
un numero sufficiente di stazioni di terra.<br />
ricezione. Per il caso a) devono essere considerati due<br />
sottocasi (al e a2). 1 casi a) e b) avevano o avranno<br />
applicazioni pratiche come indicato ; il caso C) sarà di<br />
interesse per futuri sistemi ad elevate capacità, come<br />
discusso più avanti.<br />
Consideriamo come la capacità di trasmissione cambia<br />
aumentando la Frequenza. La capacità di trasmissione<br />
Tabella 3<br />
Fattori moltiplicativi a 11.6 GHz per scalhig<br />
in attenuazione di frequenza<br />
Frequenza (GHz) 20 30 45 SO<br />
FattoreMoltipl 2.45 4.5 6.3 7.5<br />
C su una certa area può essere definita come :<br />
dove B è la banda a disposizione e k è il numero di<br />
volte che viene riutiliita. Ricordiamo ora che, come<br />
regola di base :<br />
che principali di tali distribuzioni dell'attenuazione da<br />
pioggia sono come segue :<br />
* il margine di potenza necessario aumenta sempre più<br />
rapidamente quanto più si decresce la probabilità di<br />
raggiungimento (da notare è, a questo proposito, che<br />
I'attenuazione da pioggia aggiuntiva è tremendamente<br />
differente dalla ben nota attenuazione aggiuntiva a<br />
causa della propagazione ~tiirltipatIi, sperimentata per<br />
esempio in relays radio terrestri, dove cresce con<br />
incremento costante di 10 dsldecade);<br />
* I'attenuazione è maggiore in regioni cliiaticamente<br />
sfavorevoli ;<br />
l'attenuazione aumenta con la hquenza: in Tabella 3<br />
sono riportati i coeilicienti per i quali I'attenuazione<br />
(in dB) a 11.6 GHz deve essere moltiplicata per ottenere<br />
I'attenuazione ad altre frequenze;<br />
I'attenuazione varia con l'elevazione dell'aneolo del "<br />
satellite; per tempi di raggiungimento non troppo piccoli<br />
(diciamo >IO-3) ed angoli di elevazione g maggiori<br />
di lo0, l'attenuazione è più o meno proporzionale<br />
al cosec(g). I dati di figura e tutti i dati a cui si fari<br />
dove f è la frequenza centrale; inoltre k è inversamente<br />
propoiuonale all'area di cellula, cioè al quadrato dell'ampiezza<br />
angolare q dei fasci di antenna; per suo<br />
conto, q è, per una data dimensione di antenna, inversamente<br />
proporzionale a f così che :<br />
Figura 6<br />
Differenze di sito.<br />
Questa è ad esempio la soluzione adottata nel sistema<br />
Globestar. E da rilevare che rispetto ai sistemi cellulan<br />
terrestri la soluzione di Figura 4 corrisponde ad inviare<br />
nello spazio la stazione base cosl che il satellite<br />
diventi trasparente e venga usato per realizzare l'accesso<br />
radio alla rete terrestre.<br />
Frequeoze<br />
In questo paragrafo, viene proposto di esaminare cid<br />
che awiene quando la frequenza di operazione del<br />
sistema satellitm viene aumentata per shttare nuove<br />
larghe bande di frequenza.<br />
Consideriamo innanzitutto il caso di libera propagazione<br />
ne10 spazio. La Tabella 2 mostra cosa awiene<br />
al rapporto di trasmissione, variando la frequenza di<br />
operazione, mentre si mantiene costante il guadagno G<br />
o l'area effettiva A delle antenne di trasmissione e<br />
ed in conclusione :<br />
CP 0 (4)<br />
L'equazione 4 mostra il grande vantaggio nel muoversi<br />
verso più alte frequenze quando si necessita di sistemi<br />
ad elevata ca~acità.<br />
Ad ogni modo, quando si arriva a frequenze oltre i 10<br />
GHz, entra in gioco l'attenuazione da pioggia (da<br />
aggiungere all'atienuazione da spazio vuoto) Molti<br />
esperimenti ad elevate frequenze sono stati realizzati,<br />
alcuni dei quali presso il Politecnico di Milano usano i<br />
satelliti Sino, OTS ed Italsat (21. Esempi di distribuzioni<br />
di attenuazione (ottenuti direttamente o per estrapolazione)<br />
sono riportati in figura 6 ; come ben noto,<br />
tali distribuzioni danno la probabilità che I'attenuazi~<br />
ne sia più elevata del valore riportato in ascissa ; dal<br />
punto di vista ingegneristico, forniscono in ascissa il<br />
margine di potenza da introdurre le dimensionamento<br />
di link per assicurare che la probabilità di raggiungimento<br />
sia nei limiti riportati in ascissa. Le caratteristi-<br />
Figura 7<br />
Copertura terrestre da parte di un satellite ad altitudine<br />
h (RE raggio terrestre).<br />
riferimento, sono relativi ad una angolo di elevazione<br />
di 33 gradi. Nella progettazione di sistemi a queste f i<br />
quenze, in presenza di una penalimione di potenza a<br />
causa della pioggia che aumenta con la frequenza, è<br />
importante evitare approcci che possano penalizzare le<br />
alte frequenze anche in una situazione di spazio vuoto.<br />
11 caso C) di Tabella 2, che mostra un guadagno all'aumentare<br />
della frequenza, è rilevante per tali applicazioni.<br />
Naturalmente tale approccio fa nascere problemi<br />
riguardo il puntamento del antenne ad alta diizionalità<br />
a onde millimetriche e riguardo la precisione p<br />
mehica delle strutture. Ad ogni modo, io ritengo che<br />
sia fondamentale che questi problemi vengano ridotti
una probabilità di raggiungimento POL leggermente<br />
inferiore a 10'. Naturalmente il guadagno in probabilità<br />
produce a sua volta un guadagno in margine di<br />
potenza che può essere derivato dalla distribuzione di<br />
attenuazione e che diventa via via maggiore con la frequenza.<br />
Il fatto che con la diversità d sito possiamo<br />
ottenere un probabilità globale di raggiungimento<br />
minore di 10' usando due stazioni con una probabilità<br />
di raggiungimento WL leggermente inferiore a IO'ha<br />
come conseguenza che possiamo nuovamente raggiungere<br />
(vedi Tabella 4) le condizioni di non essere<br />
penalizzati da un incremento in frequenza, patto che<br />
si mantenga ostante la dimensioni dell'antenna, come<br />
nel caso C) di tabella 2.<br />
Un ulteriore metodo per guadagnare in probabilità è la<br />
diversità di freq~enzaj.~.<br />
Riguardo a metodi di guadagno in margine di potenza,<br />
possono essere ricordati 2 esempi: odapiive codi~ig,<br />
nel quale viene introdotto un'aumentata protezione<br />
error-correciiong-code (a spese della banda di frequenza)<br />
nella direzione soggetta a intense piogge; controllo<br />
di potenza, per la distribuzione della potenza a<br />
bordo lungo le varie direzioni in base alle necessità<br />
che emergono dall'attenuazione da pioggia. I1 guadagno<br />
in potenza che può essere raggiunto con tali procedure<br />
ha un limite indipendente dalla frequenza, per<br />
esempio intorno ai 10 dB. Ciò può esser adeguato a<br />
frequenze relativamente basse, ma perde di interesse<br />
molto rapidamente all'aumentare della frequenza.<br />
Per comunicazioni user-orieriied, può essere accettabile<br />
una probabilità di raggiungimento di poche unità<br />
nell'ordine di grandezza di 110'. Al contrario, per sistemi<br />
di intemmessione e connessione con stazioni di<br />
gatmlay di sistemi mobili (feedm) (vedi Tabella l),<br />
sono necessari valori intorno ai 10' o alle poche unità<br />
nell'ordine di grandezza dei 10'.<br />
La località alla quale si è fatto riferimento finora<br />
(Genova in Tabella 4) appartiene alle regioni mondiale<br />
definite come regioni L dalla ITUIR (International<br />
Telecommunications Union/Radiocommunications).<br />
Questa regione e regioni che mostrano condizioni<br />
migliori coprono gran parte del mondo, con eccezione<br />
delle regioni N (che includono la Florida , i Caraibi, la<br />
costa Atlantica del Brasile, la penisola indiana, la<br />
penisola indocinese, parte delllAfrica equatoriale,<br />
Hong Kong eccetera) e delle regioni P (che includono<br />
località con eccezionali precipitazioni come<br />
I'hazzonia, parte dell'AFrica equatoriale, il Borneo,<br />
Ceylon eccetera). Per le regioni N la probabilità<br />
riportata in Tabella 4 rimane minore o uguale a IO3,<br />
mentre per le regioni P diventano maggiori di IO2 per<br />
hquenze di 20 GHz o maggiori.<br />
Orbite<br />
Dopo 25 anni di operazioni di grande successo con<br />
satelliti di comunicazione GEO, negli ultimi 5 anni<br />
sono stati realizzati satelliti in orbite più basse.<br />
Vengono ora discussi alcuni vantaggi che provengono<br />
dall'abbassare l'orbita. Qualsiasi sia l'approccio adottato<br />
in tabella 1, il rapporto di potenza nello spazio<br />
libero risulta essere inversamente proporzionale a 12<br />
ove 1 è la distanza tra il satellite e il terminale di terra<br />
(figura 8). Questa distanza, quando q non è troppo piccolo,<br />
è maggiore rispetto all'altitudine h del satellite<br />
dalla terra e il rapporto 1M/h (con IM il massimo valcre<br />
di I) aumenta con il diminuire del minimo angolo di<br />
elevazione gmin e, per un dato angolo di elevazione,<br />
viene diminuita l'altitudine h7 (Figura 8). Inoltre, se<br />
tutti i fasci sono identici, la forma e la dimensione delle<br />
impronte cambia a passaggio dalle cellule centrali<br />
alle cellule periferiche; reciprocamente, per ottenere<br />
cellule identiche, è necessaria un'opportuna o m e<br />
intensità dei fasci. Dalla figura 8 è possibile derivare il<br />
guadagno in potenza trasmessa (sia dal satellite che a<br />
terra) che si può ottenere rispetto al comspondente<br />
valore in sistemi GEO. Questo guadagno è di pariice<br />
lare rilevanza quando la stazione di terra è costretta ad<br />
avere un'antenna molto ridotta e una potenza molto<br />
bassa di trasmissione; ancora di più quando, per evitare<br />
problemi di puntamento, l'antenna di terra deve<br />
essere omnidizionale, che è il caso di sistemi mobili<br />
e personali che usano terminali palmari (caso a2 o<br />
caso b in Tabella I). La citata riduzione di attenuazie<br />
ne di path è solo uno dei vantaggi che possono essere<br />
ottenuti abbassando l'orbita (vedi Tabella 5): un altro<br />
vantaggio importante è infatti la riduzione del ritardo<br />
di propagazione che nei LE0 raggiunge valori tipici di<br />
connessioni terrestri: bisogna comunque fare attenzie<br />
ne quando si introducono soiirce coders con elevaii<br />
rapporti di compressione di ampiezza di banda, perché<br />
introducono notevoli ritardi di per sé stessi. La riduzione<br />
del ritardo è importante non solo per le comunicazioni<br />
vocali ma anche per i dati, perché i protocolli<br />
sviluppati per la trasmissione dati non possono essere<br />
usati nei sistemi GEO, in particolare quei protocolli di<br />
correzione dell'errore che richiedono la rilevazione<br />
dell'errore e la ritrasmissione dei blocchi con mre.<br />
Tabella 5<br />
Vantaed della riduzione dell'altitudine di orbita<br />
riduzione dell'attenuazione di path<br />
riduzione del ritardo di propagazione<br />
possibilità di incrementare l'angolo di elevazione<br />
possibilità di realizzare un reale sistema globale<br />
Un altro vantaggio elencato in Tabella 5 è la possibilità<br />
di operare con elevati angoli di elevazione, che<br />
facilitano il superamento di ostacoli come palazzi,<br />
alberi eccetera. Questo aspetto diventa via via pii rilevante,<br />
man mano che la Frequenza di trasmissione viene<br />
incrementata; si ricordi anche che a frequenze oltre<br />
i 10 GHz, l'attenuazione da pioggia decresce al diminuire<br />
dell'angolo di elevazione. In questo contesto si<br />
consideri che la copertura assicurata dai siitemi GEO<br />
sarebbe molto ridotta se fosse richiesto un elevato<br />
angolo di elevazione (Figura 9): la figura mostra ad<br />
esempio che un angolo di elevazione minimo<br />
gmin=lf restringerebbe la coperiura a latitudini di<br />
i65", mentre per un gmin=4O0 la coperiura sarebbe<br />
limitata a meno dei i45", escludendo dunque iutte le<br />
principali capitali europee. Allo stesso tempo, sarebbe<br />
richiesto un numero maggiore di satelliti. Con sistemi<br />
non GEO, è possibile ottenere facilmente un elevato<br />
angolo di elevazione, a patto che venga impiegato un<br />
maggiore numero di satelliti. (Figuralo).<br />
A questi vantaggi si oppongono tuttavia i seguenti<br />
svantaggi :<br />
* non appena il satellite si muove lungo I'orbita rispetto<br />
alla terra, l'altitudine decresce sempre più, vedi ad<br />
esempio I'ascissa in Figura 8, richiedendo pmdure<br />
di switch e handover da un satellite al seguente<br />
il numero di satelliti richiesto aumenta al decrescere<br />
dell'altitudine (vedi Figura IO),<br />
* mentre, usando satelliti GEO che sono fissi rispetto<br />
Fiira 8<br />
Rapporto Ilh come funzione du h.<br />
L'altitudine di orbita può essere ridotta fina all'incirca<br />
500 Km. ci06 di un valore sufficientemente elevato<br />
per evirare interferenze atmosferiche. È importante<br />
tuttavia. stare al di fuori della cintura di Van Allen<br />
(figura 10, m) ( che può danneggiare componenti<br />
elettronici e celle solari. Come conseguenza. sono<br />
disponibile due range di altitudine: 500 e 2000 Km<br />
che definiscono le orbite basse terrestri<br />
(Low-altitute Earch Orbitis. LEOs).<br />
Fiira 9<br />
Angular haltidth of the swath width. ciob latitudini<br />
nord e sud che limitano la fascia raggiunta da sistemi<br />
GEO in funzione del numero di satelliti.<br />
Figura 10<br />
Numero minimo di satelliti nel sistema in funzione<br />
dell'altitudine.<br />
alla terra, è possibile distribuire la capaciti di traffico<br />
dei satelliti, in funzione delle necessità delle varie patti<br />
della regione servita, i satelliti LE0 tendono a dishibuire<br />
evenly la loro capaciti di comunicazione sulla<br />
Terra, senza tenere conto che 2/3 della superficie terrestre<br />
b coperta da oceani. Secondo quanto esposto, i<br />
satelliti LE0 hanno come caratteristica positiva la<br />
capaciià di allestire un sistema globale vero, ma aUo<br />
stesso tempo necessitano di un accurato sistema di<br />
progetto per evitare un eccessivo spreco di capacità di<br />
comunicazione in regioni con modesto flusso di traffico<br />
e di sorgenti.<br />
Un concetto basilare appare essere che la loro capaciià<br />
di comunicazione deve essere scelta per essere ade-
guata al massimo fabbisogno di regioni sostanzialmente<br />
non servite da altri mezzi, e di fornire una funzione<br />
complementare piuttosto che competitiva in<br />
regioni ad alto sviluppo.<br />
I satelliti ME0 sono, sotto questo punto di vista, in<br />
una posizione intermedia perché, viaggiando lungo<br />
l'orbita, possono puntare la loro antenna verso le<br />
regioni di interesse; questa è la soluzione adottata per<br />
Odissey (vedi Tabella 1).<br />
Considerazioni sui dimensionamento di poteoza<br />
Riferendosi nuovamente alla Tabella 1, due casi<br />
richiedono particolare attenzione: il caso personalmobile,<br />
in cui sono usati i terminali terrestri palmari<br />
con antenne omnidiizionali e limitata potenza di trasmissione<br />
(0.5 W); il caso personal-f~ed, in cui piccoli<br />
terminali terrestri usano un'antenna direzionale e<br />
una limitata potenza trasmessa, con una libertà di scelta<br />
rispetto al caso precedente.<br />
7.1 ~e&nal-mobile<br />
L'equazione a2 di Tabella I si applica, con Gs=l e PT<br />
fisso. Per una data capacità di comunicazione a una<br />
determinata densità di rumore del ricevitore, anche Pr<br />
è fisso, così che è fissato il rapporto ASn2 indipendentemente<br />
dalla frequenza1'. Per esempio, per tra-<br />
Figura I I<br />
Direzionare i fasci per mantenere le cellule fisse a terra<br />
smissioni vocali a 4.8 kbitls, ASn2 è dell'ordine di 1.6<br />
104, cosa che implica DA=2 10-7, con D il diametro<br />
dell'antenna a bordo. Considerando la Figura 9, per un<br />
elevazione dell'angolo di 15", D deve essere 8 metri<br />
nel caso di satelliti GEO e 0.4 metri nel caso di sistemi<br />
LE0 a 800 Km di altezza.<br />
Per un angolo di elevazione di 40'71 valore di D diventa<br />
rispettivamente 7.6 e 0.22 metri. Da notare è che per<br />
elevati angoli di elevazione, le dimensioni delle cellule<br />
a terra tendono rimanere le stesse per ogni altitudine.<br />
Chiaramente, variano proporzionalmente con I, al<br />
variare della frequenza.<br />
I valori riportati delle dimensioni delle antenne satellitari,,<br />
corrispondono ad operazioni senza alcun margine<br />
rispetto alla propagazione nello spazio libero; se si<br />
introduce questo margine, l'antenna di un sistema<br />
GEO, può facilmente raggiungere i 15-30 metri di diametro.<br />
In effetti, i margini di potw sono necessari per supemre<br />
ostacoli, in particolare quando l'angolo di elevazione<br />
è piccolo; in sistemi satellitari mobili, può essere<br />
dificile adottare margini di potenza così elevati da<br />
assicurare le operazioni in ogni località del terminale:<br />
in questo caso, è richiesto un atteggiamento di cooperazione<br />
da parte dell'utente , nel senso che l'utente,<br />
quando si trova in una localith con difficoltà di propagazione,<br />
si deve muovere per cercare una posizione<br />
più favorevole.<br />
La situazione per i siitemi Geo diviene ancor più critica<br />
quando la potenzi ricewta deve essere incrementata<br />
per incrementare la capacità di comunicazione<br />
7.2 Peisonal-fixd o mobili cooperativi<br />
Si applica l'equazione C) in tabella 1. Un piccola<br />
antenna di terra, diciamo 25x25 centimetri possiede<br />
un'apertura equivalentecirca 10 volte superiore dell'a<br />
pertura 1214p di un'antenna omnidirezionale a 1.5<br />
GHz. Un terminale grande quanto una valigia, possibilmente<br />
con più potenza dei terminali palmari, può<br />
fornire comunicazione vocale anche con un sistema<br />
GEO senza necessità di una antenna a bordo troppo<br />
ampia.<br />
L'interesse a muoversi verso bande di frequenza più<br />
elevate, 20-30 GHz o 40-50 GHz, continua ad essere<br />
un aspetto importante, come detto precedentemente, a<br />
patto che siano assicurate condizione di diretta visibilità.<br />
Un confronto con quanto detto poc'anzi mostra<br />
chiaramente che nel caso di terminali palmari, sarebbe<br />
importante abbandonare il vicolo cieco in cui ci stiamo<br />
avventurando adottando antenne omnidirezionali : è<br />
necessario condurre ricerche sul possibile impiego di<br />
almeno una direzionaliili paaiale.<br />
Problemi di commutazione e relative soluzioni<br />
in sistemi non-GEO<br />
Un satellite non GEO, può essere usato in certe lwliti<br />
fmtanto che si trova nel rniige consentito di angoli<br />
di elevazione.<br />
Quando esce da questo range, è necessario commutare<br />
su un nuovo satellite. Questo è chiamato commutazie<br />
ne a livello di copertura.<br />
Sistemi multifascio, comunque possono richiedere un<br />
maggior numero di commutazioni. infatti, nel caso che<br />
fasci multipli siano fissi al satellite, questi formano un<br />
insieme di cellule che scivola sopra la terra; la commutazone<br />
di un terminale deve essere eseguita ogni<br />
volta che questo lascia una cellula ed entra nella successiva.<br />
Questo processo può essere denominato commutazione<br />
a livello di cellula.<br />
In questo caso l'intervallo di commutazione è proporzionale<br />
al rapporto tra la dimensione della cellula e la<br />
velocità del satellite: concordemente, la situazione tende<br />
a diventare più critica con il decrescere della<br />
dimensione della cellula (questo succede in particolare<br />
quando vengono impiegate frequenze più elevate) e<br />
con il crescere della velocità del satellite, cioè viene<br />
decrementata l'altitudine, per esempio passando da<br />
sistemi ME0 a sistemi LEO.<br />
La commutazione a livello di cellula può essere resa<br />
meno critica, utilizzando, invece di cellule circolari,<br />
celle allungate nella direzione dei moto (Globalstar) o<br />
può essere del tutto evitata mantenendo le cellule fisse<br />
rispetto alla Terra mentre il satellite si muove intorno<br />
all'arco di copertura: questo può essere ottenuto (Figura<br />
I I) usando fasci sieering.<br />
Teledesic presenta infatti un soluzione sofisticata in<br />
cui i fasci sono pilotati per m m di una matrice fasata<br />
(Figura 11). Ho menzionato precedentemente che in<br />
un sistema personal-mobile deve essere introdotto un<br />
margine di potenza per superare ostacoli lungo la<br />
traiettaria, specialmente nel caso di bassi angoli di ele<br />
vazione. in effetti è possibile alleviare questo proble-<br />
ma nel caso in cui più di un satellite siano siiultaneamente<br />
a disposizione e, atiraverso un'opportuna con<br />
mutazione, sia scelto il più favorevole ad ogni istante<br />
(diversità di satellite).<br />
Conclusioni<br />
Sono stati esaminati molteplici aspetti riguardanti<br />
l'impiego di nuove orbite e di nuove bande di ikquenza<br />
in sistemi avanzati di comunicazione satellitare.<br />
Parìicolare enfasi è stata data agli aspetti di radio engineering<br />
e di conseguenza non sono stati considerati<br />
molti altri problemi, particolarmente a livello di siste<br />
ma, come i metodi per l'accesso e il roirting, l'integrazione<br />
con la rete terrestre eccetera.<br />
Con riferimento agli aspetti tecnologici, appare chiaro<br />
che lo sviluppo di matrici di antenne attive sia un<br />
aspetto cruciale per sistemi efficienti che utilizzino<br />
nuove orbite e nuove bande di frequenza.<br />
In conclusione, è importante rilevare che , mentre le<br />
comunicazioni satellitari hanno cominciato a soddisfare<br />
il sogno di una comunicazione globale con soluzioni<br />
che hanno permesso di connettere stati e nazioni,<br />
I'impiego di tecnologie moderne consentirà di soddisfare<br />
il sogno$ una interconnessione globale a livello<br />
di individuo. E altresì evidente che sarebbe molto utile<br />
aver sistemi geostazionari LEO; questa è la ragione<br />
per cui ci sono proposte per I'impiego, anziché di<br />
satelliti, di piattaforme ad altitudini di decine di chilometri,<br />
alimentati e stabilizzati da terra attraverso fasci<br />
di onde millmetriche.<br />
Bibliografia<br />
I. A.C. Clarke, "Extraterrestrial relays", Wireless<br />
World, Oct. 1945, p. 305.<br />
2. Alta frequenca, "Special Issue on the Sirio<br />
Programme in the tenth Year of Satellite Life", Alta<br />
Frequenca, LVI, 1-2,1987.<br />
3. F. Carassa, "New satellite Systems and Higher<br />
Frequency Utilisation", Alta Frequenca, LVI, 1-2,<br />
1987.<br />
4. F. Carassa "Application of Millimeter Waves to<br />
Satellite Systems", Alta Frequenca, LVIII, 5-6, 1989,<br />
p. 405.<br />
5. F. Carassa "Technical Aspects in the fuhue development<br />
of satellite communications systems with particular<br />
reference to the use of frequencies above 10<br />
GHz." 19th Convegno Internazionale Scientifico sullo<br />
Spazio, Roma, 1979.<br />
6. F. Carassa, "Adaptive Methods to Counteract Rh<br />
Attenuation Effects in the 20-30 GHz Band", Space<br />
Communication adn Broadcasting, 2,3,1984, p.253.
Studi sul radar<br />
ad apertura sintetica (SAR)<br />
Gianni Ferretti. Andrea Monti Guarnieri. Claudio Prati, Fabio Rocca<br />
Diportimento di Oemnico ed Informazione<br />
Introduzione<br />
Lo scopo del SAR è fornire immagini elettromagnetiche<br />
(a frequenze comprese tra SOOMHz e IOGHZ) della<br />
superficie terrestre con risoluzione spaziale di qualche<br />
metro. Uno dei vantaggi di tale sistema di telerile<br />
vamento dallo spazio rispetto ai piii noti sistemi ottici<br />
è la possibilità di osservazione continua sia di giorno<br />
che di notte (essendo un sistema attivo) e anche in presenza<br />
di copertura nuvolosa (le frequenze utilizzate<br />
penetrano senza sensibili attenuazioni attraverso le<br />
nuvole).<br />
Il secondo vantaggio risiede nel fatto che, come tutti i<br />
sistemi di illuminazione coerente, anche le immagini<br />
SAR sono caratterizzate da un'ampiezza e da una fase.<br />
Proprio la fase dei dati consente al SAR di essere uno<br />
strumento molto utile per generare mappe digitali di<br />
elevazione del terreno con precisione di qualche metro<br />
e, soprattutto, di essere uno strumento unico per fornire<br />
misure di deformazioni crostali di vaste aree (centinaia<br />
di chilometri quadrati) con precisione centmetrica<br />
e con elevata densità (una misura ogni poche decine<br />
di metri a terra).<br />
11 gruppo di elaborazione numerica dei segnali presso<br />
il Dipartimento di Elettronica e Informazione del<br />
Politecnico di Milano ha iniziato ad occupmi del problema<br />
dell'elaborazione di dati Radar ad Apertura<br />
Sintetica (SAR) nel 1985. Dal 1986, la ricerca del<br />
gruppo è proseguita di pari passo con la possibilità di<br />
avere a disposizione dati reali con i quali verificare<br />
quanto sviluppato in teoria. All'epoca l'unica piattaforma<br />
che avesse fornito dati SAR per uso civile era<br />
il satellite americano SEASAT (lanciato nel 1979 e<br />
spento dopo solo 78 giorni) operante alla frequenza di<br />
ciuca 1GHz e con banda di circa 20MHz. I dati del<br />
SEASAT sono stati utilizzati dal gruppo per mettere a<br />
punto nuove tecniche di focalizzazione dei dati e per<br />
studiare le possibilità offerte dall'interfemmetria SAR<br />
per generare mappe di elevazione digitale del terreno<br />
(DEM). Nel maggio 1991 veniva lanciato il primo<br />
SAR europeo a bordo del satellite ERS-1 (frequenza<br />
centrale di circa SGHz e banda di poco inferiore ai<br />
20MHz). Per primo, nell'agosto dello stesso anno, il<br />
gruppo ne ha verificato le capacità interferometriche<br />
per conto dell'Agenzia Spaziale Europea (ESA), utih<br />
t o i dati per sviluppare nuove tecniche di elaborazione<br />
dei dati interferometrici che hanno portato poi<br />
ad un brevetto registrato dall'ESA negli USA, e ha poi<br />
valutato le capacità offerte dal sistema per misurare<br />
moti crostali con precisione centimetrica. Nel 1995<br />
veniva lanciato il secondo satellite europeo ERS-2,<br />
gemello di ERS-I. Su suggerimento del nostro gruppo<br />
i due satelliti vennero posti sulla stessa orbita in modo<br />
da poter operare sulla stessa zona a distanza di un<br />
giorno.<br />
Con questa disposizione (TANDEM) dei satelliti sono<br />
stati acquisiti ripetutamente dati di tutta la superficie<br />
terrestre che oggi costituiscono una base di dati unica<br />
al mondo e che consente di generare DEM di vaste<br />
zone della superficie terrestre.<br />
Prima di questa attività di ricerca sul SAR il gruppo si<br />
era occupato di trasmissione televisiva digitale da<br />
satellite. Questa attività di ricerca è culminata nel 1984<br />
con il primo esperimento di trasmissione televisiva<br />
codificata a 2Mbls con il satellite SiRiO!<br />
Introduzione al SAR<br />
Il sistema. Il radar ad apemira sintetica (SAR) è uno<br />
strumento costituito da un radar di tipo convenzionale<br />
montato su una piattaforma mobile (un aeroplano o un<br />
satellite). L'antenna del radar è puntata verso terra<br />
ortogonalmente alla dizione di moto della piaitaforma<br />
con un angolo compreso tra 20 e 80 gradi rispetto<br />
alla direzione di Nadir (detto di off-nadir).<br />
Differenze rispetto alle immagini ottiche. I vantaggi<br />
del SAR rispetto ai consueti sistemi ottici sono legati<br />
alla capacità di operare di notte e in presenza di nuvole<br />
(ci sono aree della terra di cui non esistono immagini<br />
ottiche da satellite a causa della copertura nuvolosa<br />
perenne); ancora, il SAR può fornire immagini coerenti<br />
e ci& l'immagine contiene sia l'informazione d'intensità<br />
(legata alla rifleiiività degli oggetti) che I'informazione<br />
di fase (legata alla distanza tra bersaglio e<br />
radar).<br />
La coerenza del sistema SAR consente alcune applicazioni<br />
di grande interesse pratico, ma è causa del cosiddetto<br />
fenomeno di "speckle" visibile come una variazione<br />
casuale dell'intensità dell'immagine intorno al<br />
valor medio della retrodiffusione (lo stesso effetto di<br />
granulosità che si nota puntando un laser su una parete<br />
non perfettamente liscia).<br />
Questa vaiiazione è dovuta alla ricombinazione casuale<br />
dei ritorni radar dai vari retrodiffusori contenuti nella<br />
cella di risoluzione dell'immagiie.<br />
Un esempio della diierenza visibile tra un'immagine<br />
ottica e una SAR è mostrato in figura 1.<br />
Figura I - Confronto tra un'immagine ottica (satellite<br />
SPOT) a desta e una SAR (satellite ERS-I) a sinistra<br />
dell'area dei Campi Flegrei (Napoli). L'immagine<br />
ottica B stata messa nella geometria SAR per rendere<br />
possibile il confronto.<br />
Deformazioni geomehiche. Le due dimensioni spaziali<br />
dell'immagiie SAR sono legate alla distanza degli<br />
oggetti dal sensore ("slarif range") e alla posizione<br />
della piattaforma lungo la direzione di moto ("azimuth").<br />
A causa di questa rappresentazione l'immagine<br />
SAR è affetta da deformazioni geometriche eguali a<br />
quelle di un sistema ottico che osservasse la superficie<br />
terrestre con angolo di vista complementare. Gli<br />
oggetti disposti su un terreno con pendenza pari all'angolo<br />
di oflrtarlir (cioè parallela all'antenna del radar)<br />
risultano essere tutti alla stessa distanza dal radar e<br />
quindi rappresentati nella stessa cella di risoluzione<br />
(non c'é possibilità di discriminare oggetti anche molto<br />
distanti tra loro se contenuti nel piano con questa<br />
pendenza).<br />
Queste zone vengono dette di 'tforesliorteriirig". Nel<br />
caso ottico, al contrario, questa disposizione consente<br />
la miglior risoluzione spaziale. Esattamente l'opposto<br />
accade per terreni con pendenza opposta dove il SAR<br />
consente la miglior risoluzione e il sistema ottico<br />
"schiaccia" tutti gli oggetti in un solo punto deli'immagine<br />
(come in una cartolina vista di profilo).<br />
La focaliione. Durante il moto della piattaforma il<br />
radar emette impulsi di breve durata ad intervalli regolari.<br />
La risoluzione spaziale in distanza r (slaiit range)<br />
è proporzionale alla durata degli impulsi trasmessi t:
Figura 2 - Immagine SAR ERS-I della parte orientale<br />
della Sicilia comprendente il monte Etna La fase<br />
interferomevica 6 rappresentata a colori, mentre il<br />
modulo è rappresentato con l'intensità. La fase<br />
interferomeuica 6 stata ottenuta come differenza tra<br />
due passaggi ERS-I ed ERS-2 del 5 e 6 Settembre<br />
1995 con un baseline di circa 1 10 metri. Si nota come<br />
le frange interferomeulche seguono Bene le curve di<br />
livello.<br />
Figura 3 - Immaglne SAR ERS-I del Vesuvio (Napoli).<br />
La fase interferometrica 6 rappresentata a colori,<br />
mentre il modulo 6 rappresentato con i'intensitd.<br />
Il basellne b di circa I35 metri. Si nota come le frange<br />
interferomeuiche seguono bene le curve di livello.<br />
d 2 dove c'è la velocità della luce. Quindi per ottenere<br />
risoluzioni in distanza inferiori a 10 metri è<br />
necessario trasmettere impulsi di durata inferiore a 66<br />
ns o, equivalentemente, utilizzare una banda maggiore<br />
di 15MHz. in pratica si trasmettono impulsi modulati<br />
linearmente in Frequenza di durata molto maggiore che<br />
poi vengono compressi con un filtro adattato nell'elabomione<br />
numerica dei dati. Per quanto riguarda inve<br />
ce la direzione di azimuth, si sfrutta il moto della piattaforma<br />
rispetto agli oggetti a terra per "sintetire"<br />
tramite calcolatore un'antenna di dimensioni molto<br />
maggiori rispetto a quella fisica. Infatti per avere una<br />
risoluzione di 10 metri alla frequenza di IGHz e alla<br />
dislanza di 800h (la quota detle orbite generalmente<br />
utilizzate per il SAR da satellite) sarebbe necessaria<br />
un'antenna lunga più di 10 h, owiamente non realizzabile<br />
praticamente. 11 trattamento dei dati "grezzi"<br />
che consente di comprimere gli impulsi e di siitetii<br />
re l'antenna viene indicata con il termine di "focalizmione"<br />
SSAR<br />
L'atiivith del gruppo<br />
La nuova tecnica di focalizzazione. Da un punto di<br />
vista deli'elaborazione numerica dei dati, il problema<br />
della focalizzazione dei dati SAR è molto simile a<br />
quello della migrazione di dati sismici ottenuti con<br />
onde acustiche. L'esperienza del gruppo ha suggetito<br />
di modificare le tecniche sismiche (molto più avanzate<br />
di quelle radar sia perchè studiate da molto tempo con<br />
consistenti finanziamenti da parte dell'industria petrolifera<br />
sia perchè il problema sismico richiede accuratezze<br />
più elevate di quello SAR) per renderle adatte<br />
alla focalinazione di dati SAR. Quindi, nel 1987 è<br />
stata messa a punto e verificata con i dati SEASAT<br />
una tecnica di focalizzazione che rispetto alle precedenti<br />
è risultata essere più efficiente computazionalmente,<br />
più semplice (il cuore dell'algoritmo occupava<br />
20 righe di Fortan 77), più precisa e, soprattutto, esente<br />
da distorsioni di fase del dato (condizione essenziale<br />
per le applicazioni interferometriche)'. La nuova tecnica<br />
è diventata presto punto di riferimento per i nuovi<br />
prodotti software e la sua pubblicazione ha avuto<br />
come effetto non trascurabile quello di far uscire il settore<br />
da un regime di oligopolio con una conseguente<br />
radicale riduzione dei costi.<br />
L'interferometria e le sue applicazioni. Ad ogni pixel<br />
di un'immagine SAR è associato un numero complesso<br />
risultato della combinazione delle retmdiffusioni di<br />
tutti gli oggetti appartenenti ad una cella di risoluzione<br />
a terra e della rotazione di fase dovuta al percorso. In<br />
particolare la fase di ogni piiel è formata dalla somma<br />
di due termini: il primo legato ai retrodiffusori fs, il<br />
secondo dato da k=pr/I, dove r è la distanza piattaforma-cella<br />
di risoluzione e l è la lunghem d'onda del<br />
radar (pari alla velocità di propagazione divisa per la<br />
frequenza del radar).<br />
Dato che le lunghezze d'onda generalmente utilizzate<br />
sono di pochi centimetri e la distanza sensorecella di<br />
risoluzione è di qualche centinaio di chilometri (alme<br />
no nel caso di SAR da satellite) il secondo temine di<br />
fase contiene decine di milioni di angoli giro. Inoltre,<br />
il termine di fase legato ai retrodiffusori è casuale. In<br />
conclusione la fase di una siigola immagine SAR è<br />
assolutamente inutihbile. Se ora si considera la differenza<br />
di fase tra due immagini SAR riprese da angoli<br />
di vista leggermente differenti (generalmente viene<br />
indicata la distanza tra i due satelliti in direzione normale<br />
a quella di vista -baseline invece che la separazione<br />
angolare) " il termine di fase dovuto ai retrodiffur<br />
sori si cancella (almeno in prima approssimazione se<br />
la differenza d'angolo è molto piccola) e il termine di<br />
fase residuo è dato da j=ilpDr/I dove Dr è la differenza<br />
dei percorsi tra i sensori e la stessa cella di risoluzione<br />
a tena. La fase j contiene ancora un numem molto ele<br />
vato di angoli giro (è quindi nota a meno di un elevato<br />
multiplo intero di 2p), tuttavia passando da una cella<br />
di risoluzione ad una contigua (pochi metri di distanza)<br />
la variazione di j è generalmente sufficientemente<br />
piccola da non presentare ambiguità di 2p. La fase j<br />
viene detta fase interferometrica e ad essa è legata<br />
l'informazione di variazione di Dr (misurata in frazioni<br />
di lunghezza d'onda 1) tra pixel dell'immagine<br />
SAR. Un esempio relativo alla zona dell'Etna è<br />
mostrato in Figura 2.<br />
Un altro esempio relativo al Vesuvio è mostrato in<br />
figura 3. Nota la posizione dei due satelliti, la misura<br />
di Dr può essere utilizzata per ricavare l'elevazione<br />
relativa tra i pixel dell'immagine e, quindi, generare<br />
una mappa numerica di elevazione pigital Elevation<br />
Model). Oppure, noto il DEM è possibile risali da<br />
Dr a eventuali deformazioni millimeiricbe della superficie<br />
terrestre intercorse tra due osservazioni successi-<br />
ve. La precisionedella misura di Dr è legata al rumore<br />
di fase presente sulle immagini SAR. Se le immagini<br />
SAR utilizzate per calcolare la fase interferometrica<br />
sono riprese simultaneamente (e quindi il contributo di<br />
fase dei retrodiffusori si cancella) il rumore di fase è<br />
generalmente inferiore a 30 gradi e la precisione di<br />
misura di Dr migliore di V20 (pochi millimetri). DaUa<br />
misura di Dr e dalla parallasse si risale al DEM con<br />
una forte diiuzione di sensibilità, passando da errori<br />
di pochi millimetri su Dr a errori di vari metri sul<br />
DEM. Se invece le immagini SAR sono riprese con un<br />
certo intervallo temporale (questo è il caso dell'interferomehia<br />
da satellite sia nel caso SEASAT che ERS-<br />
IIERS-2) il rumore di fase dipende essenzialmente dal<br />
cambiamento dei retrodiffusori sul terreno e la precisione<br />
di misura di Dr presenta una forte variabilità<br />
spaziale. Se per alcune applicazioni (come la generazione<br />
di DEM o la misura di deformazioni crostali)<br />
questa variabilità è un inconveniente, per la classificazione<br />
d'immagini e per l'estrazione di alcuni parametri<br />
geofisici può essere un vantaggio (per primo il<br />
gruppo ha proposto la generazione d'immagiii di coerenza<br />
per questo tipo di applicazioni). Per quanto<br />
riguarda le tecniche di elaborazione numerica per la<br />
generazione di immagini di fase interferometrica, il<br />
contributo innovativo del gruppo è conosciuto (e utilizzato)<br />
internazionalmente con il nome di "spectral<br />
shifi principle" o "common band filtering'u'.<br />
Consiste in un filtraggio spazio variante delle due<br />
immagini SAR al fie di eliminare quel contributo di<br />
rumore causato dalla non completa cancellazione del<br />
termine di fase dovuto ai retrodiffusori (che in effetti<br />
cambia al cambiare dell'angolo di vista). Questo principio<br />
è stato poi applicato nella realizzazione di due<br />
pacchetti sohvare per conto dell'ESA: il primo per la<br />
generazione di immagini di fase a piena risoluzione<br />
(disponibile via rete tramite ESA-ESRiN), il secondo<br />
per la generazione di immagini di ampim, di fase e<br />
di coerenza a risoluzione intermedia (40 metri), ma<br />
con tempi di calcolo molto ridotti (l0 minuti su un PC<br />
per immagini 100x 100km).<br />
Le immagini di coerenza<br />
Se i retrodifiori sul terreno cambiano tra un'osserva-<br />
Figura 4 - Immagine di coerenza della parte nord<br />
orientale della Sicilia.
Figura 5 - Mappa numerica di elevazione dell1Etna<br />
ottenuta a partire da 7 coppie d'immagini ERS-I ed<br />
ERS-2.<br />
zione SAR e la successiva, la fase interferometrica<br />
risulta affetta da un rumore casuale. L'entità di questo<br />
rumore viene valutata attraverso le immagii di coeren-<br />
2a cioè della stima del coeffciente di cmss-correlazione<br />
locale delle immagini SAR. In teoria ad ogni pixel delle<br />
immagini è legato un valore di coerenza differente,<br />
ma in pratica, avendo a disposizione solo due immagini<br />
per stimare la coerenza, si suppone che il segnale sia<br />
siazionario in un'area di qualche pixel. La risoluzione<br />
dell'immagine di coerenza è così ridotta rispetto a<br />
quella delle inimagini di partenza. La coerenza è compresa<br />
tra O (retrodiffusori completamente diversi nelle<br />
due immagii come, per esempio, nel caso del mare) e<br />
1 (stessi retrodisori nelle due immagini come, per<br />
esempio, nel caso di rocce esposte). Un esempio di<br />
immagine di coerenza è mostrato in Figura 4.<br />
L'immagine mostra la parte nord orientale della Sicilia<br />
e la coerenza è rappresentata con una scala di grigi che<br />
va dal nero (coerenza nulia) al bianco (coerenza unitaria).<br />
I dati utilizzati sono stati ripresi dai satelliti ERS-<br />
I ed ERS-2 a distanza di un giorno nel settembre del<br />
1995. Si nota come il mare risulti totalmente incoerente,<br />
mentre sull'isola si notano diversi livelli di coerenza,<br />
scarsa nella parte nord più vegetata, elevata<br />
sulllEtna in corrispondenza delle colate di lava che<br />
vengono così chiaramente identificate. La coerenza<br />
varia anche in funzione della situazione climatica. In<br />
generale in aree vegetate la coerenza è più elevata nei<br />
periodi secchi (estivi alle nostre latiiudini) .<br />
Generazione di DEM<br />
Dalla fase interferometrica è possibile risalire alla<br />
mappa di elevazione (relativa) di tutti i pixel. Per ottenere<br />
questo risultato sono necessarie due operazioni:<br />
lo srotolamento della fase interferometrica ("pliase<br />
irriivrappi~ig") la geocodifica del DEM.<br />
La prima operazione si rende necessaria in quanto la<br />
fase interfeminetrica presenta dei salti di 2p che non<br />
sono legati ad un'effetiiva differenza di quota tra pixel,<br />
ma dipendono dalla rappresentazione della fase che è<br />
nota a meno di multipli di 2p. A partire dal 1987, il<br />
gruppo ha sviluppatoz delle tecniche originali di ')/lase<br />
un~~~rappilig" bidimensionali che sfruttano sia<br />
l'informazione di fase sia quella d'ampiezza delle<br />
immagini SAR. Più recentementes il gruppo ha individuato<br />
una tecnica di phase rrriwmpping più affidabile<br />
di quelle %adionali" perchè basata sull'informazione<br />
di fase di più immagini SAR. Inoltre, con più<br />
Figura 6 - Mappa numerica di elevazione dell'Etna<br />
ottenuta a partire da 7 coppie d'immagini ERS- I ed<br />
ERS-2 ascendenti e 3 discendenti.<br />
immagini, si aumenta la percentuale di zone che hanno<br />
alta coerenza nell'una o nell'altra situazione e, conseguentemente,<br />
si riescono ad ottenere DEM di zone più<br />
estese.<br />
Una volta ottenuta una mappa di elevazione in coordinate<br />
SAR, questa deve essere posta in un sistema di<br />
riferimento convenzionale (generalmente UTM) tramite<br />
un'operazione di geocodifica. Un esempio di<br />
DEM della zona dell'Etna generato a partire da 7 cop<br />
pie d'immagini SAR è mostrato in Figura 5.<br />
Owiamente a causa delle deformazioni geometriche<br />
delle immagini SAR, le zone difireslior~eiiirig risultano<br />
essere fortemente interpolate e di scarsa affidabiliti.<br />
Per ovviare a questo inconveniente sono state<br />
combinate mappe di elevazione ottenute con coppie<br />
d'immagini SAR riprese durante passaggi sia ascendenti<br />
(da Sud a Nord) sia discendenti (da Nord a Sud)<br />
dei satelliti ERS-1 ed ERS-2. Le deformazioni geome<br />
triche nei due casi sono quasi complemen!ari (nei passaggi<br />
ascendenti l'antenna è puntata verso Est, in quelli<br />
discendenti verso Ovest) quasi tutta la superficie di<br />
una zona montuosa come quella dell'Etna t rappresentata<br />
con buon dettaglio.<br />
La mappa di elevazione di Figura 6 mostra il risultato<br />
di questa combinazione. Nella stessa figura sono<br />
mostrate un'immagie SAR ascendente e una discendente<br />
per mettere in risalto le differenti deformazioni<br />
geometriche. L'accuratezza di elevazione valutata<br />
indipendentemente dall'ESA è risultata essere di cima<br />
8 metri. Un problema non trascurabile nella generazione<br />
dei DEM con immagini SAR non simultanee (come<br />
nel caso di ERS-1 ed ERS-2) è quello del cambiamento<br />
del contenuto di vapor d'acqua nella troposfera tra<br />
un'osservazione e I'altra e10 tra una zona e l'altra nella<br />
stessa osservazione.<br />
Questi fenomeni causano delle variazioni locali della<br />
lunghezza d'onda del sistema e, conseguentemente,<br />
degli artefatti topografici. Ancora una volta l'uso di<br />
più immagini interferometriche è d'aiuto per ridurre<br />
questi effetti.<br />
Il gruppo ha messo a punto una tecnica basata sull'elaborazione<br />
multi-risoluzione degli interferogrammi<br />
SAR (filiraggio wavelet bidimensionale) per stimare la<br />
potenza degli artefatti atmosferici sulle singole coppie<br />
interferomemche. In base a queste stime è possibile<br />
trovare la miglior combinazione lineare delle siigole<br />
coppie interferometriche per ridurre al minimo gli<br />
effetti atmosf&cis.<br />
Misura di moti crostali<br />
Se la topografia è nota, il suo contributo alla fase interferomeirica<br />
può essere eliminato. Il residuo di fase<br />
interferomeirica può essere messo in relazione a piccoli<br />
sposiamenti relativi della superficie tmtre nella dizione<br />
del satellite. Nel caso dei satelliti ERS-I ed ERS-<br />
2, per esempio, uno spostamento relativo di 2.8 cm<br />
(pari a meta della lunghezza d'onda del sistema) produrrebbe<br />
una variazione di fase interferomeirica di 2p.<br />
Se la coereuza nella zona d'interesse è sufficientemente<br />
elevata, si capisce come questa tecnica sia in grado<br />
di misurare movimenti di pochi millimetri. II gruppo<br />
ha verificato sperimentalmente questa possibilità proponendo<br />
nel 1992 un esperimento controllato sulla'area<br />
di Bonn in collaborazione con I'ESA per la pianificazione<br />
delle accensioni del satellite ERS-I e I'università<br />
di Stoccarda per la preparazione dell'esperimento<br />
a terra.<br />
Nell'espehento di Bonn il gruppo di Stoccarda ha<br />
collocato su un terreno agricolo diciannove riflettori<br />
molto brillanti (comer reflectors) e quindi ben identificabili<br />
sull'immagine SAR. La scena è stata ripresa<br />
dieci volte nel mese di Marzo del 1992 e nel Frattempo<br />
due riflettori sono stati spostati verticalmente di un<br />
centimetro. Dall'elaborazione delle dieci immagini<br />
SAR, il gruppo di Milano ha correttamente identificato<br />
quali riflettori erano stati mossi e di quanto con un<br />
errore di 2 millimetri. La tecnica è stata poi applicata<br />
dal gruppo per rilevare fenomeni naturali come nel<br />
caso delle grossa Frana di St. Etienne de Tinee poco a<br />
nord di Nim. in figura 7 è mostrata la singola immagine<br />
SAR ripresa da ERS-I; la zona interessata dalla<br />
Frana è evidenziata nel riquadro. In Figura 8 è invece<br />
Figura 7 - Immagine SAR ERS- I della zona interessata<br />
dalla frana di St. Etienne de Tinee.<br />
Figura 8 - Fase interferometrica ottenuta da due<br />
immagini SAR ERS-I riprese a distanza di 9 giorni.<br />
Nei riquadro sono ben visibili le frange causate dalla<br />
deformazione superficiale awenuta in seguito al moto<br />
franoso.
"s<br />
m<br />
L<br />
i"<br />
t<br />
i-<br />
i i.r," i,ii.~L, I "q' '.'-".-."m -<br />
. %m<br />
W .,- - 1:<br />
..,.....i i:,<br />
Figura 9 - Immagine SAR ERS-I della Valle del Bove<br />
(ha).<br />
mostrata la fase interferometrica ottenuta a distanza di<br />
nove giorni che evidenzia le rapide variazioni di fase<br />
in corrispondenza della frana. Questi dati sono stati<br />
analizzati dal gruppo IPGP di Parigi per ricavame un<br />
modello della frana. Avendo a disposizione più immagini<br />
è anche possibile seguire lo sviluppo temporale<br />
delle deformazioni. Se poi esiste un modello per questo<br />
sviluppo, è possibile misurare con precisione<br />
movimenti d a m molto modesti. Con questa tecnica<br />
abbiamo misurato gli spostamenti del terreno nella<br />
Valle del Bove suIl'Etna causati essenzialmente dal<br />
peso delle recenti colate di lava. L'immagine SAR<br />
della Valle del Bove è mostrata in Figura 9, menire la<br />
mappa deiie velocità del terreno (in cm all'anno) è<br />
mostrata in Figura 10. Come ulteriore esempio, si<br />
mostra come con I'interferometria SAR di ERS-I ed<br />
ERS-2 sia stato possib'ie individuare un fenomeno di<br />
subsidenza nell'area vicino ad Annifo in Umbria causato<br />
dal terremoto del 26 Settembre 1997. Il fenomeno<br />
di subsidenza è mostrato in Figura l l. L'abbassamento<br />
del terreno al centro dell'imrnagine stimato dalla fase<br />
interferometrica è di circa 8 cm rispetto ai bordi.<br />
Infine in Figura 12 si mostrano le hge d'interferenza<br />
relative alla deformazione crostale causata dal terremoto<br />
del 1992 di Landers in Califomia. Tali frange<br />
sono state ottenute dalla differenza di due immagini<br />
ERS riprese prima e dopo il sisma. hterferometria con<br />
SCANSAR a bassa risoluzione. Nell'anno 2000 verrà<br />
messo in orbita il satellite europeo ENVISAT cbe avrà<br />
a bordo un sistema SAR di nuova generazione detto<br />
SCANSAR Questo sistema, a differenza di quelli pre<br />
cedenti consentirà di acquisire striscie d'immag'i larghe<br />
500 km invece dei 100 attualmente disponibili. Il<br />
gruppo è stato incaricato da ESA-ESTEC di ottimizzare<br />
i parametri di questo strumento. Inolire il gruppo è<br />
stato incaricato d'investigare le possibili applicazioni<br />
d'interferometia SAR-SCANSAR. I dati SCANSAR<br />
sono stati simulati a partire dai dati della missione<br />
ERS e sono stati utilizzati per verificare la validità di<br />
tecniche d'interferometia innovative.<br />
Conclusioni<br />
Abbiamo riassunto i principali risultati di una ricerca<br />
durata più di 12 anni e fmanziata per un totale di circa<br />
2.2 miliardi di lire principalmente dall'Agenzia<br />
Spaziale Europea @SRN e ESTEC), daUa Comunità<br />
Europea e dall'Agenzia Spaziale Italiana. Tale lavoro<br />
è stato reso possibile dal contributo di 48 studenti di<br />
Laurea e Dottorato (4) descritto in 37 tesi e progetti di<br />
laurea. I risultati principali di questa attività ricerca<br />
sono raccolti in 15 pubblicazioni su riviste htemazib<br />
nali e sono coperti da due brevetti.<br />
Figura 10 - Mappa delle veloci6 del terreno (in cm<br />
all'anno) della Valle del Bove (Etna).<br />
Riferimenti bibliograllci<br />
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Frequenza , Numero speciale sull'esperllnento SIRIO,<br />
1984.<br />
Flgura I2 - Fase lnterfemrnetrica relativa<br />
al terremoto di Lan&rs in Californi&<br />
Figura I I - Fase interferometrica relativa alla subsidenza<br />
nella zona di Annlfo causata dal recente terremoto<br />
In Umbria.
Space field research activities<br />
at the aerospace department<br />
of Politecnico di Milano<br />
Moon Exploration<br />
Since a new interest for lunar exploration and exploitation<br />
is risen up in recent years severa1 topics are<br />
under study to better design a mission to the Moon.<br />
Three are the main areas of interest:<br />
WSB Transfer Trajectories. Weak Stability<br />
Boundaries (WSB) are a new and inhiguing altemative<br />
to classica1 Hohmann transfers. Proposed for the<br />
Cst time by Belbmno, this kind of transfer trajectory<br />
exploits regions of transition between stable and<br />
unstable manifolds, providing a meaningful saving of<br />
propellant An efficient procedure to design an optimal<br />
transfer by WSB is under development along with a<br />
stability analysis of the designed trajectory.<br />
Orbit Maintenance. The non-uniform gravity field of<br />
the Moon yields strong periurbiig effects on low perilune<br />
orbits leadig to a hard landing ahr few revolutions.<br />
A siudy of long and medium term effects aimed<br />
Io identify periodic stable solutions and stabilising<br />
minimum Dv manoeuvres has been camed out.<br />
* Optimal Landing. Minimum mass homing trajectory<br />
to a desired target from a given coasting orbit is ofprimary<br />
for the actual reaiisation of the mission. Optiial<br />
control law and optimal initial conditions have been<br />
denved to perform the desii landing trajectory keeping<br />
into account orbita1 and attitude dynamics and<br />
constraints.<br />
Figure I: Periodic solutions<br />
Figure 2: Optirnal thrust program<br />
Figure 3: w o link planar manipulator<br />
Microsafeiiites Design: PalaMede<br />
Program PalaMede aims to put in a sun-synchronous<br />
polar orbit a micmsatellite entirely designed by students<br />
inside the Department of Aerospace Engineering<br />
of the Politecnico di Milano. PalaMede is an educati&<br />
nal program and is intended Io be an important chance<br />
for students to apply in practise what they have learned<br />
in theory.<br />
Furthermore PalaMede is designed to be a basic<br />
platform to test new concepts for future small and<br />
cheap satellites. In pariicularly No basic ideas are leadig<br />
the entire project: first of al1 the subsystems are<br />
made by standard components not design for space and<br />
second PalaMede will be a muhipurpose bus fora wide<br />
range of payloads. Two cameras repwmt present payload:<br />
one CCD colour camera, which shaU take pictures<br />
of the Earth, and an infrared wnera, which shaU<br />
take picture of the outer space.<br />
The prehmmy design of al1 the suhystems is complete,<br />
at present, and part of the power system and<br />
HDCS is going to be built and tested.<br />
Fiexible Manipdators<br />
Space robots will play an increasing important role in<br />
space missions of the Intemational Space Station era.<br />
Space robot arms are very light and slender: then the<br />
flexibility, causiig long period elastic vibration during<br />
maneuvering, is a critica1 issue to dea1 with. The foilowing<br />
arguments are being studied :<br />
* Path Optimiition. Different kind of optimization are<br />
beiig investigated, e.g. time and energy consumption<br />
minimintion.<br />
Flexibility Control. Both standard optimal control<br />
system, as LQR, and modern method, as Neural<br />
Networks, are applied to contml links and joints flexibili@.<br />
* Interaction between manipulator dynamics and base<br />
strutture.<br />
Experimental tests are earried out on a two rotational<br />
degrees-of-freedom planar manipulator with highly<br />
flexible links, which has been purposely designed and<br />
set up in our laboratories.<br />
Active Control of hrge Fìexible Struciures<br />
Space struciures must be characterized by a very higb<br />
efficiency, measured by the launch costs and the possibili@<br />
of being assembled directly on orbit.<br />
This calls for the adoption of modular tniss shuctures<br />
in al1 the cases where more functional elements must<br />
be wnnected but kept at a certaii relative distance.
I<br />
replacing any of the passive eìements of the shuchm<br />
Figure 4: TESS expreriment<br />
These stnictures, called Large Spiice Strucm (LSS),<br />
am b c k M by their high slendemess, low weight<br />
and high flexiiility. n e requirements on the pointig<br />
stability of LSS are vesy ofien so stringent that some<br />
mrt of active eonirol must be pmmt on the shucture.<br />
In this way the transient response to extemai disturbanees<br />
can decay d%ciently fast even in presence of<br />
maneuvers like docking and cmw movernenis.<br />
S i 1985 severa1 research centers bave undertakm<br />
experiments re.lated to the active mtml of LSS. The<br />
experha& differ for the dals used, the siructural<br />
topology, the mnsors and acl~ators duptwl and the<br />
contro1 tdniquedl higd. ks expwienoe was gained,thetat&ucbmbecamemorecomplicatedan8<br />
atpiemtthemosiaa$Meare~~emulating<br />
free fl& stiUdiires. m M 1991, a Iarge<br />
modular ttuss 8trncture has Been devebpd also at the<br />
Dipartimento di Ingegneria Aerospaziale of<br />
PolitecmcodiMilaw.The~is19m~longand<br />
weigh only 75 kg. It is composed by 54 cubic bays<br />
made ofpiastic materiai. The suspion system is<br />
composed of 6 mft aprings, which assure an acceptable<br />
decoupling of the rigid body pendulum rnodes<br />
from the elastic vibration modes (0.3 Hz agairist 1.1<br />
Hz appmximately).<br />
For the active contro1 of ihe tniss smichire the structure.<br />
is equipped with a system of electrovdves connected<br />
to a pressurized air system, emulating air jet thrusm.<br />
Another fareseen solution is the construction of<br />
dedicateti actuators, such as active rods capable of<br />
or pmf mass actuatm.<br />
The shape and position contro1 of the stnicture will be<br />
performed by adopting s d different contro1 strate<br />
gies, ninging fmm the most traditional linear robust<br />
controiiers to the non-conventional prediciivdadaptive<br />
and h y eomllers, making use of hybrid acluation<br />
W-.<br />
Design of Actuatm for Strochiml Contro1<br />
Two kinds of actuatm have been studied in partioular:<br />
active mds and pof mass acniator. The core of the<br />
adve rod may be eithe~ a pi&~c or a magnetestrictive<br />
element, while the e m W<br />
sensors wiU be<br />
a force and a displacement transducer, wnnected to a<br />
local contro1 circuit far decentralized contro1 and<br />
eventwlly to a global contro1 system for the coonlia-<br />
timofail theaeiuato~s. l'h activerod~ephandement<br />
of the truss stiuctm, so it includes ihe screw<br />
adapiets aad oftfie pidc temiinril of the jwsive<br />
element, in order to have globally the appropriate<br />
le@. The proof mass actmtor is desiped as a voice<br />
coi1 aciuator moving on a sled, including a servo aca-<br />
Immefer and a displacement trans8ucer b qmìent<br />
an mdepeadent unit.The acwr is c o d using<br />
a eolocated direct velocity feedbadc contro1 law.<br />
Figure 5: elernena of the adve member<br />
Figure 6: proof mass actuator<br />
Convegno Internazionale<br />
"Human Motor Performance in Reduc ed Gravity"<br />
Introduce il Professar Antonio Pedoni. Direttore del Dipartimento di Blolngegneria<br />
A seguito deila prima giornata di lavori dedicata<br />
alla presentazione delle attivita del<br />
Politecnico di Milano nelle ricerche spaziali,<br />
la seconda giornata di lavori & dedicata al<br />
tema specifico del comportamento motorio<br />
dell'uomo in microgravità. l'obbiettivo specifico<br />
è quelio cii discutere i risultati di programmi<br />
sperimentali gi8 realizzati ed, in particolare,<br />
definire una strategia tecnico-scientifica<br />
comune per affrontare l'era della sperimentazione<br />
a bordo della Stazione Spaziale<br />
Internazionale. In particolare, i diversi conhsbuti<br />
affrontano tematiche relative ad aspetti<br />
fisiologici di base; all'identificazione di tecnologie<br />
di analisi del movimento qualificate per<br />
impiego spiale; alle neuroscienze di base,<br />
con riferimento a processi di adattamento a<br />
cm&zioni ambientali alterate (plasticità neuromotocia)<br />
all'apprendimento mobxio.<br />
Intervengono ah seconda giornata di lavori i seguenti<br />
relatori:<br />
a. G. Andreoni - Bioeugineering Dept.- Poiitecnìco<br />
di Milano - Milano<br />
Dr, G. Aotonuffo - Science and Biomedical<br />
Technology Dept - Univmitii di Udine - Udine<br />
Dr. G, Baroni - Bioengiineering Dept.- Politecnico<br />
di Milano - Milano<br />
Ing. D. B d i - hternational Space University<br />
ing. L. Binnchi - Human Physiology a d KiAesiology<br />
- Ciinica S. Lucia - IRCSS - Roma<br />
Iog. A.A. Borghese - Laboratofy of Human Motiin<br />
Study istituto Nemienze e Bioimmagini - CNR -<br />
Milano<br />
Proi. G. Ferrigno- Bioengineering Dept- Potitecnico<br />
diMilaao-Mih<br />
Prof d. Ma&n- Leboratoire deN&logie<br />
et Mowement - CiW - Mamille -Fm&<br />
M. G. Mkocchi- Physiology Dept.- Univefsilh<br />
Statale di Milano - Milano<br />
Dr. K. Money- Toronto - Canada<br />
Dr. L. Mooehnino - Laboratory of Movement and<br />
Perception - UNversiiy of the Meditemnean - Marseille -<br />
Fmoce<br />
Prof. DJ. Newman- Dept. of keronauties and Astronautics<br />
- M.I.T. - Basbn, MA -U.S.A.<br />
Prof. M. Paiva- Biomedical Physics Laborabry, Unimitè<br />
Libre de Brwelles - Brussels, Belgium<br />
Dr. 'C. Pozzo- Groupe Analyse du Mouvement (G.A.M.),<br />
U.F.R. S.T.A.P.S., Campus Universitaire, Universitè<br />
de Eourgogne - Duon - F me
Adesivi<br />
a rischio zero L --<br />
I A nmq<br />
La tutela dell'ambiente indoor e l'attenzione<br />
sempre crescente verso la qualità<br />
e il comfort degli spazi abitativi costituiscono<br />
uno dei principali temi di<br />
ricerca e di sperimentazione delle più<br />
avanzate e attente realtà imprenditoriali<br />
nazionali e multinazionali.<br />
Tra queste Mapei, che si colloca tra le<br />
imprese principali nel settore dell'edilizia<br />
per la fabbricazione di adesivi per la<br />
posa di pavimentazioni, dimostra particolare<br />
attenzione alle problematiche<br />
ambientali avendo da tempo indirizzato<br />
la propria ricerca e la propria tecnologia<br />
verso il miglioramento della sicurezza<br />
e della salute di chi fabbrica e di<br />
chi fruisce dei suoi prodotti.<br />
I1 problema che nasce dall'uso di prodotti<br />
chimici organici in edilizia consiste<br />
nella possibile emissione di sostanze<br />
volatili inquinanti per gli ambienti<br />
abitativi e quindi con un tasso di rischio<br />
per la salute e i1 comfort degli abitanti.<br />
Coerentemente a una<br />
politica di tutela dell'ambiente<br />
e della<br />
qualità della vita,<br />
Mapei ha formulato<br />
una serie di prodotti<br />
a base di ~olimerin<br />
dispersione acquosa<br />
-<br />
m-<br />
alternativi a quelli in solventi organici<br />
che consentono di affrontare e risolvere<br />
il problema dell'inquinamento domestico<br />
derivante dai prodotti chimici usati<br />
per le pavimentazioni in edilizia.<br />
Questa innovazione ha permesso di<br />
ridurre notevolmente l'emissione delle<br />
sostanze organiche volatili sia nell'immediato,<br />
sia a tempi lunghi. Per la realizzazione<br />
degli adesivi sono stati selezionati<br />
ingredienti a bassissima emissione<br />
di SOV (sostanze organiche volatili)<br />
quali leganti, agenti di appiccicosità<br />
iniziale (prodotti resinosi), regolatori<br />
di viscosità, flessibilizzanti o plastificanti,<br />
addittivi, alternativi a quelli<br />
tradizionali. Parallelamente è stata<br />
costruita una "camera ambientale" da<br />
laboratorio del volume di 350 litri per<br />
effettuare un controllo delle emissioni<br />
dell'adesivo nel tempo.<br />
I risultati di queste ricerche sono confluiti<br />
nella messa a punto della linea<br />
UltraIBond Eco, composta da diversi<br />
prodotti - superadesivi, adesivi, appretti<br />
e lisciature - a bassissima emissione di<br />
SOV che non presentano nessun rischio<br />
per gli utilizzatori e hanno un impatto<br />
minimo sugli ambienti nei quali vengono<br />
applicati.<br />
Lo sviluppo di questa linea è stato condotto<br />
garantendo l'assenza di possibili<br />
inquinanti durante il processo di produzione<br />
coerentemente alla bontà ambientale<br />
che caratterizza la politica produttiva<br />
dello stabilimento Mapei di<br />
Robbiano di Mediglia, certificata da<br />
Cartieco a fronte della norma ISO<br />
14001. La produzione di adesivi a<br />
bassissima emissione di SOV è stata<br />
riconosciuta a Mapei con il premio per<br />
la Tutela dell'Ambiente consegnato i<br />
febbraio scorso a Venezia dal<br />
Consorzio Interuniversitario Nazionale<br />
La Chi-mica per l'Ambiente (Inca) che<br />
con Mapei, ha premiato Lonza e<br />
Solvay, tre aziende chimiche associate<br />
e Feder-chimica e aderenti al<br />
Programma Responsabile Care.<br />
In alto, lo stabilimento Mapei<br />
di Robbiano di Mediglia e, sotto,<br />
la linea di prodotti UltrdBond<br />
Eco a bassissima emissione<br />
di sostanze organiche volatili.