MAP - Magazine Alumni Politecnico di Milano #9 - PRIMAVERA 2021 - Perseverance Preview

La rivista degli architetti, designer e ingegneri del Politecnico di Milano
Numero 9 - Primavera 2021
Politecnico in numeri: ranking internazionali e indagini occupazionali - Al Politecnico si studia anche come insegnare meglio - Cosa accade
nelle molecole nell'interazione con la luce? - Chimica, e vita, circolare di Gianvito Vilé - Mettiamo alla prova il mondo: reportage dai laboratori
del Poli - Un algoritmo pilota a Indianapolis - Dal laboratorio all'impresa: come nasce una spin-off - Progress in research: la ricerca contro
il coronavirus e quella a alto impatto sociale finanziata con il 5 per mille - Girls@Polimi, le borse di studio - Accordo tra il ministero
delle infrastrutture dei trasporti e Politecnico di Milano - Virkill, il tessuto che protegge dai virus - Per mari politecnici: la prima barca al
mondo stampata in 3D e l'Internet of Things per le vele del futuro - Il Politecnico su Marte: l'Alumnus che ha progettato il sotto-sistema
robotico di Perseverance - Diario dalla Silicon Valley - Made in Polimi: museo a campus aperto - Il nuovo campo sportivo Giuriati - Il nuovo
Campus di Architettura - Su strade future: il simulatore di guida dl Politecnico di Milano - Una giornata nell'ufficio degli Oggetti Rinvenuti
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NEL MONDO
STORIE DA UN ALTRO PIANETA:
CON I PIEDI SULLA TERRA,
LA TESTA SU MARTE
E IL CUORE NEL LANCIO
NASA/JPL-Caltech/ASU/MSSS
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L’Alumnus Marco Dolci, responsabile della matematica
del sotto-sistema robotico del rover Perseverance,
ci racconta com’è essere “uno dei mille” del progetto Mars2020.
E com’è vivere in differita tra Terra e Marte
di Irene Zreick
Segui gli
aggiornamenti di
Perseverance su
Instagram
NASA/JPL-Caltech
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NEL MONDO
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Il progetto Mars2020 inizia a prendere
forma nel 2012, dopo l’atterraggio, o meglio,
l’ammartaggio, del rover Curiosity. Ci sono
voluti quasi dieci anni per perfezionare
il design, fare calcoli, proiezioni, test e
partorire, alla fine, il rover Perseverance,
ammartato lo scorso 18 febbraio.
“Partorire” è un termine che racconta sia
le difficoltà che il grande coinvolgimento
di chi ci lavora ogni giorno. «Dalla bozza
iniziale, fino a poter toccare il rover con
le mani e vedere che funziona come ci
si aspetta… è come prendersi cura di un
bambino che cresce», ci racconta Marco
Dolci, ingegnere e Alumnus del Politecnico
di Milano, uno dei 1.000 ingegneri,
scienziati e ricercatori che hanno
contribuito a dar vita a Perseverance.
«Come genitori, nella sua avventura noi
siamo sempre lì per lui, che però segue la
sua strada e va lontano. È un parallelismo
che vale anche nell’apprezzamento
al dettaglio delle piccole cose che
Perseverance fa, ogni giorno. Tra i
giornalisti e nella società c’è sempre la
tendenza a chiederci quale sia la sua
ultima grande scoperta; ma per gente che
ci lavora ogni giorno da quasi 10 anni, ogni
passetto che fa è un evento grande: dietro
c’è il lavoro di tante persone che ci hanno
pensato, che ci hanno fatto innumerevoli
test, che non hanno dormito, affinché
quel singolo passo fosse possibile».
Marco è “uno dei 1.000” da cinque anni,
come ingegnere dei sistemi robotici, un
ruolo che gli ha permesso di seguire da
vicino le varie fasi dell’evoluzione del
rover. Da lui ci siamo fatti raccontare
la missione Mars2020 e gli obiettivi del
piccolo grande Perseverance. «È prima di
tutto una missione di esplorazione del
suolo marziano e ha quattro obiettivi
fondamentali. Il primo e più immediato
è lo studio della geologia marziana»,
spiega Dolci. Perseverance è una specie
di geologo robotico e studia le rocce e
le proprietà minerali del suolo marziano,
su scale che vanno da 1 metro a 1 mm di
grandezza. Il secondo obiettivo tocca una
delle grandi domande dell’astrobiologia:
«Noi sappiamo che Marte, dal punto di
vista dell’evoluzione planetaria, fino a
3 miliardi e mezzo di anni fa era molto
simile alla Terra. Poi è successo qualcosa,
un evento che non conosciamo, che
lo ha trasformato in quello che è oggi,
ma non sappiamo se in quel momento
Marte ospitasse vita né se, in mancanza
di quell’evento, l’evoluzione sarebbe
proseguita in modo simile a come è
accaduto sulla Terra». Perseverance
cercherà di far luce su questo con analisi
di suolo a bordo del rover, per capire
se il pianeta, in un certo punto del
suo passato, poteva rappresentare un
ambiente favorevole a ospitare vita. Un
altro compito importante di Perseverance
è la raccolta di campioni di suolo, roccia
e atmosfera per una eventuale futura
missione di «Mars sample return: il cui
obiettivo sarebbe quello di poter riportare
questi campioni sulla Terra per poterli
analizzare. Sarebbe un evento scientifico
di grandissimo livello internazionale e
rappresenterebbe una svolta negli studi
per capire se Marte potesse ospitare
la vita». E infine, pensando ancora più
in grande, Perseverance è su Marte
anche per preparare l’esplorazione
umana: sono previsti infatti alcuni
esperimenti specifici che permetteranno
di capire se sia possibile utilizzare
risorse marziane per rendere il pianeta
più abitabile per un’eventuale missione
con “veri esseri umani a bordo”.
In questo momento «Perseverance sta
bene», ci conferma Dolci. Le attività del
rover possono essere seguite (quasi) in
diretta sui canali della NASA, che ne dà
aggiornamenti ora per ora su Instagram
Dolci si occupa del sotto-sistema
robotico del rover e, in particolare, dei
due manipolatori, il braccio robotico
esterno e quello interno. Il design è molto
simile a quello di Curiosity (un design
collaudato aiuta a minimizzare i rischi)
ma ci sono alcune importanti differenze.
NASA/JPL-Caltech/MSSS/ASU
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Il sotto-sistema robotico di Perseverance,
progettato da Dolci, è il più complesso
mai mandato dall’uomo al di là dell’orbita
terrestre per poter esplorare il sistema
solare. «È composto da due parti», ci
spiega l’ingegnere, «una parte è il braccio
robotico di circa 2 metri, che porta,
sull’estremità, una torretta con strumenti
scientifici per le analisi e una trivella per
raccogliere campioni. Una volta che il
campione è raccolto, il braccio si piega
verso il rover e deposita il campione
nella “pancia” di Perseverance. All’interno
del rover c’è un altro braccio robotico
che prende il campione, lo inserisce in
un tubo, lo esamina e lo mette al sicuro,
con l’idea di lasciarlo sul suolo marziano
per un’eventuale futura missione di
recupero». Marco ha seguito il progetto
dalla fase di test, verification e validation
fino al lancio e anche adesso, nella fase
di operations: «sviluppo la matematica, la
applico al software e valuto come questo
interagisce con l’hardware, cioè con tutto
il sistema». Il suo compito, dunque, è
stato quello di supervisionare la crescita
armoniosa del sistema, tenendo conto
dell’hardware, del software, dei dati
di avionica, e far sì che «tutto venisse
costruito in maniera ragionevole» tenendo
conto di tutti i fattori in gioco. Dolci ci
spiega che la maggiore criticità in questo
tipo di impresa è che non possiamo
controllare l’ambiente nel quale il rover
andrà ad operate una volta arrivato a
destinazione. «Chiamiamo questo tipo di
variabili “incognite nascoste”. Dobbiamo
far sì che il sistema possa sopravvivere
e operare in modo affidabile anche
se le condizioni al contorno variano
e questa è una grande sfida. Non c’è
una soluzione già preconfezionata,
la dobbiamo costruire noi».
Com’è una “giornata tipo” nella vita
di Perseverance e dei “suoi 1.000”?
«Noi viviamo sulla Terra», ci spiega
pazientemente Dolci, «ma lavoriamo sul
tempo di Marte. E questo crea qualche
effetto collaterale nelle nostre vite,
perché il giorno, su Marte, dura 25 ore.
Quindi ogni giorno il nostro orario di
entrata al lavoro sfasa di un’ora. All’inizio
del mese iniziamo alle 8, il giorno dopo
alle 9 e così via. Ci sono giorni in cui si
comincia alle 2 di notte!» Questo per
seguire e ottimizzare il tempo del rover
su Marte, che lavora durante il dì, e di
notte si riposa (o meglio, si ricarica).
«Qui, a NASA-JPL CalTech, “oggi” e
“domani” si dicono in modo diverso a
seconda che intendano il giorno terrestre
o quello marziano. Il giorno marziano
si chiama “sol”. Quindi, se per “oggi
sulla Terra” diciamo “today”, quando ci
riferiamo a Marte diciamo “tosol”. Per dire
“domani” usiamo “tomorrow” e “solorrow”.
«La maggiore
criticità in questo tipo
di impresa è che non
possiamo controllare
l’ambiente nel
quale il rover
andrà ad operare
una volta arrivato
a destinazione.
Chiamiamo
questo tipo di
variabili “incognite
nascoste”»
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NEL MONDO
NASA/JPL-Caltech
NASA/JPL-Caltech/ASU/MSSS
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Può creare un po’ di confusione… anche
se oggi è molto più facile, non servono più
calendari e orologi, abbiamo le app che
sincronizzano tutte le operazioni».
Questi primi mesi di missione vengono
detti di “commissioning”. Servono per
valutare che il rover funzioni bene
nell’ambiente, prima di iniziare la
missione di esplorazione vera e propria.
«Ogni sera, prima di andare a dormire,
Perseverance ci manda tutti i dati relativi
alle attività della giornata. Mentre lui
dorme, noi analizziamo questi dati e gli
diamo la sequenza di cose che fare per il
giorno dopo». Questi dati vengono inviati
a Terra attraverso la Deep Space Network,
l’unico sistema al mondo che permetta
di ricevere informazioni e controllare gli
spacecrafts oltre l’orbita lunare. È costituita
da 3 grandi antenne dal diametro di 70
m che si trovano in Australia, in Spagna
e in California, in modo da fornire
sempre un punto attracco per i dati che
vengono inviati indipendentemente
dalla posizione relativa alla Terra. I
dati convergono a NASA-JPL CalTech,
che controlla la Deep Space Network.
«Perseverance è atterrato in un cratere
che si chiama Jezero, che sembra essere
un antico lago. Sul bordo del cratere
c’è un delta che pare proprio essere
la foce di un fiume. Alla fine della fase
di commissioning, per i successivi 2
anni terrestri, Perseverance realizzerà
la sua missione esplorativa vera e
propria, che consiste nel risalire il
letto di questo fiume. E poi… chissà!».
Ma non è solo il futuro lontano a
nascondere incognite. «Tutti i giorni
affronto problemi che non so come
risolvere e che nessuno ha mai risolto
prima: non esistono libri di testo. Il
motto di NASA-JPL CalTech è “Dare
Mighty Things”, cioè “osate cose grandi”.
È il nostro approccio alle sfide, ma è un
approccio che ha radici molto umane: noi
siamo esploratori, dobbiamo lanciare,
dobbiamo andare dove nessuno è mai
andato, dobbiamo andare, conoscere,
esplorare. Lavoriamo a problemi che
nessuno ha mai risolto e il punto è che
noi dobbiamo risolverli. Dobbiamo
trovare una soluzione e dimostrare che è
robusta e affidabile, che funziona anche
se le circostanze cambiano». A NASA-
JPL CalTech lavorano circa 6.000 persone
divise in due grandi aree, una che si
occupa di ricerca pura, l’altra di flight
projects, come Perseverance, Curiosity,
Cassini–Huygens e molti altri. «Io seguo
progetti di volo», racconta Dolci, «ed è
un ambiente molto dinamico, eccitante,
febbrile perché bisogna lanciare. BISOGNA
LANCIARE!!! Tutto quello che facciamo è
per poter lanciare. D’altra parte, per poter
lanciare, dobbiamo dimostrare che quello
che noi pensiamo sia giusto. È sempre
una sfida e la affrontiamo con una
buona dose di paranoia ingegneristica,
ponendoci in maniera critica rispetto
al problema, col desiderio di imparare
e fare sempre meglio. Può esserci tanta
tensione nei momenti più delicati, come
i test che devono validare i modelli o,
naturalmente, come l’atterraggio di un
rover, ma li affrontiamo con la fiducia nei
colleghi, che hanno fatto del loro meglio,
e in un sistema di revisioni e assistenza
che aiuta a minimizzare gli errori.
Anche nei momenti in cui io non sono
coinvolto direttamente, come l’atterraggio
appunto, so che i miei colleghi stanno sul
problema esattamente come farei io».
Ma da dove è partito il lancio di Marco
Dolci verso quest’avventura spaziale?
Dolci si laurea in fisica all’Università
Statale di Milano (sia laurea triennale
che magistrale). Dopodiché gli offrono
la possibilità di fare un dottorato in
astrofisica. «Ma io ho sempre avuto il
desiderio di un’unità di conoscenza
tra scienza e tecnologia in ambito
spaziale, così ho deciso di iscrivermi
al Politecnico di Milano per prendere
un’altra laurea magistrale in Ingegneria
Spaziale», racconta. «Proprio in quel
periodo partecipai a un concorso per
studenti di ingegneria e fisica italiani,
sponsorizzato da ASI e ISSNAF. Il premio
era andare 2 mesi in un centro di
ricerca nordamericano a scelta. Lo vinsi.
Volevo andare a NASA-JPL CalTech. Non
sapevo niente, non sapevo neanche
dove fosse, era in California ma per me
poteva essere in cima a un ghiacciaio
dell’Alaska: io volevo andare lì perché è il
centro mondiale leader dell’esplorazione
robotica del sistema solare e quindi
dell’intero universo. Ci rimasi un annetto,
non due mesi, lavorando a missioni di
astrofisica di piccola e media stazza.
Quando tornai in Italia, dopo la laurea al
Politecnico di Milano, iniziai un dottorato
a Torino. Appena ho potuto, sono tornato
a NASA-JPL CalTech e dopo intensi
colloqui sono stato assunto. Tutto quello
che ho fatto mi è servito per arrivare dove
sono oggi. Quello che mi colpisce molto
dell’approccio italiano, e in particolare del
Politecnico di Milano, è questa visione di
ingegneria di sistema. Ingegneria Spaziale
è un’ingegneria di sistema, che prende il
sistema spaziale e lo decompone dei vari
sotto-sistemi. Ogni insegnamento è un
approfondimento di un sotto-sistema e
questo permette di avere una conoscenza
globale molto approfondita e considerare
il sistema nella sua interezza. L’approccio
matematico che ho è dovuto agli studi
fisici, ma io mi considero prima di tutto un
ingegnere di sistemi: la mia vera natura è
quella di essere un ingegnere che guarda
al sistema nella sua interezza e cerca di
ottimizzarlo».
MARCO DOLCI
NASA-JPL Caltech Robotics
Systems Engineer
Alumnus Ingegneria Spaziale
NASA/JPL-Caltech
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