L’ambiente di radiazione spaziale
Gli effetti della radiazione ionizzante sono generalmente riconosciuti come la maggiore fonte di rischio per la salute umana in missioni di lunga durata nello spazio, come testimoniato dai documenti programmatici delle principali agenzie spaziali internazionali e da progetti della comunità europea. In Low Eearth Orbit, come ad esempio nella Stazione Spaziale Internazionale (ISS), tali rischi sono largamente ridotti dall’azione di schermo del campo magnetico terrestre e dall’atmosfera residua; tale protezione naturale è tuttavia assente nello spazio interplanetario.
Nel contesto dell’esplorazione spaziale, dello sviluppo dei sistemi di navigazione e di telecomunicazioni satellitari, appare quindi cruciale il ruolo della meteorologia spaziale o space weather, la disciplina che registra e studia le variazioni delle condizioni ambientali nello spazio interplanetario, nel Sole e nel vento solare, nelle atmosfere e nelle magnetosfere planetarie, che possono influenzare il funzionamento e l’affidabilità di sistemi tecnologici nello spazio, con possibili effetti sulla salute umana.
Un obiettivo strategico nell’ambito dell’esplorazione umana e dell’utilizzo dello spazio è quindi la comprensione dell’ambiente di radiazione nel nostro sistema solare, e dei conseguenti rischi, ad un livello di accuratezza tale da produrre modelli affidabili per la pianificazione di missioni sicure.
Le competenze di UniPG
Nel corso degli ultimi venticinque anni è stata maturata in seno al Dipartimento di Fisica e Geologia una competenza riconosciuta a livello internazionale nella progettazione, costruzione, operazione in orbita ed analisi dei dati di molteplici strumenti scientifici per lo studio di radiazione carica e neutra (es. AMS-01 sullo Space Shuttle, AMS-02 sulla ISS, Fermi su satellite NASA, DAMPE su satellite cinesi). I progetti sono stati sviluppati per studi di fisica fondamentale in seno ad ampie collaborazioni internazionali, con il supporto dei principali istituti di ricerca nazionali (INFN, INAF) e dell’ASI.
La grande statistica di particelle raccolta da AMS-02, più di 148 miliardi di particelle cariche in circa 8 anni di operazione a bordo della ISS, rende anche possibile, per la prima volta, uno studio sperimentale di precisione degli effetti solari sull’intensità e spettro energetico di tutte le specie ionizzanti (protoni, elettroni, ioni ) ad intervalli di energia non disponibili da altri esperimenti spaziali, come pure l’osservazione di SEP e della dinamica dei flussi di radiazione dopo brillamenti solari.
Nel progetto europeo MAtISSE (2016-2018) UniPG ha coordinato anni un’analisi specifica di questi dati finalizzata alla comprensione dei meccanismi di propagazione dei raggi cosmici galattici in eliosfera, dimostrando l’esistenza di un ritardo temporale di circa 8 mesi tra la variazione delle condizioni solari ed il livello di radiazione in prossimità della terra.
La comprensione teorica delle variabilità dei flussi temporali di radiazione ionizzante in base alle attività solari nel medio-lungo termine (i.e. lungo una frazione significativa di un ciclo solare), rappresenta un punto importante di inizio per la valutazione del rischio di esposizione alla radiazione in missioni di esplorazione del sistema solare, dove le specie nucleari dei raggi cosmici galattici rappresentano più del 50% della radiazione a cui gli astronauti saranno esposti. La correlazione dei fenomeni misurati da AMS-02 con quanto osservato da strumentazione a terra (e.g.. neutron monitors) o altri indicatori dell’attività solare rappresenta quindi un’estensione degli obiettivi iniziali della ricerca ed una naturale applicazione delle attività finora svolte in un ambito con ricadute applicative.
La capacità progettuale di UniPG nella realizzazione di payload spaziali, grazie anche alle importanti infrastrutture di laboratorio realizzate negli anni (camere pulite equipaggiate per la manipolazione e la metrologia di precisione e laboratori di qualifica spaziale per vibrazioni, pyroshock, ciclatura termica e termo-vuoto, compatibilità elettromagnetica) permette infine un approccio innovativo nella proposta di nuove missioni finalizzate alla misura dell’ambiente di radiazione in LEO, deep space e in ambito planetario.
Obiettivo dell’Accordo è quindi l’integrazione delle competenze specifiche di UniPG nello studio sperimentale e modellazione fenomenologica della radiazione carica in un contesto più ampio di osservazione ed esplorazione dell’Universo. Questo per garantire il loro sviluppo a supporto di un avanzamento significativo e multidisciplinare del settore secondo le linee strategiche individuate da ASI e le agenzie internazionali di riferimento.