LA RUBRICA ASI

In-Orbit Servicing, robotica e AI per allungare la vita ai satelliti

L’Agenzia spaziale italiana coordina il programma di sviluppo della missione. In campo l’Rti di cui fanno parte Thales Alenia Space, Leonardo, Telespazio, Avio e D-Orbit. Sul piatto 235 milioni

20 Set 2023

Pino Di Feo

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Articolo tratto dalla rivista Spazio 2050

C’è un cartoon di successo della Walt Disney Pictures, Wall-E che, nella sua scena introduttiva, mostra una futuristica orbita terrestre letteralmente invasa da rottami. Vecchi satelliti non più funzionanti o resti di missioni spaziali divenuti, negli anni, Space debris… rottami.

Le missioni In-Orbit Servicing

Un futuro distopico che potrà essere evitato con le missioni di In-Orbit Servicing (Ios); una sorta di pit- stop orbitale per satelliti con l’obiettivo di garantire continue e costanti operazioni robotiche per estenderne, teoricamente all’infinito, la vita operativa: rifornimento di propellente, riparazione o sostituzione di componenti, trasferimento orbitale e rientro atmosferico assistito. Non è fantascienza ma si avvia già oggi a essere realtà. L’Agenzia spaziale italiana (Asi), infatti, ha firmato con Thales Alenia Space (joint venture tra Thales 67% e Leonardo 33%) – mandataria di un Raggruppamento Temporaneo d’ Imprese (Rti) di cui fanno parte le aziende Leonardo, Telespazio, Avio e D-Orbit – un contratto del valore complessivo di 235 milioni di euro per la progettazione, lo sviluppo e la qualifica di una missione dimostrativa dedicata proprio ai servizi di sorveglianza dell’ambiente spaziale (Space Situational Awarness) e gestione del traffico spaziale (Space Traffic Management).

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Lo sharing vede Thales Alenia Space Italia con circa il 55% dell’aggiudicazione totale rispetto al valore complessivo del progetto, Avio con il 15%, Leonardo con il 12%, D-Orbit con il 10% e Telespazio con il 3% mentre il restante 5% è stato aggiudicato a subappaltatori del Consorzio.

Il contratto fa parte delle risorse investite dal Governo italiano tramite il Piano nazionale di ripresa e resilienza (Pnrr), attraverso il quale l’Asi ha potuto finanziare una serie di importanti programmi nazionali, come la Space Factory, evidenziati nel resoconto del quadriennio Asi 2019-2023.

Rafforzare l’industria nazionale

“L’In-Orbit Servicing – spiega Enrico Cavallini, Responsabile dei contratti di Asi – riguarda il portfolio di servizi che è possibile fornire agli asset orbitali in senso ampio. In dettaglio; la missione di- mostrativa nazionale ha l’obiettivo di sviluppare le capacità tecniche, tecnologiche e operative di un ampio insieme di servizi orbitali, al fine di consentire all’industria nazionale del settore aerospaziale un posizionamento di primo piano in ambito internazionale e preparare, nel medio e lungo periodo, i servizi orbitali del futuro e la logistica spaziale. A questa si affianca lo sviluppo del Multi-fiurfiose Green Engine, un motore ‘verde’ di nuova generazione sviluppato attraverso tecniche di manifattura additiva e approcci di prototipazione rapi- da per le applicazioni di logistica spaziale ad ampio spettro, da quel- le di ultimo stadio e kick-stage di lanciatore di classe media, a quelle di modulo orbitale per l’In-Orbit Servicing e Space Rider”.

“L’Asi – prosegue – è il soggetto attuatore d’implementazione del progetto, nell’ambito dei finanziamenti di Pnrr e Fondo  Complementare, più specificata- mente Missione 1 – Componente 2 ‘Digitalizzazione, Innovazione e Competitività del Sistema Produttivo’ – Intervento 4.4 ‘Tecnologia Satellitare ed Economia Spaziale’  – ‘In-Orbit Economy’, conferitogli dall’amministrazione titolare, il Ministero per le Imprese ed il Made in Italy che vede a sua volta due li- nee di investimento sinergiche: la missione dimostrativa di In-Orbit Servicing e il motore Multi-purpo- se Green Engine (Mpge)”.

Il lancio entro il 2026

Le operazioni in orbita saranno eseguite da un braccio robotico sviluppato da Leonardo, in collaborazione con I’Istituto italiano di tecnologia (Iit) e l’Istituto nazio- nale di fisica nucleare (Infn) e la partecipazione della pmi Sab Aerospace.

La missione dimostrativa in orbi- ta bassa (Leo) sarà pronta al lan- cio entro il 2026 e testerà le tecnologie abilitanti per queste future missioni di servizio orbitali, eseguendo diverse operazioni robotiche su satelliti già in orbita.

“Il sistema – precisa Rocco Maria Grillo dell’unità trasporto spaziale e In-Orbit Servicing dell’Asi – sarà composto da due satelliti (un servicer che realizza i servizi e un satellite target) e dei relativi servizi di controllo e gestione a terra, che dovranno svolgere, in maniera del tutto autonoma e attraverso i necessari standard di sicurezza, una serie di operazioni in orbita, secondo un profilo di capacità incrementale. In particolare, il Servicer che sarà realizzato da Thales Alenia Space Italia, sarà l’infrastruttura orbitale che effettuerà le manovre di servicing. Telespazio, insieme ad Altec, sarà invece responsabile della progettazione, dello sviluppo e della validazione del segmento di terra e del centro di controllo della missione”.

Il ruolo di Avio e D-Orbit

Avio svolgerà le attività di progettazione e sviluppo del Modulo di Supporto Orbitale e di Propulsione del Servicer.

La società D-Orbit progetterà e realizzerà la piattaforma satellitare target che si basa sulla piattaforma ION (InOrbit Now) di proprietà dell’azienda – e il sistema di rifornimento e di refuelling verso il satellite target. Leonardo svilupperà il braccio robotico per le manovre di capturing per la fase finale di avvicinamento, attracco e separa- zione del servicer con il target».

La seconda linea programmatica dell’In-orbit servicing riguarda lo sviluppo del Multi-purpose Green Engine (Mpge), un motore a pro- pellente liquido “green”, che potrà essere utilizzato nelle future appli- cazioni di In-Orbit Servicing e di Space Logistics. Il costo complessivo delle attività relative al motore è pari a circa 55 milioni di euro e prevede lo sviluppo di due diffe- renti versioni dello stesso. Una prima concepita per essere impiegata come ultimo stadio di lanciatore e una seconda per attività di In-Orbit Servicing.

L’Mpge sarà infatti caratterizzato da un’ampia versatilità d’impiego (da cui la definizione multi-pur- pose) sia come modulo propulsivo di sistemi spaziali per servizi in orbita di futura generazione, anche in configurazioni riutilizzabili come Space Rider, sia come motore dello stadio orbitale di lanciatori classe Vega.

“Questo propulsore, della classe del chilo-newton (ovvero 100 kg di spinta) – racconta Roberto Bertacin, anch’egli dell’Unità Trasporto Spaziale e In Orbit Servicing di Asi – è caratterizzato dall’utilizzo di una combinazione ossidante-combustibile allo stato liquido. Grazie a un’intrinseca capacità di regolazione, potrà equipaggiare gli stadi orbitali dei lanciatori Vega oppure essere operato come modulo propulsivo per piattaforme spaziali orbitanti. A differenza delle attuali combinazioni di propellenti liquidi non criogenici, in grado di mantenere il proprio stato fisico a temperature ambiente e prestazioni per missioni operati- ve di diversi mesi o anni, il motore farà ricorso a composti caratterizzati da tossicità estremamente inferiore. Questa caratteristica, grazie ad una notevole riduzione dei rischi per la salute umana e degli  impatti ambientali, consentirà di semplificare le procedure di caricamento (ridimensionando i livelli di sicurezza da esse richiesti) e di ridurre tempi e costi associati. Una volta caratterizzate e verificate le capacità prestazionali del motore, inoltre, il ventaglio delle possibili applicazioni potrà essere certa- mente ampliato includendo anche profili di missione Deep Space (caratterizzate da lunghe fasi di crociera, grazie alla versatilità intrinseca del motore, alla sua capacità di riaccensione e alla cosiddetta ‘storabilità’ della combinazione di propellenti utilizzati”.

L’uso dell’Intelligenza artificiale

Tra i punti di forza delle missioni di In-Orbit Servicing, infine, anche il ricorso all’utilizzo dell’Intelligenza Artificiale che potrà garantire una maggiore automazione e una più efficace resilienza del programma.

“Ad oggi – conclude Cavallini – l’utilizzo dell’Intelligenza Artificiale sugli asset satellitari è un’opportunità di spin-in da settori non-spazio a quelli spazio e di sviluppo specifico per le attività spaziali delle capacità di elaborazione ed utilizzo dei dati generati ed acquisiti nell’ambiente spaziale o dall’ambiente spaziale, particolar- mente importante sia a bordo del satellite che a terra. È chiaro che l’introduzione e l’utilizzo di tale tecnologia richiede gli opportuni sviluppi e controlli di robustezza, resilienza e qualità, al pari degli algoritmi ad oggi in uso, in special modo quando l’utilizzo di algoritmi di Intelligenza Artificiale avviene per funzioni o attività critiche rispetto alla missione. Al pari di ogni sviluppo tecnologico, considerato funzionalmente essenziale per lo sviluppo delle capacità di In-Orbit Servicing (e.g. la robotica), è prevista una logica di sviluppo incrementale degli algoritmi d’Intelligenza Artificiale all’interno del programma di In-Orbit Servicing che verranno affiancati a quelli standard e verificati durante la missione per poterne caratterizzare la performance tecnica e vali- darli durante le attività dimostrative previste per la missione”.

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