Dalla Slovacchia allo spazio: intervista a Ján Baláž e Šimon Mackovjak

Dal nostro inviato a Košice.

L’ESA e l’Unione europea sono due entità distinte, con diversi stati contributori, direttive, obiettivi e finanziamenti. Molti paesi dell’UE sono anche membri ESA, ma non tutti, così come molte nazioni extra-UE appartengono all’ESA a pieno diritto. L’ESA ha da tempo avviato un programma per attirare nuovi stati all’interno delle sue attività: si tratta di PECS, acronimo di Plan for European Cooperating States, e tra questi c’è anche la Slovacchia, membro UE ma non ESA.

La Slovacchia è uno stato piccolo e giovane, formato nel 1992 dalla scissione della Cecoslovacchia. Ha un’economia sviluppata, traina il settore della produzione di auto in Europa, ed è molto focalizzata sul settore IT, ma non ha una grande peso nelle attività spaziali. Ha avuto un solo cosmonauta nella sua storia, Ivan Bella, che ha trascorso un soggiorno sulla stazione spaziale Mir nel 1999 per una settimana.

Tuttavia in futuro le cose potrebbero cambiare. La piccola nazione centro-europea partecipa attivamente dal 2015 al programma PECS, collaborando con l’ESA sia nella preparazione fisica di componenti, sia per quando riguarda studi e servizi. Il programma è articolato in 5 punti, i cui obiettivi vengono fissati, ridiscussi e valutati periodicamente, in generale ogni 14-15 mesi:

1. componenti hardware per sonde spaziali in missioni ESA;
2. ricerca e sviluppo di nuove tecnologie, processi industriali o altro;
3. app, software o servizi che utilizzano infrastrutture nello spazio (Galileo, Copernicus, …);
4. studi di fattibilità, pubblicazioni, indagini di mercato relativi a missioni ESA;
5. attività divulgative.

Il governo slovacco paga una quota di affiliazione PECS all’ESA, circa 1,3 milioni di euro annui, che devono essere ridistribuiti nel territorio slovacco a fronte di progetti concreti, a discrezione dell’ESA, tolte le spese amministrative. La Slovacchia riceve così la possibilità di mettersi in luce nelle attività inerenti astrofisica e astronautica, e di mettere in moto un settore quasi totalmente assente in precedenza.

La nostra redazione è andata a intervistare Ján Baláž e Šimon Mackovjak. L’ingegnere Baláž ha collaborato a decine di missioni nella sua carriera, con ESA, Roskosmos e CNSA. Attualmente lavora per il dipartimento di fisica sperimentale presso la Slovenská Akadémia Vied (Accademia Slovacca delle Scienze) a Košice, nell’est della Slovacchia. Ha collaborato con l’ESA per la missione Rosetta, conclusasi nel 2016, per BepiColombo, partita nel 2018 e in rotta verso Mercurio, e sta al momento collaborando per JUICE, la missione verso le lune di Giove che partirà nel 2022, e ha descritto ai nostri microfoni qualche dettaglio del suo lavoro.

Il nome completo della missione è JUpiter ICy moons Explorer, e si occuperà di studiare Giove e 3 dei 4 satelliti medicei, Callisto, Europa e Ganimede. Arriverà nel sistema gioviano a ottobre 2029, dopo un viaggio di 7 anni, durante i quali userà l’assist gravitazionale di Venere, di Marte e per tre volte quello della Terra per correggere la rotta e arrivare a destinazione con il minor consumo di carburante possibile. Una volta entrato in orbita attorno a Giove, userà lo stesso “giochino” della fionda gravitazionale, questa volta grazie ai grandi satelliti naturali, per effettuare diverse manovre necessarie all’espletamento della missione. Un sorvolo di Europa a ottobre del 2030 inclinerà considerevolmente il piano orbitale di JUICE per permettere lo studio dei poli di Giove fino ad aprile 2031, quando un incontro con Callisto riporterà l’orbita in una posizione più consueta vicino al piano equatoriale di Giove. Da settembre 2032 si trasferirà su un’orbita attorno a Ganimede, dove ci resterà fino a fine missione nel 2034. Sarà il primo oggetto artificiale a orbitare un satellite naturale diverso dalla nostra Luna.

La sonda avrà a bordo ben 11 strumenti scientifici, tra cui il sistema PEP (Particle Environment Package) con 6 sensori di cui uno provvisto di modulo di particolare che è sviluppato in Slovacchia sotto l’attenta supervisione di Baláž. Lo strumento PEP è in grado di rilevare particelle, cariche e non, da un’energia minima di 1 meV fino a un massimo di 1 MeV. È costituito da 6 sensori, 2 sviluppati negli Stati Uniti al laboratorio di fisica applicata Johns Hopkins e 4 sviluppati interamente in Europa. Ogni sensore è dedicato a percepire un determinato tipo di particella, ioni, plasma, elettroni, neutroni (o altro) a differenti energie.

Durante alcuni test in Svezia, si sono accorti che un particolare sensore, JDC (Jovian Dynamic & Composition) potrebbe avere dei problemi di lettura dei livelli di radiazioni, in particolare in presenza di elettroni con energia molto alte che attraversano le protezioni e alterano il segnale percepito dai sensori, direttamente o tramite sottoprodotti generati, come i raggi gamma. Per ovviare al problema, si sono rivolti all’istituto slovacco a cui abbiamo fatto visita questa settimana, consapevoli della loro esperienza in moduli a semiconduttori per rilevatori di anti-coincidenza (ACM, anti-coincidence module), un dispositivo ideale per risolvere il problema. Il dispositivo elaborato a Košice individua quando un elettrone non è passato dall’ottica ionica per la rilevazione e impone una sorta di veto all’elaborazione del segnale associato.

Ci sono 3 versioni di ACM, una ingegneristica per le prove e la calibrazione, attualmente presente in laboratorio, una flight proven già pronta e testata in ambienti estremi simulati di vuoto e temperatura cosmici, e una versione di riserva simile a quella pronta per il volo, che deve essere ancora ultimata.
Abbiamo avuto la possibilità di vedere all’opera il dispositivo ingegneristico. Per simulare un flusso di particelle simile a quello con cui verrà sottoposta la sonda, il modulo è stato messo a contatto con una sorgente di cadmio 109 radioattivo con decadimento di tipo EC, cattura elettronica e relativa emissione di raggi gamma. Questa radiazione produce un disturbo per il sensore JDC, ed è importante che il dispositivo ACM individui e segnali questo rumore.

I prototipi vengono spesso testati in condizioni simulate. I test effettuati sottovuoto a –60 °C hanno permesso di scoprire alcuni difetti del sensore, in tempo per essere affrontati e risolti. Ad esempio, a quelle temperature l’oggetto si restringe in modo non uniforme, e nel primo prototipo si arrivava a un guasto a causa di un distacco di un connettore.
La versione flight proven è stata migliorata con materiali più resistenti e ha superato i test positivamente. Ora è a Kiruna, in Svezia, dove è in corso l’integrazione con JDC a cura dell’Institutet for RymdFysik. Questa versione verrà ritestata e ne verranno esaminate e valutate eventuali imperfezioni. Mentre verranno eseguiti questi test, si procederà alla realizzazione del terzo modello, simile al flight proven, ma di riserva: il flight spare. Solitamente c’è molto più tempo per realizzare questo modello, che in generale riesce con qualità migliore perché è realizzato dal personale che nel frattempo ha acquisito esperienza con i primi due e ci sono a disposizione feedback sul miglioramento dei modelli precedenti. Non è raro, infatti, vedere la sostituzione del modello per il volo con in modello di riserva prima del lancio.

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Una volta in esercizio, lo strumento PEP permetterà di rispondere ad alcune domande relative al campo magnetico di Giove e alla sua interazione con le lune. Tra gli obiettivi scientifici principali, si spera di riuscire a rispondere a domande ancora aperte riguardo la caratterizzazione del campo magnetico di Ganimede, unico satellite naturale del sistema solare ad avere un campo magnetico proprio, la composizione del plasma nella magnetosfera di Giove e l’interazione con le particelle fuoriuscenti dalla superficie dei satelliti naturali. Ci sarà particolare attenzione alle aurore polari di Ganimede, osservate per la prima volta da Hubble negli anni 1990, che hanno permesso di identificare la flebile presenza di una ionosfera, ma un’osservazione ravvicinata porterà risultati decisamente più accattivanti.

Il dottor Šimon Mackovjak invece è uno scienziato. Sta collaborando anch’egli ad alcuni progetti con l’ESA, soprattutto da un punto di vista scientifico, ad esempio con AMON-net, uno studio relativo a emissioni nell’ultravioletto nell’alta atmosfera durante la notte, di cui si conosce ancora molto poco. Non sono studi isolati, sono tanti piccoli contributi che aumentano la conoscenza del nostro pianeta: meno di un anno fa infatti avevamo descritto un esperimento simile inviato sulla ISS, mini-EUSO, sempre per osservare i raggi UV in notturna.

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Oltre al suo lavoro di scienziato, Mackovjak si occupa di divulgazione. Infatti, un problema che prima o poi si dovrà affrontare è la mancanza di interesse del pubblico, della gente comune. Le attività in ambito spaziale possono proseguire solo se c’è un vivaio di giovani che dimostrano interesse e che poi in futuro lavoreranno in questo ambito. Per questo motivo, uno dei progetti finanziati dall’ESA ha scopo esclusivamente divulgativo. Mackovjak è il responsabile di questo e ha creato SPACE::LAB, una piccola struttura per facilitare le attività divulgative.

Mensilmente si tengono conferenze di specialisti destinati a un pubblico aperto, SPACE::TALK, per divulgare e informare. Vengono organizzati anche concorsi per approcciare persone con competenze e spingerle a utilizzarle in ambito spaziale. È il caso di SPACE::PROJECT, che fornisce a giovani, studenti, o lavoratori alle prime esperienze, la possibilità di cimentarsi con problematiche di tipo spaziale e proporre dei progetti per risolverli. I migliori progetti vengono selezionati e i vincitori ricevono una borsa di studio per approfondire le proprie conoscenze lavorando a fianco di chi ha già esperienza nel settore.

Al momento il dottor Mackovjak è soddisfatto della partecipazione a questo progetto, anche perché molti si rendono conto che le proprie capacità IT, una conoscenza molto diffusa nei giovani residenti in zona, possono essere usati in ambiti diversi dall’ambito puramente aziendale.
Non si sa se vedremo mai la Slovacchia come membro effettivo dell’ESA, per il futuro ci sono diverse possibilità prolungare l’accordo PECS, diventare un membro associato, come ad esempio la Slovenia, diventare un membro effettivo o nel peggiore di casi potrebbe cessare la relazione con l’ESA, è più una scelta politica che scientifica.

Fonti:

• Programma PECS, terza serie (in slovacco);
• Contratto ESA-SAV;
• PEP al Max Planck Institute;
• Progressi PECS a ottobre 2019;
• sito di SPACE::LAB.