Una serie di spacewalk in preparazione da 4 anni tenterà di ripristinare un esperimento scientifico
Molti scienziati ipotizzano che le stelle, i pianeti e le molecole che li costituiscono sono solo meno del 5% della massa-energia contenuta nell’universo. Il resto è la materia oscura, una materia invisibile che non può essere rilevata direttamente, ma può essere dedotta. L’Alpha Magnetic Spectrometer - 02, conosciuto in italiano come Spettrometro Alfa Magnetico, è alla ricerca dal 2011 della prova di questa misteriosa sostanza dalla posizione privilegiata della Stazione Spaziale Internazionale. È stato progettato per una missione triennale per passare al vaglio le particelle dei raggi cosmici che passano attraverso tutti i suoi sensori (più di 140 milioni di particelle fino ad oggi), il tipo della particella e le caratteristiche come la massa, la velocità, la carica e la direzione. L’obiettivo è che gli scienziati rintraccino le loro fonti per aiutare a capire la materia oscura e le origini dell’universo.
AMS ha fornito a centinaia di ricercatori in tutto il mondo dati che possono aiutare a mettere insieme il puzzle di che cosa è fatto l’universo e come ebbe inizio. “Nessuno dei risultati AMS erano stati predetti” ha detto il vincitore del premio Nobel e ricercatore principale di AMS Samuel Ting in una presentazione del 2018. Ha detto che i risultati finora hanno fornito informazioni uniche per i fisici e hanno compreso la possibile rilevazione della rara antimateria che può aver viaggiato dai confini del cosmo. Anche se non ci sono risultati definitivi sulla materia oscura, lo Spettrometro Alfa Magnetico ha raccolto una notevole quantità di dati sui raggi cosmici, su come questi viaggiano nello spazio e su cosa li produce.
Come altri oggetti che sono esposti alle estreme condizioni dello spazio, adesso ha bisogno di un aggiornamento per poter continuare la sua raccolta dati. Nel corso dei prossimi mesi, si svolgeranno una serie di complesse Attività Extra-Veicolari (EVA). Il lancio della navicella Cygnus NG-12 di Northrop Grumman, in programma il 2 novembre, consegnerà alla Stazione gli ultimi materiali necessari per le EVA. Questi includono gli ultimi attrezzi che occorrono per eseguire gli aggiornamenti.
Presente sulla Stazione da più di 8 anni, AMS-02 ha superato di gran lunga la sua durata prevista di tre anni. Lo Spettrometro ha iniziato a mostrare segni di età nel 2014. Dispone di quattro pompe di raffreddamento ridondanti destinate a mantenere il tracciatore di silicio, uno dei diversi sensori su AMS, ad una temperatura costante mentre si trova nello spazio. Con temperature che oscillano di centinaia di gradi mentre orbita intorno alla Terra, un sistema di controllo termico funzionante è necessario per supportare il sensore, e i suoi dati sono indispensabili in combinazione con quelli degli altri strumenti per favorire la ricerca.
Poiché è necessario che funzioni solo una di queste pompe per volta, diverse pompe hanno iniziato a guastarsi. Nel marzo 2014, una delle pompe di raffreddamento ha smesso di lavorare, e un’altra è stata trovata logora. A marzo 2017, i ricercatori hanno acceso l’ultima pompa completamente funzionate con lo scopo di tenere la ricerca “viva”. Il team di AMS ha capito che avrebbero dovuto agire per non fermare lo strumento scientifico. “Un gruppo di noi ha iniziato a lavorare sulla pianificazione delle EVA per allungare la vita dello Spettrometro e ormai sono trascorsi 4 anni,” detto lo spacewalk task lead Brian Mader.
Riparare qualcosa che non è mai stato pensato per essere riparato
Lo Spettrometro Alfa Magnetico è stato pensato per trascorrere la sua vita di tre anni nello spazio senza manutenzione per poi essere distrutto, avendo svolto la sua funzione. Poiché lo Spettrometro non è stato progettato per essere revisionato, non ci sono installati né appigli per i piedi né corrimani che aiutano gli astronauti a muoversi intorno alle aree per accedere al sistema di raffreddamento durante una spacewalk. Inoltre non è stato costruito con i tipici strumenti adoperati nelle EVA perché, con oltre 300.000 canali dati, si è ritenuto troppo complesso da aggiustare. “Quando metti qualcuno in una grande tuta con i guanti pressurizzati e con una limitata manualità, cambia completamente il gioco. Hai realizzato gli attrezzi e le procedure in un modo completamente differente,” dice Brian Mader.
Oltre alla complessità complessiva dello strumento, gli astronauti non hanno mai tagliato e ricollegato linee idrauliche, come quelle che fanno parte del sistema di controllo termico, durante una spacewalk. I ricercatori e gli ingegneri di tutto il mondo hanno affrontato queste sfide negli ultimi quattro anni per prepararsi alle prossime Attività Extra-Veicolari. Ora le loro procedure, gli strumenti e l’addestramento stanno per essere messi alla prova.
Il piano è di bypassare il vecchio sistema di controllo termico, fissarne uno nuovo a lato dello Spettrometro e poi collegarlo al sistema esistente. “Sembra facile, specie se sei sulla Terra ed hai a disposizione un sacco di utensili diversi che ti servono, ma in ogni modo non è uno spazio che è stato predisposto per le EVA,” ha affrenato Tara Jochim, AMS spacewalk repair project manager.
Le attività per la preparazione delle spacewalk ha riguardato la creazione, il collaudo e il lancio di oltre 20 nuovi attrezzi per la Stazione. Molti di questi sono specifici per determinate operazioni della EVA, ad esempio la rimozione dello scudo anti-detriti dallo Spettrometro oppure per i lavori sulle linee di raffreddamento. I nuovi attrezzi comprendono quelli per i lavori idraulici per tagliare le linee di raffreddamento, i nuovi inserti per l’avvitatore e i dispositivi per bloccare gli elementi di fissaggio che gli astronauti rimuoveranno dallo Spettrometro Alfa Magnetico.
John Mularski, Flight Operations Directorate Spacewalk Lead, ha dichiarato che: “Il concetto di base per la rimozione degli elementi di fissaggio è in realtà qualcosa che abbiamo già usato nelle spacewalk per il Telescopio spaziale Hubble. Si utilizza uno strumento per afferrare da sotto l’elemento prima di rimuoverlo completamente.” Anche il telescopio spaziale Hubble ha avuto bisogno di una serie di EVA per allungarne la vita operativa.
Questi strumenti hanno attraversato anni di iterazioni e test qui sulla Terra da parte di esperti, ingegneri e astronauti. È stato necessario un notevole ingegno per sviluppare gli strumenti perfetti per le esigenze ben precise delle Attività Extra-Veicolari. Per creare tutti gli strumenti pronti per lo spazio è stato necessario progettare, prototipare, sperimentare e validare tutto più volte. L’astronauta dell’ESA (l’Agenzia Spaziale Europea) Luca Parmitano e l’astronauta della NASA Drew Morgan eseguiranno tutte le operazioni di riparazione dello Spettrometro, per questo i due hanno svolto parecchia pratica nella piscina del Neutral Buoyancy Lab (NBL) presso il Johnson Space Center della NASA a Houston, Texas.
Diversi altri membri del corpo astronauti hanno aiutato a svolgere altre prove sugli attrezzi che saranno utilizzati nello spazio. L’astronauta della NASA Chris Cassidy e quello dell’Agenzia Spaziale Canadese Jeremy Hansen hanno aiutato con lo sviluppo degli attrezzi, svolgendo delle prove sia nel Neutral Buoyancy Lab che nell’Active Response Gravity Offload System (ARGOS), una struttura che simula condizioni di gravità ridotta fuori dall’acqua.
Altro da offrire
Samuel Ting e i ricercatori che utilizzano i dati dello Spettrometro Alfa Magnetico sono fiduciosi che questa serie di spacewalk consentirà per altri anni la raccolta dati di questo speciale strumento. “Molti esperimenti possono misurare queste particelle di raggi cosmici a basse energie. AMS lo porta a un livello di energia molto più elevato e con una precisione senza precedenti ", ha dichiarato Ken Bollweg, Project Manager di AMS. “Per continuare a migliorare l’accuratezza, si devono acquisire i dati per un tempo più lungo.”
L’estensione della vita dello Spettrometro potrebbe consentire agli esperti di avere un quadro più completo sulla radiazione nello spazio, grazie all’acquisizione di dati durante un ciclo solare completo, ovvero un periodo di circa 11 anni durante il quale il campo magnetico del Sole cambia, esponendo il Sistema Solare ad un differente livello di radiazioni. Raccogliere informazioni per tutto questo tempo potrebbe fornire ulteriori dettagli sulla potenziale esposizione alle radiazioni per gli astronauti diretti su Marte.
Oltre a dare una nuova vita ad un importante pezzo dell’attrezzatura scientifica, il processo di creazione degli strumenti e delle procedure per queste passeggiate spaziali sta preparando squadre per le tipologie di spacewalk che potrebbero essere necessarie nelle missioni sulla Luna e su Marte. “Questi sono il genere di abilità che ci stanno spingono ad andare su una superficie planetaria”, ha detto Tara Jochim. “Tagliare i tubi in acciaio inossidabile per poi collegarli a quelli nuovi su un sistema termico nel corso una spacewalk con gli strumenti facili da usare che abbiamo sviluppato, pur mantenendolo sicuro per il membro dell’equipaggio, sono i tipi di attività che aiuteranno a definire le nostre operazioni per gli spacewalker di domani.”
Lo Spettrometro Alfa Magnetico è uno sforzo congiunto tra la NASA e il Department of Energy’s Office of Science ed è guidato dal ricercatore principale Samuel Ting del Massachusetts Institute of Technology. Il team di AMS comprende circa 600 fisici di 56 istituzioni in 16 paesi dell’Europa, del Nord America e dell’Asia. I contributi dei vari partecipanti sono stati integrati quando l’AMS è stato costruito presso l’Organizzazione Europea per la Ricerca Nucleare (CERN) fuori Ginevra, Svizzera.