Riflessioni sulla ricerca spaziale all interno dell INFN

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1 Riflessioni sulla ricerca spaziale all interno dell INFN IL CRESCENTE INTERESSE DELL INFN NELLA RICERCA SPAZIALE Nell'ultimo decennio, lo sviluppo della ricerca nel campo della fisica fondamentale ha spinto un numero crescente di gruppi di ricerca dell INFN a proporre e realizzare presso i propri laboratori esperimenti scientifici da effettuare nello spazio, con vettori russi ed americani, sullo Shuttle, sulla MIR e sulla Stazione Spaziale Internazionale. Questa attivita' di ricerca che consiste anche nella costruzione di strumentazione qualificata per il volo, si svolge spesso all'interno dei laboratori delle Sezioni INFN, grazie a significativi investimenti da parte dell' INFN e dell ASI. Si tratta di programmi in cui i ricercatori INFN hanno non solo ideato ma anche, in tutto o in parte, realizzato strumenti che poi sono stati inviati (AMS-01, NINA 1, NINA 2, ELFO, SIRAD) o saranno inviati nei prossimi anni nello spazio (ALTEINO, AGILE, PAMELA, SMART2-LISA Pathfinder, AMS-02, GLAST). A medio termine sono inoltre previsti altri importanti programmi come EUSO e LISA. Discussioni con americani e russi per misure intorno al ginocchio sono ad una fase preliminare. PUNTI DI FORZA DELL APPROCCIO DELL INFN L interesse e la forza dell approccio dell INFN, rispetto all approccio tradizionale in cui la realizzazione dalla strumentazione scientifica di volo avviene interamente presso industrie del settore, e dovuto: a) alla capacita di leadership ed autonomia scientifica e strategica dell INFN, che permette di attivare programmi che sono di centrale interesse dell Istituto ed attirare su di essi la partecipazione di altri Istituti e/o Agenzie; b) al significativo contenimento dei costi che permette l esecuzione di un maggior numero di programmi a parita di finanziamenti disponibili, dato che la strumentazione viene realizzata in tutto o in parte all interno dei laboratori delle Sezioni o Laboratori dell INFN ricorrendo al supporto industriale solo la parte in cui non risulta conveniente o possibile sfruttare le competenze dell Istituto ; c) alla possibilita di fornire una formazione molto piu ampia e completa a laureati, dottorandi e post-doc aumentando la competitivita dei curricula e l interesse dei giovani; d) al progressivo miglioramento tecnologico dell INFN dovuto allo stretto contatto dell Istituto con l ambiente della ricerca di base dell Universita e dei centri di ricerca nazional ed internazionali, nonche con il tessuto nazionale delle PMI e delle industrie del settore, facilitando l ingresso dei giovani ricercatori nel mondo del lavoro, aumentando inoltre la capacita di produrre brevetti o di fare nascere spin-off commerciali;

2 La validita di questo approccio e mostrato dal successo dei programmi che hanno gia volato (AMS-01, NINA 1, NINA 2, ELFO, SIRAD) e che hanno potuto basarsi: a) sull esistenza all interno dell Istituto di un patrimonio di conoscenze e tecnologie unito a capacita realizzative in grado da permettere la progettazione di strumenti avanzati e affidabili, b) sull esistenza all interno dell Istituto di un patrimonio di conoscenze relativo alle tecniche di controllo di qualita e spazializzazione, c) sull esistenza di facilities che permettono la realizzazione e la certificazione della strumentazione scientifica per applicazioni nello spazio. LA SITUAZIONE E LE PROSPETTIVE DELL ATTIVITA SPAZIALE DELL INFN Dalla seconda meta degli anni 90 ad oggi si sono succedute numerose missioni dell INFN, di diversa dimensione e complessita per effettuare studi nei seguenti settori: 1) Effetti delle radiazioni sugli atronauti (ELFO, SIRAD) 2) Raggi cosmici di bassa energia (NINA 1, NINA 2) 3) Raggi cosmici di energia intermedia (AMS-01) Queste missioni derivano in buona parte dall attivita svolta negli anni precedenti dalla collaborazione WIZARD per mezzo di voli di palloni stratosferici in collaborazione con gruppi americani. Nei prossimi anni e previsto un picco di missioni di notevole complessita ; 1) AGILE (2005) raggi gamma dal kev al GeV; 2) PAMELA (2005) raggi cosmici di energia intermedia su orbita quasi polare; 3) AMS-02 (2007/8) raggi cosmici e gamma di energia intermedia su orbita ISS; 4) GLAST (2007) raggi gamma dal MeV alle centinaia di GeV; 5) LISA-Pathfinder (2007) tecnologie abilitanti per LISA. Dopo il 2007 pero si assiste ad un rallentamento significativo del ritmo a cui sono previste ulteriori missioni di interesse INFN, in quanto sono previste solo due grandi missioni EUSO sulla ISS (in fase di studio di fase A in ESA, presumibilmente prevista per il 2010) e LISA (2013). A questo occorre aggiungere una attivita sui palloni stratosferici in voli di media durata (CREAM).. Tale rallentamento e in controtendenza con la crescita di interesse scientifico della comunita dell INFN nei confronti dell osservazione dell universo. Infatti non si

3 assiste ad un tale fenomeno nel caso degli osservatori di Raggi Cosmici o Gamma da terra (Auger, Antares, Nemo, Argo, Magic, Hesse, Amanda, ICE-cube..) dove si stanno pianificando programmi di lunga durata e che comportano grossi investimenti, per non parlare addirittura di nuovi laboratori sotterranei come il progetto del Frejus. Questo e un primo problema che occorre mettere a fuoco: e necessario capire la causa dell apparente diminuzione del numero di missioni di interesse INFN previste a partire dal Un secondo problema e legato alla tempistica delle missioni spaziali in cui e coinvolta l INFN. Se analizziamo le tempistiche delle principali missioni spaziali di cui sopra osserviamo sistematicamente una grande discrepanza temporale fra il momento di inizio della missione e la sua effettiva realizzazione: 1- NINA-1 approvata nel 2003 (?) ha volato nel Pamela approvata nel 1995, volera nel AMS-02 inizialmente prevista nel 2003 ora e prevista nel 2007/8. 4- Agile approvata nel 1998 per volare nel 2001 dopo molte vicissitudini e ora prevista nel GLAST approvata nel 2000 per un lancio nel 2005 e ora prevista nel LISA e oggi prevista nel 2013, ha corso recentemente il rischio di uno spostamento ulteriore in avanti, ma in ogni caso il processo di approvazione di questa missione e durato piu di dieci anni, almeno per tutti gli anni 90. Ci sono alcune missioni per cui i tempi sono stati molto piu brevi, ma sono poche: 1- AMS-01 approvata nel 1995 ha volato nel NINA-2 ha volato solo due anni dopo NINA-1, nel 2000, sfruttando l occasione del volo tecnologico del satellite MITA. Quest ultima considerazione vale anche per le piu piccole missioni per lo studio degli effetti della radiazione sugli astronauti (ELFO, SIRAD) che hanno beneficiato di rapporti privilegiati tra gruppi dell INFN con il mondo russo. E piuttosto chiaro che i due problemi sono in qualche modo collegati, le difficolta ed i ritardi nell esecuzione dei progetti spaziali e certamente una delle cause importanti del diradarsi delle missioni nei prossimi anni, in quanto la comunita e occupata a realizzare molte missioni, tutte sistematicamente in ritardo. Inoltre ritardi sono evidente causa di demotivazione, specie per i giovani. Ma e altrettanto chiaro che questo problema si morde la coda: i ritardi rallentano l attivita e diminuiscono la partecipazione e questo di nuovo contribuisce a ritardare nuove iniziative.

4 ANALISI DEL PROBLEMA E DELLE SUE CAUSE Sgombriamo subito il campo da una prima ipotesi, vale a dire che la causa sia un diminuito interesse nei confronti della fisica particellare e fondamentale nello spazio. Questo non e vero, perche esistono certamente molte misure interessanti che sarebbe interessante fare con i raggi cosmici e di tipo gravitazionale. Oltre alle misure che saranno coperte dagli esperimenti in costruzione, ci sono ad esempio; 1- misure di precisione delle proprieta della magnetosfera terrestre, che potrebbero addirittura avere delle ripercussioni applicative importanti nel campo dei terremoti; 2- misura della componente ad altissima energia (EUSO ed esperimenti successivi) che aprirebbe il campo all astrofisica dei raggi cosmici; 3- misura del fondo luminoso per esperimenti alla EUSO; 4- sviluppo di tecniche binoculari o plurioculari tipo OWL per utilizzare l atmosfera terrestre come calorimetro tracciante; 5- misura dei neutrini dallo spazio, con l avvento dell astrofisica dei neutrini; 6- estensione della sensibilita della misura dei raggi gamma ad energie dal GeV al TeV e non provenienti da sorgenti; 7- misure di accelerazione e gravitazione con nuove tecniche basate sugli atomi freddi nello spazio; 8- misure di altissima precisione usando riferimenti in frequenza; 9- misure che potrebbero usare la luna come targhetta per neutrini o raggi cosmici cercando segnali che sono oscurati dall atmosfera terrestre; 10- misure di composizione dei primari intorno al ginocchio e sopra di esso; 11- misure spettrometriche di altissima precisione nell X usando rivelatori a superconduttività; 12- misure di polarimetria X usando nuovi rivelatori tipo GEM; 13- misure di composizione dei raggi cosmici nell eliosfera; In questa lista non sono state volutamente inserito misure di grandissimo interesse come misure di CMB, di ranging lunare o satellitare, survey di grande scala per la ricerca della materia oscura per il semplice fatto che vi sono, per ora, comunita non INFN molto attive che coprono queste aree di ricerca spaziale mentre non e possibile identificare una comunita INFN che se ne occupa in modo visibile. Ma anche questo aspetto potrebbe cambiare in futuro. Esistono invece certamente due problemi centrali e profondamente collegati: (a) un problema di dipendenza dell attivita INFN dalla politica delle agenzie spaziali, italiana, europea, americana o russa. La pianificazione di un esperimento spaziale da parte dell INFN non puo essere autonoma dato che a parte il rivelatore, sia il satellite che il lancio che la gestione della missione che la trasmissione dei dati

5 dipendono da entita terze in cui l INFN non e rappresentata in modo significativo; (b) un problema di complessita e costo delle missioni piu grandi. Missioni come AMS, EUSO, GLAST o LISA hanno dei costi confrontabili o superiori alla creazione di un laboratorio di ricerca o di un acceleratore di medie dimensioni. Di per se stesso questo non impedirebbe all INFN di farsi carico di buona parte di queste missioni, ma a causa di (a) l Istituto giustamente non puo incamminarsi su investimenti troppo elevati in ambiti dove non ha il controllo scientifico e gestionale. Si potrebbero analizzare in dettaglio alcuni esempi particolarmente significativi rappresentati da AMS, EUSO, GLAST e LISA. Preferiamo invece concentrarci su come si possano affrontare questo tipo di problemi. UN APPROCCIO INFN ALLA SPERIMENTAZIONE NELLO SPAZIO 1- Necessita di organizzarsi a livello nazionale, europeo e internazionale La forza dell Istituto e della comunita dei fisici delle alte energie e sempre stata quella di coniugare programmazione scientifica con autonomia realizzativa e gestionale. Quando e stato necessario la comunita dei fisici ha realizzato laboratori a livello nazionale ed internazionale. Per la gestione delle problematiche scientifiche e strategiche sono state realizzate reti di ricercatori a livello europeo, comitati internazionali di strategia e policy etc. Per la fisica agli acceleratori questo e stato fatto da tempo (HEPAP, ECFA ), per la fisica astroparticellare in tempi piu recenti abbiamo assistito alla nascita di ApPEC (che ha purtroppo escluso lo spazio dai temi trattati), alla nascita di EGO, alla programmazione del futuro delle onde gravitazionali a livello europeo con il programma ILIAS. In questo senso la fisica fondamentale e delle particelle nello spazio e molto piu disorganizzata: il successo o l insuccesso delle iniziative deriva dalla capacita del singolo gruppo di raggiungere una massa critica e dalle sue capacita di lobbying a livello di agenzie. Ma questo, se da una parte rende vivace, competitiva ed agile questa comunita, allo stesso tempo la rende fragile in quanto i gruppi si formano e si disfano se non esiste una prospettiva condivisa a medio-lungo termine, per il semplice fatto che non c e nemmeno un ambito a livello nazionale o internazionale dove cui discuterne (la serie di conferenze Space Part rappresenta un tentativo in questa direzione). La fisica fondamentale e delle particelle nello spazio beneficerebbe notevolmente di un network a livello europeo, dato anche l attuale crescente interesse della commissione europea per lo spazio (si prevede un ulteriore rilancio per l FP7). Un tentativo in tale senso e stato Spacerad, una proposta di I3 (Integrated Infrastructures Initiative) proposta all EC che non e passata al primo tentativo nonostante abbia ricevuto una buona valutazione programmatica e scientifica.

6 2- Necessita di accesso indipendente allo spazio dell INFN Immaginiamoci per un momento che la sperimentazione all LHC sia solo CMS, ATLAS, ALICE e LHCB, nel senso che coincida con gli esperimenti che avranno inizio nel 2007/8 e che il CERN accolga gli sperimentatori a partire dal momento in cui questi esperimenti siano completati ed inizino ad operare. E chiaro a tutti che questo schema non potrebbe funzionare e che i grandi esperimenti correrebbero un grande rischio di fallire: la possibilita di realizzare un grande esperimento ad LHC e legata a tutta la lunga fase di preparazione e studi che comprendono una sistematica analisi dei rivelatori, la loro simulazione e la realizzazione di parti di esse che vengono sottomessi alle condizioni simili a quelle che incontreranno nell acceleratore adronico, tramite fasci di prova il piu possibile simili a quello finale e che il CERN mette a disposizione nel corso degli anni. Per lo spazio abbiamo bisogno dello stesso concetto: ci servono test beam spaziali, esperimenti piccoli, ridotti nelle loro caratteristiche ma che possano operare nello spazio per periodi di mesi o di anni per mettere alla prova tecniche e metodi di analisi. Questi esperimenti devono essere lanciati con frequenza molto maggiore dei grandi esperimenti, devono costare poco e devono essere svincolati il piu possibile dalle logiche delle agenzie. Si tratta inoltre di esperimenti disegnati per l obbiettivo scientifico che si intende perseguire e non di esperimenti disegnati in funzione del satellite in cui devono essere lanciati. In altri termini, sono esperimenti con caratteristiche di satellite custom, sono piu esperimenti di tipo R&D che operano nello spazio piuttosto che che payload per un bus standard.. Si tratta cioe di satelliti non disponibili all interno di programmi dell ASI o dell ESA ma che devono essere realizzati ad hoc per le necessita dell INFN. Puo sembrare a prima vista un obbiettivo velleitario, ma e facile mostrare il contrario. Innanzitutto possiamo mostrare come le Agenzie nazionale ed europea non ci possono offrire questo servizio a condizioni interessanti per l INFN. (a) Caso ASI Negli ultimi 30 anni Italia e stato lanciato un numero limitato di satelliti scientifici: LAGEOS-1 (1976) LAGEOS-2 (1992), Tethered 2 (1996), e Beppo-Sax (1996). Si tratta di una missione ogni 8 anni in media. Lo stesso AGILE che sara lanciato nel 2005 (e che e dichiaratamente da parte ASI l ultima piccola missione dell Agenzia) avra avuto una gestazione di 8 anni. (b) Caso ESA

7 Un discorso analogo si puo fare per ESA dove la programmazione dipende non solo da un paese ma da una dozzina di paesi e le risorse sono vincolate per i prossimi dieci anni. Nei piani dell ASI e dell ESA non e quindi presente, al momento attuale, una programmazione di microsatelliti scientifici che abbia le caratteristiche che interessano l INFN: rapido turn over (2-3 anni), bassi costi (< 6 Meuro incluso il lancio), autonomia della gestione dei dati. Risulta quindi che la necessita di accedere allo spazio per missioni di tipo test beam non puo essere realizzato senza una iniziativa specifica dell Infn, aperta eventualmente alla partecipazione delle Agenzie interessate. Occorre notare come l accesso allo spazio con programmi alternativi e avvenuto in Italia almeno 7 volte negli ultimi 5 anni: NINA1 (piggyback INFN su vettore russo), UNISAT 1 e 2 (satelliti universitari dell Universita La Sapienza lanciati dalla Russia), MEGSAT 1 e 2 (ditta privata Megiorin lanciati dalla Russia, il secondo con un piccolo payload in cui partecipava l Infn) e almeno due satelliti di prova della CGS-OHB (sempre lanciati dalla Russia). In buona parte dei casi, in particolare UNISAT 1 e 2 e MEGSAT 2 il programma e stato finanziato anche dall ASI ma la responsabilita operativa e gestionale era interamente a carico dei proponenti. Per cui non si puo sostenere che non ci sarebbero le condizioni per l INFN di concordare con ASI un programma indipendente (o congiunto) di microsatelliti scientifici in preparazione delle grandi missioni spaziali di interesse INFN.. In secondo luogo mostriamo come i costi della realizzazione di questo tipo di programmi siano compatibili con le risorse INFN I satelliti di piccola dimensione rappresentano un settore di grande interesse a livello internazionale perché consentono la realizzazione di missioni anche semplici a prezzi modesti ed in tempi estremamente ridotti (su piattaforme consolidate si può arrivare ad un tempo di approntamento di 3 mesi). Esiste un mercato internazionale dei microsatelliti e oggi è possibile costruirli grazie alle disponibilità di nuove tecnologie di miniaturizzazione ed alla riduzione fisica dei pannelli solari e delle batterie grazie ai ridotti consumi di energia possibili utilizzando elettronica dell ultima generazione. La Tabella 1 descrive i costi di alcuni satelliti scientifici prodotti da consorzi privati inglesi o americani negli ultimi anni. Notare come il costo dipenda anche in maniera significativa dal vettore usato (ESA/USA vs Russia ). La Tabella 2 mostra il risultato dello studio effettuato in Italia da una realta privata dei costi di realizzazione di una serie di microsatelliti da 50 kg (payload ~ 10 kg, escluso dal costo), assumendo di acquisire sul mercato internazionale componentistica qualificata da precedenti missioni nello spazio (celle solari, stabilizzazione, telecomunicazioni etc.) e quindi molto affidabile. Il costo del lancio da un vettore russo e incluso nel prezzo.

8 Le cifre contenute in Tabella 2 sono confrontabili con le cifre in Tabella 1: risulta anche chiaro come questo approccio sarebbe interessante e competitivo a livello del mercato internazionale con interessanti ricadute industriali e commerciali a livello nazionale, come si discute brevemente nell Appendice 1. TABELLA 1 NOME DEL SATELLITE VETTORE COSTO PESO DIMENSIONI SUNSAT Delta II 1,95MEuro 62,4kg 450x450x600mm BREMSAT STS60 3,5MEuro 63kg 500mm Dia TiungSat-1 Dnepr 7,3MEuro 50kg 360x360x690mm POSAT Ariane V59 2,1MEuro 50,5kg 352x356x670mm Cerise Ariane V102 17,4MEuro 50kg 600x300x300mm Tsinghua-1 Kosmos-3M 50kg 690x360x360mm TMSAT Zenit 9,8MEuro 150kg 690x360x360mm Clementine Ariane V124 18MEuro 50kg 690x360x360mm SNAP-1 Kosmos-3M 1,5MEuro 6.5kg non disponibile CHPSAT Delta MEuro 45kg non disponibile SPASE Shuttle 2,5MEuro 35kg non disponibile TABELLA 2 COSTO MICROSATELLITI Costi di realizzazione di una serie di microsatelliti (Iva esclusa) KEuro Primo Micro Satellite(stabilizzazione su tre assi) Costruzione 2700 Preparazione al lancio 2300 TOTALE 6000 Secondo Micro Satellite(stabilizzazione su tre assi) Costruzione 1200 Preparazione al lancio 1000 TOTALE 2200 Terzo Micro Satellite (stabilizzazione su tre assi) Costruzione 900 Preparazione al lancio 700 TOTALE 1600 Terzo Micro Satellite (stabilizzazione su un asse) Costruzione 400 Preparazione al lancio 500 TOTALE 900

9 In terzo luogo si puo mostrare come la gestione della missione e dei dati a terra siano compatibili con le risorse INFN Esistono varie modalita di trasmissione a terra e distribuzione dati che non richiedono l utilizzo di costose basi di telecomunicazione o ne riducono grandemente la necessita. I gruppi dell INFN che collaborano con il mondo Russo possono facilmente mostrare come questo sia possibile potenziando in modo ragionevole la rete di comunicazione dell Istituto e utilizzando tecniche gia ampiamente sviluppate per gli esperimenti agli acceleratori. E opportuno ricordare l esistenza di un rete mondiale privata per la trasmissione di dati di controllo e di telemetria a costi molto contenuti. 3 - Necessita di identificare un home-laboratory all interno dell INFN caratterizzato sull esperimentazione nello spazio La comunita INFN opera tradizionalmente all interno delle proprie Sezione e Laboratori. I Laboratori derivano dalla necessita di dotarsi di grandi strutture, acceleratori ma anche interferometri, gallerie sotterrane, laboratori sottomarini, che difficilmente possono essere realizzate all interno di una Sezione. A loro volta l esistenza di Laboratori INFN specializzati in un singoli settori della ricerca della fisica nucleare, subnucleare e delle astroparticelle rappresenta un fondamentale stimolo di guida aggregazione e crescita per il settore stesso. Per quanto riguarda la ricerca nello spazio, questo punto di aggregazione INFN e assente. Ci sono Sezioni storicamente attive in campo spaziale (Roma II, Firenze, Trieste, Bari, Perugia, Bologna) altre che si sono affacciate piu recentemente ad esperimenti spaziali (Pisa, G.C. Siena, Roma I, Napoli, Genova, G.C. Trento ) altre che hanno espresso un interesse. Esistono presso queste Sezioni facilities e competenze specifiche per la qualifica di esperimenti per lo spazio. Al momento attuale pero nessuno dei Laboratori dell INFN ha una significativa attivita spaziale, anche se, ad esempio, ricercatori dei LNF hanno espresso interesse in questa direzione. I LNGS rappresentano naturalmente un ruolo di centro di aggregazione della comunita astroparticellare, ma non rappresentano, al momento almeno, un punto di aggregazione di attivita sperimentali per il settore spazio. La situazione potrebbe cambiare se iniziasse una attivita di qualifica ed integrazione di payload e micro-satelliti presso un laboratorio nazionale dell INFN. Questo Laboratorio potrebbe mettere a disposizione personale e strutture per questo tipo di attivita specialistiche e divenire il naturale centro di aggregazione per la comunita nazionale INFN impegnata nello spazio. L effetto positivo di questo tipo di evoluzione sarebbe non solo di realizzare il percorso descritto come realizzazione fasci di test per lo spazio e quindi di dare stabilita e prospettiva alla comunita spaziale dell INFN ma anche di creare la massa critica per permettere l attivazione di programmi europei ed internazionali e la partecipazione, con ruoli leader, al futuro delle missioni spaziali in Europa e a livello internazionale (NASA ma anche Russia, Cina e altri paesi emergenti).

10 ULTERIORI SINERGIE E VANTAGGI PER IL SISTEMA PAESE La proposta contenuta in queste pagine, in estrema sintesi consiste nell applicare al settore spazio gli stessi metodi che hanno permesso in passato il successo dell INFN nel campo degli acceleratori prima, della fisica sotterranea e dei raggi cosmici a terra poi, nonche dell interferometria gravitazionale a terra in tempi piu recenti. I ricercatori dell INFN spinti dall interesse scientifico e supportati dalle strutture e dai mezzi dell Istituto, hanno saputo spingere ai massimi livelli le tecnologie che si sono rivelate necessarie per affrontare i vari problemi di ricerca fondamentale che di volta in volta hanno incontrato. Questo e accaduto per i sensori, per i materiali, per il software, per le reti, per la microelettronica. I benefici del metodo INFN sono sotto gli occhi di tutti e permettono di volta in volta di trasferire al tessuto produttivo le tecnologie piu avanzate sviluppate all interno dell Istituto. Lo stesso puo avvenire (ed in parte avviene gia ) per il settore spaziale, non in competzione ma in sinergia con ASI ed ESA. In particolare, l ipotesi di realizzare payload strettamente integrati con strutture di tipo microsatellitare, rappresenterebbe un fortissimo stimolo di innovazione per l industria spaziale nazionale. Per questo tipo di applicazioni e necessario infatti affrontare tematiche relative alla miniaturizzazione e integrazione di sistemi elettrici e meccanici, un area in cui c e stata in questi anni una rivoluzione nella strumentazione scientifica di laboratorio, nei computer, nelle telecomunicazioni nonche nell elettronica di largo consumo ed in cui l INFN e molto attiva per via della sperimentazione agli acceleratori di particelle. La capacita di realizzare piu funzioni con sistemi piu compatti, leggeri e che consumano meno potenza e infatti ideale per le applicazioni spaziali dove la massa e la potenza rappresentano dei parametri cruciali. L impiego inoltre di elettronica commerciale qualificata per applicazioni spaziali (COTS) e un altro fattore di grande importanza per il contenimento dei costi a parita di affidabilita. L iniziativa INFN-PAT ( Provincia Autonoma di Trento) sui MEMS rappresenta un ottimo esempio dello stimolo di innovazione che il mondo della ricerca applicata si aspetta dall INFN. Il forte collegamento dei gruppi INFN con le attivita di sviluppo di tecniche di rivelazione in ambito nazionale ed internazionale (CERN, ESA, NASA,..) permette inoltre di avere rapido accesso ai risultati ottenuti nell R&D nel campo delle tecniche dei rivelatori, dei progressi in campo delle micro e nanotecnologie applicata alla rivelazione della radiazione, delle novita esistente in campo di microelettronica integrata e software avanzato. All interno della rete di competenze e risorse tecniche e scientifiche presenti all interno dell Istituto, si possono sviluppare con il supporto della Commissione V strumenti basati su tecniche innovative con particolare attenzione alla miniaturizzazione dei componenti degli strumenti (sensori, elettronica, attuatori, meccanica). Questo obbiettivo e strettamente collegato con il miglioramento delle caratteristiche delle grandi missioni spaziali pianificate nel corso dei prossimi anni, in quanto pesi, consumi e dimensioni rappresentano un fondamentale limite nella sperimentazione nello spazio

11 . L esigenza di potere accedere allo spazio a basso costo ed in tempi brevi e infatti fortemente sentita sia dalla comunita scientifica che dal mondo delle applicazioni commerciali e lo sviluppo di tecniche di miniaturizzazione per applicazioni spaziali e certamente un passo importante in questa direzione.

12 APPENDICE 1 ANALISI DEL MERCATO DEI MICROSATELLITI Il mercato attuale dei microsatelliti è un mercato emergente; una recente indagine conta circa 90 microsatelliti realizzati ufficialmente negli ultimi 3 anni e prevalentemente da compagnie USA. Ci riferiamo ovviamente al mercato dei microsatelliti che, in accordo con la definizione ESA, sono quelli di peso compreso tra i 10kg ed i 100kg; il riferimento di nostro interesse è quello dei microsatelliti di peso inferiore a 50kg. Il peso è un parametro molto importante in quanto il costo del lancio è una funzione diretta di questo. I satelliti di piccola dimensione sono da sempre stati di interesse perché consentono la realizzazione di missioni anche semplici a prezzi modesti ed in tempi estremamente ridotti (su piattaforme consolidate si può arrivare ad un tempo di approntamento di 3 mesi). Oggi è possibile costruire microsatelliti grazie alle disponibilità di nuove tecnologie di miniaturizzazione ed alla riduzione fisica dei pannelli solari e delle batterie grazie ai ridotti consumi di energia possibili utilizzando elettronica dell ultima generazione. Il valore economico di mercato per un microsatellite non è facilmente determinabile in quanto il mercato offre prezzi variabili da compagnia a compagnia ma anche fortemente dipendenti da alcune caratteristiche tecniche (numero degli assi controllati, tecnologia del sistema di alimentazione, ecc.). I valori economici noti relativi alla realizzazione di microsatelliti si riferiscono normalmente al costo totale del segmento spazial, microsatellite + payloads ed in alcuni casi il costo include anche il lancio. Esso varia tra i 2 ed i 18 Meuro per una serie di microsatelliti riportati nella Tabella 1 del documento.. Il possibile mercato, per i microsatelliti e per quelli ancora più piccoli denominati nanosatelliti (da 1kg a 10kg per ESA), è oggi di difficile valutazione per la sua caratteristica di essere un mercato emergente. Esso ha pero tutte le caratteristiche per raggiungere grandi dimensioni anche assumendo come riferimento i costi attuali; l impiego delle più recenti tecnologie consentirà una ulteriore, sensibile riduzione nei costi e di conseguenza una crescita del mercato. Si ritiene che il mercato mondiale per i prossimi tre anni debba valere non meno di 300 microsatelliti per anno. Le applicazioni che creano questo mercato sono principalmente: - Applicazioni Sperimentali (es. biomedicina) - Osservazione della Terra (es. telerilevamento) - Osservazione dell Universo (es. misura della radiazione cosmica) - Telecomunicazioni private e pubbliche - Applicazioni per la sicurezza ed il controllo delle emergenze (es. remote surveillance)