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POLITECNICO
RIVISTA DEL P O L I T E C N I C O D I M I L A N O
Numero 2
Direttore responsabile
Adriano De Maio
Comitato scientifico
e di redazione
Adriano De Maio
Rettore del Politeciiico
Maria Cristina Treu
Piarettore Vicario
Giampio Bracchi
Prorettore Delegcito
Maria Licia Zuzzaro
3
21
Direttore editoriale
Cesare Maria Casati
Editing
Elena Cardani
Fotolito
Litofilms Italia, Berganio
Stampa
Poligrafiche Bolis, Berganio
Milano, luglio 1999
Registrata presso
il Tribunale di Milano
con il n. 813 del 13/1111987
Questa edizione é stata
realizzata con il contributo di:
Mapei e della Fondazione Cariplo
che ha partecipato
anche alla realizzazione
del numero 1.
Iniiovazione e competitivita
Giuseppe Tognon
23
Quale lo scopo dell'università?
Nicola Signorelli
24
La modellistica matematica:
una sintesi tra teoremi e mondo reale
Alfio Quarteroni
Progetto grafico
Paola Polaslri
Redazione e realizzazione
l'Arca Edizioni
via Valca\w 6
Tel. (02) 325246
Fax (02) 325481
20155 Milano
[email protected]
iww.arcadata.it
Relazione del Magnifico Rettore
Adriano D e Maio
31
Convegno internazionale
Humaii Motor Performance in microgravità
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POLITECNICO
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Prorettore Vicario: Prof. Maria Cristina Treu
Prorettore Delegato: Prof. Giampio Bracchi
D l r e t t o r e ~mmi&trativo: Dr. Piero Zanello
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Consiglio di amminis;~-ione del P o l i i ~ ~ , , i cdoi Milano quadriennio 199612000
Prof Adriano De Maio (Presidente) - Profssa Maria Cristina Treu (Prorettore Vicario) - Dott. Piero Zanello (Direttore Amministrativo) - Ing. Vico
Valassi (Rappresentante del Governo) - Dott. Antonio Caso (Delegato del Direttore Regionale delle Entrate per la Lombardia) - Dott. Piero
Bassetti (Esperto Designato dalla Unioncamere della Lombardia) - Pro[ Giulio Ballio (Professore di niolo) - Profssa Adriana Baglioni (Professore di
molo) - Prof Giancesare Belli (Professore di ruolo) - Prof. Bmno Mazza (Professore di ruolo) - Ing. Fabrizio Pizzutilo (Ricercatore Confermato) Geom. Vittorio Luise (Rappresentante del Personale Tecnico-Amministrativo) - Sig. Simone Radovan (Rappresentante degli studenti) - Sig. Andrea
Roscetti (Rappresentante degli studenti) - Sig. Andrea Uccelli (Rappresentante degli studenti)
Composizione del Senato Accademico quadriennio 199812002
Prof. Adriano De Maio (Rettore del Politecnico) - Profssa Maria Cristina Treu (Prorettore Vicario) - Prof. Osvaldo De Donato (Preside della Facoltà
di Ingegneria Milano Leonardo) - Prof. Cesare Stevan (Preside della Facoltà di Architettura Milano Leonardo) - Prof Pieriuigi Della Vigna (Preside
della Facoltà di Ingegneria Como) - Prof. Michele Gasparetto (Preside della Facoità di Ingegneria Lecco) - Prof. Luigi Puccinelli (Preside della Facoità
di Ingegneria Milano Bovisa) - Prof. Antonio Acuto (Preside della Facoltà di Architettura Milano Bovisa) - Dr. Piero Zanello (Direttore
Amministrativo) - Prof. Claudio Molinari (Rappresentante dei Professori di Ruolo della prima Area) - Pro[ Marco Deni Bardeschi (Rappresentante
dei Professori di Ruolo della seconda Area) - Prof Giuseppe Turchini (Rappresentante dei Professori di Ruolo della terza Area) - Prof. Giorgio
Diana (Rappresentante dei Professori di Ruolo della quarta Area) - Prof. Giuseppe Allegra (Rappresentante dei Professori di Ruolo della quinta
Area) - Prof. Rinaldo Cubeddu (Rappresentante dei Professori di Ruolo della sesta Area) - Prof. Carlo Gheni (Rappresentante dei Professori di
Ruolo della settima Area) - Prof. Amando Brandolese (Rappresentante dei Professori di Ruolo della ottava Area) - Ing. Marco E. Ricotti e Ing.
Alessandro Gandelli (Rappresentanti dei Ricercatori) - Sig. Filippo Manzone e Sig. Michele Fachin (Rappresentanti del Personale TecnicoAmministrativo) - Nicola Signorelli e Daniele Fabrizio Bignami (Rappresentanti degli Studenti)
Senato Accademico integrato
Prof Sergio Cova e Profssa Matilde Baffa (Rappresentanti dei Professori di Ruolo) - Arch. Gennaro Postigliene e Ing. Luigi Zanzi (Rappresentanti dei
Ricercatori) - Giulio Padovani e Edoardo Bianchi Carnevale (Rappresentanti degli Studenti)
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MILANO LEONARDO
FACOLTÀ DI ARCHITETTURA
Via Bonardi 3, Milano
tel. 02.239926 15 - fax 02.2399261 O
Preside Professor Cesare Stevan
tel. 02.23992500 - fax 02.23992502
Preside Professor Osvaldo D e Donato
SEDE DISTACCATA: MANTOVA
SEDE DISTACCATA: CREMONA
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MILANO B m S . A
-
MILANO BOVISA
FACOLTÀ DI INGEGNERIA
via La Masa 34, 20 156 Milano
tel. 02.23998007 - fax 02.23998099
Preside Professor Luigi Puccinelli
Preside Professor Antonio Acuto
SEDE DISTACCATA: PIACENZA
FACOLTÀ DI INGEGNERIA
Presidenza piazzale Gerbetto, 6 - 22 1 00 Corno
tel. 02.23997305 - fax 02.2399732 1
Segreteria via Castelnuovo 7, 22 100 Corno
tel. 02.23997401 - fax 02.23997321
Preside Professor Pierluigi Della Vigna
corso Matteotti 3 - 22053 Lecco
tel. 034 1.361706 - fax 034 1.286 159
1
Preside Professor Michele Gasparetto
Relazione del Magnifico Rettore
ADRIANO DE MAIO
Renore del Politecnico di Milono
1. Il bilancio
2. La didattica
3. La ricerca
4. 1 servizi verso l'esterno
5. I1 personale
6 . I1 modello organizzativo
7. Gli spazi
8. I1 ruolo nella società
9. Competitività e alleanze
I
llustre signor Sottosegretario al Ministero
dell'università e della Ricerca Scientifica e
Tecnologica, Magnifici Rettori, autorità civili, militari e religiose, colleghi, personale tecnicoamministrativo, studenti, signore e signori.
L'ampia conferma avuta qualche mese fa del
mandato per un altro quadriennio mi ha fatto ritenere che fosse preferibile svolgere una relazione
non già di conclusione ma di apertura, guardando
cioè il prossimo quadriennio e non quello appena
concluso. La fiducia espressa dagli elettori nella
squadra che ho il privilegio, l'onore e il piacere
di coordinare può essere interpretata come un
giudizio positivo espresso su quanto fatto finora,
ma anche come una attesa della realizzazione
concreta di una parte significativa della nostra
strategia: di espansione, di rafforzamento e di più
ampio ed efficace inserimento nel contesto produttivo e sociale, di decentramento territoriale, di
internazionalizzazione, di miglioramento ulteriore nella qualità didattica e scientifica, di aumento
di reputazione e di visibilità in Italia e nel mondo, di benefici economici al personale meritevole, di estensione della provenienza territoriale e
di eliminazione delle barriere di censo per gli studenti, selezionati solo in base alla loro qualità, di
aumento degli standard di servizi complementari
con l'obiettivo di portarli a un livello confrontabile con la media europea.
Per questo, prima di dare inizio alla relazione,
voglio fare un appello. L'appello è innanzitutto
rivolto all'iiitei-no: la "squadra" di governo si è
inolto rafforzata in questi ultimi tempi. Tutto
quello che è stato fatto non sarebbe stato possibile senza la dedizione e il sacrificio di molti colleghi e di molti collaboratori del personale tecnicoamininistrativo. Dedizione e sacrificio non sono
in questo caso parole vuote né rituali: corrispondono alla realtà.
Sono stati sacrificati da molti interessi di lavoro,
didattici e scientifici per esempio, economici,
perfino famigliari. Li ringrazio tutti io a nome del
Politecnico. L'appello è rivolto innanzitutto a
loro: che resistano ancora, che si creino loro stessi i ricambi perché abbiamo bisogno d'una nuova
e giovane classe dirigente dell'Ateneo. Se la strategia è giusta, come riteniamo, i benefici più consistenti ricadranno sulla prossima generazione.
Figure l e 2
Bilancio: principali entrate (al netto delle enirate p r I'edillzta)
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Nelle Figure 1 e 2 sono rappresentati gli andamenti, negli ultimi anni, rispettivamente delle
entrate e delle uscite. Da un breve esame si può
notare innanzitutto come il FFO (Fondo di
Funzionamento Ordinario) assegnato dal
Ministero abbia registrato un aumento che, vista
l'attuale situazione e tendenza dell'inflazione,
può essere considerato rilevante. Questo potrebbe
indurci a gioire e in effetti siamo soddisfatti del
segnale, in quanto dimostra un'inversione di tendenza rispetto alla storia precedente, ma se passiamo dalla tendenza ai valori assoluti, allora la
soddisfazione si riduce di molto e, anzi, ad un
esame più accurato, si tramuta in profonda insoddisfazione. Per capirne il motivo basta osservare
quanto riportato in Figura 3.
Dopo tanto pensare, tante discussioni, tante tensioni nel mondo universitario, alla fine il risultato
è quasi invisibile. Allora appare chiaro quanto
più volte affermato dalla Conferenza dei Rettori
e, sembra, condiviso dal nostro Ministero. O si
procede, rapidamente, con risorse aggiuntive in
quantità apprezzabili, o il "riequilibrio" rimarrà
solo una pia illusione. Ma questo è ancora insufficiente perché non pare che sia stata capita ( o
voluta capire) fino in fondo la situazione. Poichk
lo squilibrio nella ripartizione di risorse non è
avvenuto negli ultimi anni, anzi, ha radici
profonde nella storia, bisogna necessariamente
considerare lo "squilibrio accumulato". Quando
verrà finalmente raggiunta la cosiddetta "ripartizione equilibrata", questo significherà soltanto
che noli verrà più aumentato lo "squilibrio accumulato" che fino a quel momento, al contrario,
ogni anno continuerà ad aumentare. Quindi,
anche quest'anno, aumenterà lo squilibrio fra le
diverse Università e diminuirà semplicemente
l'entità dell'aumento della forbice. I1 tutto, ripetiamo, senza nessun sistema di valutazione dei
risultati. Siamo peraltro in buona compagnia se
consideriamo la maggior parte delle università
statali in Lombardia ma questo non ci rallegra
affitto, anzi vieppiù ci intristisee. Richiediamo
pertanto al Governo, e al Parlamento, non tanto
al Ministro deil'universith che più volte ha avuto
occasione di ribadire il suo appoggio a tale proposta, che venga stanziata per i prossimi ami una
cifra consistente per tentare di azzerare o comun-
.m7m-smr-eummrrr
-
=W .
l
O4
19%
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1-1
È giusto che sia così, anche perché l'universith è,
per sua vocazione, rivolta al futuro, a innovare, a
migliorare e perché noi godiamo di quanto hanno
saputo fare le generazioni precedenti. E allora
che le nuove generazioni comincino a prepararsi.
Un appello infine agli studenti perché tengano
conto degli sforzi, si collochino in una posizione
di critica costruttiva e di proposta, tenendo conto
anche loro che non B possibile fare tutto subito e
che è facile distruggere ma t da adulti saper
costruire; siamo consapevoli che quello che facciamo, i sacrifici che anche a essi chiediamo,
l'impegno notevole che esigiamo è rivolto a loro,
perché siano professionisti di alto livello e ai loro
successori; tengano conto che anche dei loro successori ci dobbiamo sempre occupare. Agli altri
attori - forze politiche, economiche, sociali, culturali - Ikppello verrà rivolto alla fine di questa
relazione. A tutti un grazie per la partecipazione.
1.Il bilancio
Per poter realizzare progetti, per mettere in pratica disegni strategici, ma anche semplicemente
per gestire il corrente e per migliorare le prestazioni e i servizi occorrono risorse. Per questo la
relazione prenderà I'awio dal bilancio, in quanto
le risorse monetarie sono quelle più fiingibili e,
quindi, pongono meno vincoli, per passare poi
alle altre risorse e ai progetti e alle strategie.
que ridurre lo svantaggio e l'ineguaglianza accumulata per un certo numero di anni, da concordarsi. La storia non può essere cancellata.
Soltanto due esempi. La politica adottata dal
Ministero sul "cofinanziamento" è assolutamente
e totalmente condivisibile, a tal punto che da noi
è stata seguita come regola generale anche per la
ripartizione al nostro interno delle risorse. Noi
vediamo il cofinanziamento non solo come una
riduzione di impegno finanziario dell'ente o
organismo erogatore - il Ministero nei confronti
delle singole università o l'Atene0 nei confronti
dei singoli dipartimenti - quanto, soprattutto,
come meccanismo che aumenta l'attenzione nell'assumersi impegni e la respoiisabilizzazione del
proponentelrichiedente. Ma, se la situazione di
partenza è fortemente squilibrata senza "colpa"
specifica, allora di questo bisogna tener conto.
Altrimenti perché gli interventi, giusti, di sostegno alle attività, anche universitarie, nelle aree
depresse? Per esempio la percentuale di cofinanziamento, per tutti gli interventi cofinanziati,
potrebbe variare a seconda dello squilibrio.
Un secondo esempio riguarda le "incentivazioni
di risultato". Nella formula recentemente proposta di distribuzione delle risorse aggiuntive, una
parte riguarda il riequilibrio e l'altra un "prenlio"
legato al raggiungimento di risultati. A parte il
fatto che è dubbio che alcuni parametri siano
buoni indicatori dei risultati - per esenipio premiare quanto è stato autonomamente destinato,
da ciascun ateneo, alla ricerca non è detto che sia
correlato alla qualità della ricerca stessa - il problema è che qtiasi tutti sono fortemente iafluenzati dalle risorse totali disponibili, cioè da quanto
si è potuto acciimulare nel tempo. La percentuale
di abbandoni degli studenti ovvero la percentuale
di laureati in corso sul totale studenti dipende, in
modo non marginale, dal "livello di servizio"
didattico, quale la numerosità delle classi, le
risorse disponibili in termini di docenti e di tutor
che possono essere destinati a una singola classe,
lo spazio di studio, e anche, in alcuni casi, la
"vivibilità" complessiva all'interno dell'università. Ebbene tutti questi fattori sono fortemente
dipendenti dalle risorse che storicamente sono
state disponibili. Si corre il rischio quindi, partendo da una idea di fondo giusta, di ottenere un
effetto fortemente ingiusto. Si premia in un certo
senso la "ricchezza pregressa" e non gli effettivi
risultati (di efficacia e di efficienza).
Sui fondi "uubblici" rinnoviamo uoi un'istanza a
cui non si è mai data finora risposta. Così come
finalmente è stato fatto da qualche anno per i fondi di finanziamento ordinari erogati dal
Ministero, così è giusto e importante che vengano
rese note tutte le risorse "pubbliche", date a qualsiasi titolo. Tutto questo è ancora inolto opaco e
leggi e leggine che inseriscono finanziamenti rrd
Iloc non sono fatte certamente per chiarire.
È lecito, agli spiriti malpensanti, ritenere che si
perpetui il costume del favore e del clientelismo,
h a i sopito nella nostra ciiltura. Non diritti ma
favori, non sistemi di valutazione chiari ma amicizie e privilegi. Ma se la scuola e l'università
che, oltre al sapere, dovrebbero anche trasmettere
esempi di comportamento operano secondo queste regole, come si può pretendere che cambi, in
meglio, la nostra società e che migliori il senso
dello Stato? Un'altra fonte considerevole di
entrate è data dalle tasse e contributi degli
- studenti. La polemica attorno a tale voce di entrata
stenterà a esaurirsi. Fintantoché non sia decisa la
gratuità dell'istruzione universitaria, come awiene in altri paesi, è dovere di chi governa un'università riuscire a ottenere le risorse da chi utilizza
direttamente il servizio e che quindi può ritenere
che sia conveniente fornirle. Poiclié lo Stato ha
pensato bene di dare finanziainenti al Politecnico
Figura 3
Figura 4
STUDENTI IBCRll-il Al CORSIDI LAUR€4 E M DIPLOMA
molto scarsi, noi abbiamo dovuto ricorrere alle
famiglie, peraltro in modo contenuto, soprattutto
se paragonato a altre Università operanti in
Lombardia, con cui è facile fare confronti all'interno talvolta della stessa famiglia. I contributi
studenteschi nelle università non statali sono
legati a un valore di mercato, proprio perché lo
Stato eroga contributi minimi e quindi il servizio
va pagato direttamente, almeno in buona misura,
dall'utente. Ma lo stesso vale per quelle università statali che ricevono risorse dallo Stato molto
inferiori al valore medio.
Non c'è da scandalizzarsi né da inveire contro le
decisioni dell'università, ma semmai, contro il
comportamento del Governo. Non ci si deve far
fuorviare dal valore percentuale: è vero, siamo
forse l'Atene0 che ha la percentuale più elevata
delle tasse e contributi studenteschi rispetto al
fondo di funzionamento datoci dallo Stato, ma la
percentuale può essere subito ridotta, basta
appunto che lo Stato ci dia il dovuto! Peraltro i
contributi degli studenti sono stati sempre utilizzati per il miglioramento del servizio didattico. A
tal riguardo stiamo tentando di porre in essere
una politica di aiuto ai bisognosi e meritevoli:
abbiamo recentemente assegnato un fondo di 1
miliardo per 1000 borse di studio ai più bisognosi, purché sopra un certo valore di merito. Stiamo
cominciando a cercare poi banche che attivino in
misura ampia i "prestiti d'onore" che ci sembra
una via giusta, scarsamente utilizzata finora, per
evitare che i meno fortunati siano penalizzati.
La terza principale fonte di entrate è quella proveniente da prestazioni - di ricerca, di servizi, di
consiilenza, di formazione - forniti a terzi.
Da parte nostra stiamo mettendo a punto, attraverso aggiustamenti successivi, meccanismi che
facilitino tale entrata e stiamo cominciando ad
avvertire i primi segnali positivi. Dobbiamo però
mettere in evidenza due aspetti, legati a normative generali, il primo relativo al sistema di tassazione che ha inciso non poco in senso negativo, il
secondo riguardante facilitazioni fiscali per i
committenti su cui il governo sta procedendo a
nostro avviso in modo positivo ma che sarebbe
opportuno estendesse e ampliasse.
La quarta fonte di entrata è esigua in quanto i
"benefattori" diretti si riducono a pochi
(Fondazione CARIPLO, Camera di Commercio
di Milano) e quelli "indiretti", peraltro per noi
fondamentali per attuare la politica di decentramento (Univercomo, Univerlecco, ACSU, CUM,
EPIS) si limitano, correttamente, al sostegno delle iniziative locali. Peraltro la mancanza di questa
fonte di entrata è un punto debole che accomuna
la gran parte delle università europee e le distingue da quelle statunitensi, per le quali la raccolta
di fondi sia da parte di fondazioni sia da parte di
ex-alunni è una fonte rilevante di finanziamento.
Per quanto riguarda le uscite alcuni cenni sintetici. Abbiamo molto ridotto i costi unitari delle
spese generali ma il valore assoluto è aumentato,
tenuto conto del notevole aumento degli spazi
avvenuti in questi ultimi anni. Abbiamo contenuto l'aumento necessario delle spese per il personale in organico, nonostante la storica sofferenza
riscontrabile dai dati nazionali, mentre abbiamo
notevolmente incrementato la voce delle supplenze e dei contratti didattici, tenuto conto dei
nuovi progetti didattici attivati. Sono stati stanziati fondi di entità per noi notevole sia per la
ricerca, sia per un'iniziativa chiamata "progetti
di sviluppo imprenditoriale dei dipartimenti";
sono state poi incrementate le spese, di investimento e di gestione, per i servizi ausiliari didattici e di ricerca.
Per quanto riguarda la gestione di cassa non possiamo esimerci dal mostrare anche in questa sede
tutta la nostra indignazione per come, concretamente, viene gestita a livello governativo la politica di contenimento delle uscite. I vincoli posti
sono gestiti senza guardare e senza distinguere le
differenti situazioni di partenza. Limiti di spesa
rispetto all'anno precedente forse sono fin troppo
permissivi in tutti quei casi in cui si disponeva di
risorse relativamente abbondanti, mentre sono un
freno inaccettabile a chi può e deve svilupparsi.
Riteniamo poi assurdo che vi siano limitazioni
all'uso di "risorse proprie" pur conferite, come
d'obbligo, alla tesoreria unica. Non è pensabile
avere competenza e disponibilità teorica di fondi
e non poterli spendere. Per un anno si può rinviare e ritardare l'erogazione, per due anni si ha
ancora qualche margine, ma poi si collassa.
Questo modo di operare, in cui è necessario chiedere "deroghe", è a nostro avviso tipico da un
lato di una mentalità "contabile" in cui non si tiene conto della fattispecie concreta e, dall'altro, di
una incapacità a valutare e a far assumere responsabilità. E inutile parlare di autonomia se poi
vengono posti vincoli come questi. Sugli accantonamenti e sulle competenze vi deve essere la
massima libertà, altrimenti gli organi di governo
non sono più messi in grado di governare.
2. La Didattica
Si può notare (Figure 4-5) che non abbiamo
risentito, come immatricolazioni, del calo demografico che, viceversa, comincia su più università, a farsi sentire. Possiamo vedere, invece, che
il calo complessivo degli studenti è dovuto a tre
fattori:
il primo è il numero programmato soprattutto
nei corsi di laurea facenti capo alle facoltà di
architettura, che ha portato a una diminuzione che
si è fatta sentire, owiamente, con un certo ritardo;
il secondo è l'aumento percentuale nei corsi di
ingegneria, degli studenti di diploma rispetto a
quelli iscritti alla laurea; quest'anno ha toccato il
22,1% del totale immatricolati;
il terzo a uno sforzo considerevole che è stato
fatto per aumentare il numero di laureati e ridurre
cosi lo stock dei fuori corso.
Viceversa non sta ancora dando risultati, almeno
in modo quantitativainente apprezzabile, la strategia che è stata indicata dal Senato Accademico,
tesa a ridurre il divario fra durata reale e durata
legale degli studi che, allo stato attuale, è decisamente superiore a quanto vorremmo e che, una
volta realizzata, porterà a una riduzione del
numero totale di studenti, a pari valore delle
immatricolazioni. D'altro lato un ulteriore obiettivo che ci siamo posti, anche questo senza effetti
visibili finora, è quello di ridurre drasticamente la
percentuale di abbandoni. Così dovrebbe portare
a un aumento degli studenti il quale però, riteniamo, verrà più che compensato dai fenomeni prima individuati.
Nel complesso possiamo prevedere un calo consistente - dal 10% al 20% - rispetto al numero
totale di iscritti attuali - in corso, ripetenti, e fuori
corsi - sempre viceversa mantenendo un valore
pressoché costante di immatricolati.
Questo potrebbe indurre a pensare che le neces-
sità di risorse dovrebbero risultare inferiori alle
nostre pluriennali richieste e che, di conseguenza,
gli investimenti stessi e il piano di sviluppo
dovrebbero essere ridimensionati. Ma sarebbe
una conclusione errata. Per dimostrare questo
assunto bisogna fare alcune fondamentali osservazioni.
Innanzitutto il problema didattico che stiamo
affrontando con la massima attenzione è quello
relativo al rapporto fra lauree e diplomi. È assai
probabile prevedere che, con l'eccezione almeno
temporanea della laurea in architettura che soggiace a stringenti normative europee, così come
la eventuale laurea in ingegneria edile-architettura, per tutti gli altri corsi si andrà ad una integrazione, molto più profonda di quella attuale, fra
diploma e laurea. Uno dei punti di successo del
diploma, dal punto di vista di accoglimento dei
diplomati da parte del mondo del lavoro è dovuto
fondamentalmente alla limitata consistenza
numerica delle singole classi. Solo cosi si è in
grado di assicurare contemporaneamente una
preparazione a livello universitario di qualità, il
che significa permettere di avere una forte base
metodologica congiunta a una di contenuto professionale spendibile con una elevata immediatezza. Prendendo come ipotesi di lavoro che
almeno il primo tratto di percorso sia comunque
congiunto fra lauree e diplomi, la dimensione
massima della classe, soprattutto per le esercitazioni dovrebbe essere contenuta, il che compor-
(
Figura 5
l
Diplomatis Laureati
Laureali
terà un notevole aumento delle risorse necessarie.
Soltanto in questo modo si può pensare di raggiungere i due obiettivi di riduzione sia degli
abbandoni che della durata reale senza diminuire
la qualità della preparazione. Peraltro stiamo studiando contemporaneamente la possibilità di
creare dei percorsi didattici per studenti di grande
talento che possa per esempio portare a un completamento degli studi in tempi più brevi di quanto "legalmente previsto" oppure a un maggiore
approfondimento e quindi a una più accurata preparazione, con una riduzione, quindi, del percorso di dottorato.
In secondo luogo dobbiamo assolutamente
migliorare la parte sperimentale della didattica, i1
che richiede laboratori attrezzati e personale qualificato, docente e non, di assistenza e di sostegno. Gli attuali interventi in Bovisa, per ingegneria, architettura, disegno industriale, nonché la
recente acquisizione dell'area ex M-PPG vanno
appunto in questa direzione.
In terzo luogo, per rispondere in modo adeguato
all'obiettivo di riduzione della durata reale degli
studi dobbiamo prowedere a una semplificazione del curriculum, sia come peso del singolo
insegnamento, sia come riduzione dell'attuale
eccessiva disponibilità di opzioni, che talvolta
rende impossibile allo studente la frequenza
effettiva al singolo corso per il quale, viceversa,
aumentando la "sperimentalità", verrà richiesta
obbligatoriamente la frequenza. Questo singolo
fattore, a prima vista sembrerebbe portare a una
riduzione del numero di docenti il che è in parte
vero ma è più che compensato dal fatto che sara
richiesta una più ampia presenza di docenti per
corso e l'impossibilità o quasi, per il docente, di
coprire per supplenza altri corsi oltre al proprio.
È necessario disporre di servizi collaterali adeguati, che stiamo decisamente migliorando - e
rispetto ai quali vogliamo solo citare il METID
come caso esemplare di investimento - ma che
sono purtroppo ancora lontani dagli standard che
riteniamo giusto assicurare.
Infine si dovrà finalmente dar vita a una formazione di "dottore di ricerca" nel vero senso della
parola. Finora il corso di dottorato è stato visto
come dedicato esclusivamente o prevalentemente
a chi aveva intenzione di fare carriera universita-
ria per cui i posti erano - e sono - estremamente
limitati e anche, spesso, l'attività formativa è inevitabilmente ridotta rispetto al lavoro di ricerca.
Se, al contrario, si darà spazio ampio a questo
livello formativo, come è auspicabile, allora le
risorse da dedicare dovranno essere conseguenti.
Ecco perché anche in un'ipotesi di riduzione
complessiva del numero di studenti iscritti, non
vi sara nessuna riduzione rispetto al piano di
investimenti già a suo tempo ipotizzato, anzi,
sarà richiesto un ulteriore aumento.
Una consistente novità nel campo didattico è data
dal fatto che abbiamo lanciato il "Servizio
Orientamento", sia come sportello, molto frequentato peraltro, sia, soprattutto, come impostazione e gestione delle attività che permetteranno
agli studenti delle scuole medie superiori, anche
secondo le indicazioni ministeriali, di essere più
consapevoli della scelta. L'orientamento ha però
anche un altro obiettivo complementare ma non
secondario: quello di diffondere in tutta Italia e
all'estero una conoscenza più approfondita della
nostra università per poter ampliare la provenienza degli studenti da tutto il territorio nazionale,
così come era un tempo, e, nel futuro, speriamo
prossimo, anche dall'estero. Puntiamo infatti a un
reclutamento di studenti di alto potenziale. Siamo
stati sempre contrari al concetto di bacino di
utenza e stiamo cominciando concretamente a
operare in tal senso. Sappiamo però che vi sono
due ostacoli che si frappongono a tale politica e
che è necessario rimuovere: il primo è quello della residenzialità e l'altro è quello complessivo
della disponibilità di risorse.
La residenzialità è un punto debole non solo del
Politecnico di Milano ma di un'ampia generalità
dell'università italiana. Su questo aspetto stiamo
aprendo "tavoli di trattative" con tutti i Comuni
in cui abbiamo sedi, con la Regione, con altri enti
e istituzioni anche private. I1 secondo problema
riguarda le risorse complessive. La prospettiva
prima evidenziata può portare a un ampliamento
del numero di studenti e a un incremento del
numero di richieste di immatricolazione. E a questo punto scatta il problema della selezione e del
numero programmato. Su questo aspetto è necessario essere chiari. I1 problema non è ideologico,
né eccessivamente elitario anche se la valutazio-
ne di standard qualitativi minimi è necessaria, né
tanto meno di chiusura corporativa di tipo professionale. Si tratta soltanto di assicurare la giusta
qualità della formazione in relazione ai diversi
prodotti formativi - diplomi, lauree, percorsi di
eccellenza, doppie lauree, dottorati di ricerca,
formazione permanente - perché il nostro contratto, con gli studenti, le famiglie, la società, deve
essere rispettato. Rispettato nel senso che dobbiamo assicurare che i nostri studenti siano almeno
di pari livello nei confronti delle migliori scuole
in Europa e nel mondo, che riescano a conseguire
il titolo nei tempi previsti dal curriculum, che ci
sia un ridotto numero di abbandoni. Per questo è
necessario tenere sotto controllo la qualità del
processo formativo, obiettivo per il quale ci stiamo impegnando ma che necessita di risorse adeguate. Che non riguardano solo spazi, servizi,
attrezzature, ma anche docenti qualificati.
L'adeguamento alla richiesta non può essere
immediato: il sistema ha una inerzia intrinseca e,
forse, da questo punto di vista, l'aspetto più critico è proprio quello legato ai docenti, che non si
inventano da un giorno all'altro, che devono essere selezionati e valutati e che devono essere messi
in grado di svolgere qualificata attività di ricerca.
La limitazione al numero di accessi è quindi un
obbligo, non un abuso né una discrezionalità e
nemmeno un diritto. Rimane peraltro ancora da
affrontare il problema della qualità. In un sistema
formativo in uno stato di continuo e talvolta
eccessivo cambiamento, è necessario ripensare
alle modalità di valutazione e di accreditamento.
Se, con il sistema dei crediti, si lascia alle singole
università la responsabilità di decidere se e come
tenere conto del percorso didattico dello studente
all'interno dell'università, non si capisce perché
questo non debba valere anche per l'accreditamento relativo alla scuola di provenienza. Su
questo aspetto vale la pena riflettere prima di
procedere a riforme che possono apparire solo
nominalistiche e che devono essere innanzitutto
valutate da un punto di vista di qualità raggiungibile e auspicabile, che almeno nei settori didattici
di nostra competenza, rimane uno dei pochi
aspetti su cui abbiamo dei vantaggi competitivi
nei confronti degli U.S.A. Grande attenzione è
stata data e continuerà a essere data agli scambi
internazionali, che globalmente soddisfano molto
ma che presentano alcuni aspetti critici.
Innanzitutto lo scambio è ancora fortemente
asirnrnetrico e rimami tale strutturalmente finché
vi sarà il vincolo della lingua da un lato e finché
non sarà risolto il problema dell'accoglienza dall'altro. In uscita la situazione è eccellente: possiaino peraltro continuare ad affermare che la
qualità dei nostri studenti, a seguito della valutazione da parte delle università straniere, soprattutto nel caso di doppie lauree, è molto alta. La
recente politica del Ministero sulla armonizzazione del sistema universitario europeo ci trova
completamente d'accordo sulle finalità, un po'
meno sul contenuto e molto meno sul metodo. I1
mondo del lavoro per i laureati e diplomati è
ormai quello europeo e quindi la riconoscibilità
dei titoli è fondamentale. Piace meno una adesione, nominale peraltro più che sostanziale, al sistema statunitense che è attualmente in discussione
(vedi la recente presa di posizione di Cambridge).
In terzo luogo piace ancora meno il metodo adottato di imposizione dall'alto: l'armonizzazione in
molti casi già esiste di fatto (vedi ad esempio
l'associazione TIME) e comunque, a mio awiso,
deve essere generato dal basso, attraverso proposte delle università dei diversi Paesi. Ci auguriamo che il Ministero in tempi rapidi modifichi in
questo senso il suo approccio.
Stiamo cominciando a lavorare sui crediti, che è
un tema di non poco conto, se non lo si vuole
ridurre a un semplice meccanismo burocratico. I
crediti sono uno dei pilastri fondamentali dell'autonomia, se a essa si vuole dare sostanza, e quindi del controllo e del governo della qualità della
didattica, di un confronto e di una sana competizione fra università. Per questo è richiesta una
grande attenzione e un approfondimento accurato. Sull'autonomia e sul processo di cambiamento in atto vi sono però alcune rilevanti preoccupazioni. I cambiamenti sono numerosi e radicali:
bisogna stare attenti a verificare se sono tutte
medicine efficaci e se la miscela non sia tale da
abbattere qualsiasi paziente, anche il più robusto.
La preoccupazione riguarda il metodo e il merito.
I1 metodo in quanto se si è imboccata decisamente la strada dell'autonomia bisogna evitare di
dare eccessivi vincoli. L'indicazione della strut-
tura complessiva del sistema didattico ogni tanto
appare procedere in tal senso. Come si 6 già detto
l'armonizzazione europea è un atto dovuto:
cominciamo allora da quello che è più semplice.
Nel nostro caso i dottorati e le lauree, le quali
sono riconosciute all'estero come "master"
(all'inglese). Non cominciamo dal primo livello
che è ancora da definire, da progettare, da sperimentare e che, molto probabilmente, richiederà
soluzioni diverse a seconda della situazione specifica. Anche perché è contemporaneamente nato
il nuovo progetto "FIS e IFTS" e sull'ampliamento di uno o due anni della formazione presso gli
istituti tecnici dopo il diploma. A tal riguardo è
opportuno esprimere alcune concordanze e alcune perplessità e osservazioni. La concordanza è
sul fatto che sia opportuna una maggiore attenzione alla formazione e all'evoluzione delle figure professionali, così come l'accrescimento delle
conoscenze sia un fattore fondamentale per il singolo e per la collettività in generale, così come
penso che sia opporiuna una più elevata integrazione fra le scuole di differenti livelli e fra il
mondo della scuola nel suo complesso e quello
del lavoro.
Le perplessità sono legate al fatto che questa formazione di fatto sia vissuta e promossa come un
prolungamento della scuola secondaria, con una
forte potenziale sovrapposizione ai diplomi universitari, che finalmente dopo un periodo di
rodaggio stanno trovando una loro collocazione,
con una inadeguata sperimentazione e senza una
approfondita analisi di reale fattibilità. Anziché
orientare efficacemente sembra che la scuola
voglia prolungare il periodo della non scelta e
posticipare anziché anticipare l'inserimento nel
mondo del lavoro. Meglio sarebbe pensare a una
formazione professionalizzante alla fine dei 16
anni, visti come termine del periodo dell'obbligo.
O forse, più semplicemente, questi interventi
sono motivati almeno parzialmente, dal calo
demografico e dalla crisi occupazionale anche, o
soprattutto, dei docenti? Come si può pensare
infine di delegare buona parte della formazione
cosiddetta professionalizzante a una classe di
docenti della scuola superiore quasi mai sottoposta, negli ultimi anni, a serie verifiche?
Su tutti questi temi ci sembra debole l'analisi e il
dibattito. Tre ultime osservazioni. La prima
riguarda la recente riforma sui dottorati. Adesso
tocca a noi e al mondo esterno - le industrie, le
amministrazioni pubbliche - verificare se siamo
capaci di cogliere l'opportunità che ci è offerta
dalla nuova normativa. Se cioè l'università sarà
capace di dialogare con il mondo esterno e di
coglierne le esigenze attuali e le prospettive future e se il mondo esterno avrà una sufficiente lungimiranza per capire il potenziale della ricerca.
La seconda riguarda la nostra politica di potenziamento e sviluppo della formazione permanente. Il progetto Poliedra, pur con qualche difficoltà, legata soprattutto all'inerzia al cambiamento, si sta muovendo. Stanno aumentando le iniziative, sta incrementando la collaborazione fra
aree disciplinari diverse e talvolta tradizionalmente distanti, sta notevolmente migliorando il
rapporto con il mondo esterno.
Infine, l'ultima osservazione riguarda il rapporto
più generale con i nostri studenti. Sappiamo
benissimo di avere risorse in quantità limitata e
che quindi molto spesso i servizi sono inadeguati
e molto lontani da ciò che si vorrebbe e s i
dovrebbe fornire, anche se molti passi sono stati
compiuti. Ma una cosa si può fare anche senza
mezzi straordinari e consiste nel creare un clima
e un ambiente tale da permettere e stimolare le
iniziative autonome degli studenti da un lato e,
dall'altro lato, nell'inventare occasioni e momenti in cui si accertino il senso d'appartenenza all'istituzione senza che ciò pregiudichi adesioni ad
altri momenti di aggregazione (ideali, valoriali,
religiosi, politici). È questo un obiettivo concreto
e su questo dovrà essere verificato il consenso
degli studenti innanzitutto, ma anche dei docenti
e del personale tecnico-amministrativo.
3. La ricerca
Più volte è stato affermato, ma è conveniente
ribadirlo qui ancora una volta, che il prestigio e
la valutazione di una università, e ciò è sicuramente vero per le università tecnico-scientifiche,
si basa in gran parte sulla sua qualificazione e sul
suo valore nel campo della ricerca. Ecco perché
la rilevanza della ricerca nella complessiva strategia di Ateneo è stata e rimane estremamente
alta. La ricerca però, per sua natura, è estrema-
mente più rischiosa ed è più difficile prevederne i
risultati, anche in campi fortemente applicativi
quali sono molti di quelli in cui operiamo. Si può
dire allora che il compito di chi governa l'Atene0
consiste nel fornire le condizioni e le opportunità
affinché possa essere sviluppata un'attività di
ricerca nei campi e nei settori in cui si sposano le
competenze disponibili agli interessi sia delle
comunità scientifiche di riferimento, sia
dellYAteneoper il suo sviluppo, sia della società
in cui l'Atene0 opera.
Questo significa intervenire sui fattori seguenti:
Risorse: che riguardano le disponibilità economiche e finanziarie, di spazi e attrezzature, di
personale qualificato (ricercatori, tecnici, dottorandi, borsisti), e, aspetto che non sempre viene
considerato, della disponibilità di tempo il che
significa evitare ai professori e ai ricercatori, ma
anche ai tecnici, un eccessivo impegno in altre
attività - didattiche, soprattutto - ma anche
gestionali.
Valutazione: l'adozione di adeguati sistemi di
valutazione è fondamentale per stimolare livelli
qualitativamente elevati di ricerca e per incentivare anche, da parte dei dipartimenti, l'adozione
di strategie di ricerca e di modalità di confronto
con realtà, nazionali e internazionali, che possano
essere prese come riferimento, nonché una elevata attenzione ai risultati.
Modello organizzativo: mentre da un lato è
necessario dare la massima autonomia e responsabilizzazione ai singoli dipartimenti, è opportuno contemporaneamente definire le linee-guida
complessive di Ateneo e, soprattutto, creare le
condizioni perché possano svilupparsi ricerche
interdisciplinari.
Da questo punto di vista si condivide una indicazione di fondo che è stata oggetto di analisi e
discussioni, che è stata esaminata anche in un
recente incontro fra università tecnologiche di
alto livello di diversi Paesi e che è stata messa in
evidenza anche in una conferenza al Politecnico
dal premio Nobel Gell-Mann, relativamente
all'aumento della complessità, tendenza che è
presente allo stato attuale. Ciò significa due cose.
Da un lato è sempre più necessario un approfondimento disciplinare e anzi, talvolta, una più
stretta definizione delle discipline, ma dall'altro
lato è necessario un sistema che incentivi e premi
una forte interdisciplinarietà, richiesta per risolvere i problemi reali. La realtà non è disciplinare.
Chi meglio riuscirà quindi a coniugare disciplinarietà e interdisciplinarietà sarà più competitivo.
La tradizione accademica in quanto fortemente
disciplinare è ancora molto lontana dal premiare
questo approccio.
La strategia adottata e su cui intendiamo proseguire si basa sulle seguenti linee:
investire sempre di più sulla ricerca, puntando
anche sulla acquisizione di un sempre maggior
numero di contratti e di finanziamenti dall'esterno;
premiare quel dipartimento che più riesce a
ottenere riconoscimenti scientifici, nazionali ed
internazionali e contratti di ricerca;
assicurare comunque le condizioni perché vengano finanziati campi nuovi, non ancora quindi
inseriti "nei titoli" ma giudicati interessanti;
aumentare gli accordi e le convenzioni, in tutte
le forme, dai contratti alle associazioni, ai consorzi con università, centri di ricerca, industrie e
altre organizzazioni interessate alla ricerca;
sviluppare sempre di più la logica del cofinanziamento interno che responsabilizza le diverse
strutture di ricerca;
attivare ricerche interdisciplinari attraverso
strutture snelle e temporanee.
La strategia di ricerca deve, tuttavia, fare i conti
anche con il contesto esterno che, negli ultimi
tempi, ha avuto cambiamenti notevoli.
Si vogliono citare, fra i fatti più positivi, gli interventi del Ministero sull'aumento delle risorse
attribuite ai dottorati di ricerca, la nuova normativa sui dottorati e sugli assegni di ricerca piuriennali, interventi a nostro avviso, particolarmente
fruttuosi, il sistema di attribuzione dei fondi di
ricerca (ex 40%), che ha costituito una vera
eccellente rivoluzione. Ma anche la nuova normativa sul reclutamento dei professori può essere
un fatto estremamente positivo. L'autonomia universitaria può essere giudicata in positivo in
quanto può contribuire a rompere o a ridurre i
vincoli "disciplinari" che limitano fortemente
l'innovazione e la ricerca interdisciplinare.
Rimane ovviamente la complessiva carenza di
risorse, ma è quasi fastidioso continuare a ripetersi. L'attuale proposta di accorpamento del
l
Il
Andamento dei PersonaleDocente n@ Anni
I . :
.
.
.
E t l i 8 5 s f i g f f l i 8 l f
Figure 6 e 7
MURST con MPI non è sicuramente una iniziativa che tranq~iillizzain questo senso e non tranquillizza nemmeno nella prospettiva di potenziamento del processo di autonomia e di responsabilizzazione dell'università, come è stato peraltro
anche messo in evidenza dalla recente mozione
dell'assemblea della CRUI.
4. I servizi verso l'esterno
La politica dei servizi verso l'esterno rappresenta
un fatto qualificante e importante e caratterizza e
specifica la nostra strategia complessiva.
L'attenzione ai servizi verso l'esterno ha un triplice significato:
acquisire risorse
gestire con efficacia un ruolo attivo nello sviluppo del contesto in cui si è inseriti
ricevere dall'estemo stimoli e suggerimenti sia
per le attività base sia per una sempre maggiore
responsabilizzazione interna.
Da qui la politica scelta finalizzata da un lato a
creare le condizioni per facilitare le iniziative di
fomitura di servizi, e, dall'altro, a incentivare e
stimolare le idee provenienti sia dall'intemo sia
dall'esterno dell'Ateneo.
Le modalità e le strutture di erogazione dei servizi possono essere quindi le più varie, i campi di
attività sono molteplici, le forme di incentivazione differenti.
Ma in questo contesto complesso e articolato
rimane comunque visibile la linea unitaria rivolta
al raggiungimento degli obiettivi prima indicati.
Soltanto qualche esempio.
* Il progetto Poliedra per la formazione contin~ia
che ha patrocinato campi nuovi di attività di
notevole successo - un caso per tutti: il corso
superiore in Industria1 Design.
La neonata iniziativa sulla formazione in campo
sanitario in collaborazione con altri centri (il
campus Biomedico, Farmitalia).
Il rafforzamento delle iniziative congiunte con
altre università lombarde, specie con l'università
di Pavia nel suo progetto di Scuole Europee di
Studi Avanzati a cui collaboriamo in iniziative
sia attivate nel 1998 (Scienza dei Materiali e
Conservazione del patrimonio storico architettonico) sia per progetti nuovi nel campo della
Bioingegneria e nell'informatica medica.
I neonati progetti per il cosiddetto sistema FIS
insieme con le altre università della Lombardia,
altre università (Politecnico di Torino primo fra
tutti), con la Regione, MURST e MPI, Istituti
Tecnici e in accordo con strutture di altre regioni.
I laboratori (crash, trasporti) sviluppati in collaborazione con altri centri, consorzi e aziende.
I1 già citato programma di potenziamento delle
iniziative imprenditoriali dei dipartimenti, singoli
e collegati fra loro.
Le iniziative di trasferimento tecnologico sostenute dall' Associazione Impresa Politecnico.
Le convenzioni quadro con imprese e pubbliche
amministrazioni (Comune di Milano innanzitutlo, fra queste ultime).
Lo sviluppo di laboratori congiunti con imprese, da Pirelli a STM.
11 potenziamento e l'attenzione di fondazioni
storiche e nuove: dalla Fondazione Lerici al
Laboratorio Materie Plastiche, dalla Fondazione
Falck alla Fondazione De Nora e altri.
Tutta l'attività che si sta sempre più potenziando, di stage post laurea e post diploma alle stesse
attività di potenziamento delle iniziative "curriculari" speciali, quali la doppia laurea nel campo
degli idrocarburi con le 22 borse di studio pagate
da ENi e Nuovo Pignone.
Le iniziative culturali di grande respiro quale
quella sviluppata con la Triennale per il Museo
del Design, appoggiato fisicamente sia alla sede
della Triennale sia al nostro insediamento in
Bovisa, in cui speriamo di poter operare in una
rete articolata con la nuova iniziativa della grande biblioteca sia con una istituzione storica consolidata quale il Museo della Scienza e della
Tecnica.
Gli accordi con istituzioni bancarie (è già firmata la convenzione con Mediocredito Regionale
Lombardo) sia per fornire le nostre esperienze
per la valutazione di progetti tecnologicamente
innovativi sia per favorire la nascita di nuova
imprenditorialità.
Infine desidero chiudere questo lungo ma pur
sempre parziale elenco con una nuova iniziativa
potenzialmente molto importante: l'intervento
del Politecnico nel campo della brevettazione e
della partecipazione alla nascita e al sostegno di
nuove imprese generate da idee e prodotti nati
i
l
1
all'interno dell'Ateneo. L'insediamento in
Bovisa dovrà permettere anche questa nascita e
sviluppo di niiove attività iiriprenditoriali - sia
manifatturiere sia di servizi potenziando così il
ruolo storico della Bovisa.
5. Il personale
La politica del personale è condizioiiata dalla storia e dalle decisioni pregresse forse più che non
altri campi.
Soltanto infatti da qualche anno per il personale
tecnico-amministrativo e da qualche mese per
l'insieme del personale si è potuto cominciare a
definire una politica che riguardasse tutte le varie
fasi: dal reclutamento e selezione fino alla chiusura del rapporto di lavoro.
Le decisioni poi, una volta prese hanno tempi
lunghi di attuazione, sono fortemente condizionate da normative e vincoli non stabiliti né decisi e
anche difficilmente governabili dall'università e
sono fortemente limitate dalla situazione preesistente.
L'autonomia ha fatto solo da poco i primi passi, i
gradi di libertà sono ancora ridotti ma, soprattutto, la riconversione o il cambiamento della politica è estremamente difficile e lento.
Docenti - r?cercator.i (Figiwe 6-7)
Relativamente a questo settore si ha la massima
differenza fia lo stato attuale e quello prospettico.
Prima delle norme sull'autonomia il principio di
comportamento di base della gran parte delle uiiiversità consisteva nel chiedere il maggior nuniero
possibile di posti in organico, il rimpiazzo iinmediato di posti "liberati", il tutto motivato e sorretto, per i "nuovi posti" dal numero sia degli insegnamenti da coprire sia degli studenti, complessivi e per insegnamento e, nel caso di sostituzione
e rimpiazzi, dalla necessità di mantenere la storia
e la tradizione (la "proprietà disciplinare" del
posto). L'autonomia ha innanzitutto significato
una cosa: è stato necessario valutare la convenienza di destinare risorse per posti di professore,
nelle varie fasce, piuttosto che di ricercatori, ma
anche di altro personale e perfino di destinare le
stesse risorse ad altri impieghi (laboratori, attrezzature, ricerche e quant'altro). Questo già a suo
tempo ha portato a un comportamento "più virtuoso": nessun "diritto acquisito" per esempio,
una valutazione più accurata delle effettive
necessità didattiche, un'analisi di tipologie diverse di docenza. Ma adesso sono intervenute niiove
leggi e nuove possibilità, di cui vogliamo citare
le tre principali.
La nuova normativa sui coiicorsi, che rende
estremamente più agevole, per le singole università, tenere sotto controllo il processo coinplessivo di esigenze future comparate alla situazione
presente, evitando così i "mega-concorsi" eccessivamente diluiti nel tempo e senza sicurezza né
sulla loro frequenza né sul tempo di conclusione.
La nuova normativa sui contratti di insegnamento che, di fatto, permette di recuperare la
figura di "professore incaricato" che, in una
scuola tecnologica come la nostra, è fondamentale per acquisire risorse di alta qualità.
La normativa infuie sugli assegni di ricerca che
permette fra l'altro di ricreare la piramide da cui
selezionare e far fare carriera ai più meritevoli e di
generare nel contempo un'alternativa fia I'assunzione stabile (ricercatore) e l'assoluta precarietà.
Purtroppo queste normative sono capitate proprio
al momento in cui erano stati già decisi sia i
concorsi di associato sia una buona parte di
concorsi di ricercatore.
Molto probabiImente, se fossero state in vigore
qualche anno fa, il nostro conlportamento sarebbe stato diverso.
Tutto ciò significa che la politica per il personale
"docente e ricercatore" potrà cambiare nei prossi-
Personale Tecnico-Ammlnlstratlvo
Figura 8
mi anni in maniera anche radicale portandoci nelle situazioni delle migliori università tecniche nel
mondo. Una forte base di giovani che vengono
selezionati e autoselezionati, un passaggio di carriera basato su credenziali scientifiche fortemente
discriminanti, un dovere didattico indifferenziato
(o quasi), e indipendente dal livello di carriera e
dalla caratteristica dell'essere o no in "organico
permanente".
Tecnici - antnrit~istrativi
Figura 5
La politica che si è decisa e si conferma si può
così sintetizzare: (Figura 8)
Aumento dell'organico, soprattutto di elevata
qualità sia amministrativa sia per i tecnici, fondamentali in particolare per lo sviluppo della didattica sperimentale, per la ricerca, per l'offerta di
servizi all'estemo.
Potenziamento delle strutture tecniche di servizio interno, dall'ufficio tecnico all'informatica,
con l'obiettivo di poter svolgere all'interno quanto meno tutta la parte "alta" - di impostazione, di
progettazione, di controllo - e anche per coprire
la base della necessità di attività correnti.
Outsorrrcing, per la maggior parte delle attività
operative non collegate direttamente all'attività
"core" deI1'Ateneo.
Forte mobilità in senso sia orizzontale sia verticale, uno dei difetti principali storici essendo
quello di una eccessiva rigidità all'intemo della
stessa struttura.
Studenti Impegnati in aiiivilà di collaboratlone "15D ore"
Meccanismi di valutazione e di incentivazione
consistenti che permettano di premiare l'impegno, la qualità, i risultati ottenuti.
Un ampio sistema di valorizzazione delle capacità e della potenzialità, da stimolare anche attraverso un sistema fotmativo interno non episodico
ma stabile.
Per attuare questa politica in inodo tale da poter
essere considerata soddisfacente, occorre ancora
procedere all'eliminazione di vincoli, al cambiamento di comportamenti nostri interni e di normative esterne. Le notizie che giungono dall'ARAN
fanno ben sperare in un movimento secondo la
direzione qui auspicata e, d'altra parte, l'inerzia
al cambiamento di comportamento sta, giorno
per giorno, riducendosi.
Un cenno all'utilizzazione degli studenti nell'ambito della normativa delle 150 ore da un lato e
degli obiettori di coscienza dall'altro. (Figura 9).
Gli studenti hanno dato un ottimo risultato che in
alcuni casi, vedi per esempio l'ufficio orientamento, e risultato superiore a ogni previsione.
D'altra parte, da un'indagine per ora ancora som,maria, anche gli studenti sono soddisfatti. E
anche questo un modo per vivere il Politecnico in
modo più ampio e completo.
Per quanto riguarda infine gli obiettori di
coscienza, anch'essi da vedere sotto un'ottica di
forza lavoro, dovremmo essere in dirittura d'arrivo con l'accordo con il Ministero della Difesa
per cui entro il prossimo anno dovrebbero trovare
spazio secondo il piano steso a suo tempo.
6. I1 modello organizzativo
In questi ultimi anni si sono verificati avvenimenti e sono state prese decisioni che hanno alterato profondamente la struttura e l'organizzazione dell'Ateneo nel suo complesso.
L'avvenimento più rilevante è costituito dal processo, che ormai si sta sviluppando, di autonomia
dell'università: dalla gestione delle risorse economico-finanziarie, al reclutamento e, almeno parzialmente, allo sviluppo del personale tecnicoamministrativo e dei docenti, dalla definizione
del progetto didattico complessivo e delle sue
specificazioni, alla articolazione e alla strutturazione intema.
Noi crediamo fortemente all'autonomia e dobbia-
1
mo essere quindi conseguenti, anche da un punto
di vista di strutturazione e organizzazione intema.
Le principali nostre decisioni hanno riguardato, a
suo tempo, la definizione dei compiti e delle
res~onsabilitàdel Senato Accademico e del
Consiglio di Amministrazione e la completa
dipartiinentalizzazione, così come riportato in
Statuto. In tempi più recenti abbiamo deciso I'articolazione in sei facoltà, il decentramento territoriale (il Politecnico-rete), l'adozione di un
sistema di controllo di gestione, nonché una serie
di provvedimenti tali da favorire l'iniziativa "dal
basso" e la responsabilizzazione.
Si è in grado adesso di valutare quali sono le
linee da riconfermare, dove e cosa accelerare,
cosa modificare o comunque riesaminare.
Innanzitutto è pienamente da confermare il
modello di delega e autonomia che, dopo le prime difficoltà, dovrebbe radicarsi sempre più a
fondo, maggiormente articolarsi, acquistare una
maggiore diffusione. Il modello di autonomia e
responsabilizzazione, che richiede una ampia
delega controllabile e valutabile ed effettivamente controllata e valutata, non può essere applicato
in modo limitato ma deve permeare l'organizzazione a tutti i livelli. Quindi in tanto in quanto il
Politecnico rivendica una forte autonomia e
responsabilizzazione verso il Ministero deve
necessariamente, per poter essere coerentemente
efficace, adottare lo stesso modello verso l'interno. Ciò significa:
Avere organismi di governo centrale forti (S.A.,
C.d.A.) che siano in grado di fornire linee di indirizzo, ripartire le risorse, valutare e controllare le
"articolazioni" di primo livello: facoltà, dipartimenti, centri di varia natura sia scientifici sia
didattici sia di servizio, poli territoriali, strutture
temporanee di progetto etc. ma che non intervengono nello specifico. Ciascuna articolazione di
primo livello deve avere poi la massima autonomia, all'intemo delle linee e rispettando i vincoli
definiti.
In questo contesto deve essere ancora meglio
chiarito, anche in base alla prassi che si sta consolidando e che può essere considerata globalmente soddisfacente, il rapporto fra i due organi
centrali che, con una approssimazione utile per
trasferire il concetto in poche parole, si possono
assimilare rispettivamente il Senato a una assemblea legislativa e il C.d.A. al Governo. Deve poi
ancora essere messo a punto un modo di operare
interno del Senato Accademico la cui efficienza
ed efficacia è largamente insoddisfacente nei confronti del tempo speso e dell'impegno dedicato.
Una revisione deve essere fatta anche relativamente alla figura del "delegato del Rettore" in
diversi campi, figura che sta diventando sempre
più importante per poter gestire aspetti strategici,
di rilevanza trasversale per tutto lYAteneo,per
svolgere istruttorie relative ad attività o non completamente coperte da nessuna struttura o nuove,
e per lanciare l'operatività per coordinare campi
di estrema rilevanza per l'Atene0 e per coordinare strutture diverse.
Una riflessione dovrà essere svolta anche sull'articolazione in Facoltà e sul decentramento
territoriale.
I1 sistema di controllo di gestione, che è coerente a un modello di aumento di responsabilità e di
delega controllata, deve essere ulteriormente diffuso, con particolare attenzione anche alle altre
articolazioni di primo livello, tipicamente le
facoltà.
Deve essere probabilmente esteso il modello
delle strutture temporanee di progetto, fornendo
loro anche strumenti e metodi gestionali appropriati.
Anche su alcuni dipartimenti va fatta una riflessione. Come si è detto una università è visibile
soprattutto per la qualità della sua ricerca. I
dipartimenti sono la sede della ricerca e dello sviluppo del personale. La loro articolazione, il loro
dimensionamento, la loro consistenza, la capacità
di definire una strategia di sviluppo sono condizioni essenziali per il successo non solo del
dipartimento ma anche dell'Ateneo. È opportuno
riflettere sulla articolazione dei dipartimenti nel
loro complesso.
Ulteriore forte sviluppo va dato agli insediamenti territoriali che finora hanno dato risultati
eccellenti, superiori alle più ottimistiche previsioni. E nello sviluppo vanno anche considerate le
esigenze e le opportunita di tutto il territorio circostante al polo stesso. In questo senso ci stiamo
muovendo e qui ho il piacere di comunicare ufficialmente l'adesione già awenuta della Camera
Figura 10
di Commercio di Sondrio e quella più che probabile della Provincia di Sondrio a Univerlecco.
Benvenuto fra noi ai presidenti della Provincia e
della Camera di Commercio di Sondrio, che si
affiancano ai loro corrispondenti, ai sindaci, alle
unioni industriali e alle banche operanti negli
altri poli: Corno, Lecco, Cremona, Mantova,
Piacenza. Così come ormai profondi sono i legami con altre strutture territoriali, primo fra tutte
voglio citare il raggruppamento della Brianza con
cui stiamo lavorando al disegno di uno sviluppo
tecnologico-scientifico della zona.
Un aspetto su cui dovremo mettere mano in
modo radicale è costituito dalla necessità di formulare un piano pluriennale. Fra l'altro, fra le
prime università, l'avevamo messo a punto sette
anni fa. La grande turbolenza di questi anni ha
distolto la nostra attenzione e le nostre limitate
forze sono state concentrate su altri aspetti prioritari. Adesso invece lo riproponiamo come strumento principale di sostegno della politica di sviluppo non solo per la sua validità intrinseca ma
anche perché riteniamo di essere pronti a utilizzare questi strumenti anche ai livelli diversi di articolazione dell'Ateneo - dipartimenti, poli territoriali, facoltà, centri.
Un ulteriore campo su cui ci siamo già in parte
mossi ma che deve essere ancora approfondito ed
esteso è il benclti,ra~.king.Finora utilizzato per
confronti all'intemo, pensiamo non solo di estenderlo ad altre situazioni interne ma aiiclie di
applicarlo nei confronti di altre università, nazionali e straniere, con cui abbiamo già cominciato
una conversazione in tal senso.
Discorso a parte merita il Nucleo di valutazione
a cui vanno i nostri più sentiti ringraziamenti per il
lavoro svolto, per le osservazioni acute e i commenti che ci sono serviti per correggere alcune
azioni, per averci permesso di confrontare alcune
decisioni e per averci dato stimoli su nuove possibilità. I1 Nucleo, passata questa fase, che potremmo ritenere sperimentale, avrà un sempre maggiore ruolo nella nostra vita e per questo pensiamo di
potenziarlo sia attraverso l'immissione di figure di
alto livello esterne al Politecnico sia incrementando le risorse alle strutture di sostegno per ora qualitativamente eccellenti ma quantitativamente un
po' troppo scarse, affidandogli un ruolo di critica
costruttiva verso la nostra strategia, lasciando a
organi interni il controllo di routine.
Un ragionamento a parte meritano i regolamenti
e lo Statuto. E in corso la revisione del regolamento di Amministrazione Contabilità e Finanza.
I regolamenti devono essere considerati struinenti di sostegno e non vincoli di irrigidimento:
regolamenti per facilitare e non già per burocratizzare; devono quindi essere sperimentati e
variati nel tempo. Siamo in difetto e in ritardo su
alcuni regolamenti. I1 regolamento didattico non
è ancora completato; la scusa, parziale, è legata
alle difficoltà di lavoro del Senato prima accennate, ma quella più sostanziale è legata al continuo cambiamento delle regole. Nessuna scusa
invece per il ritardo sul regolamento del personale (diritti e doveri dei docenti e del personale tecnico-amministrativo) degli studenti (diritti e
doveri) e del codice deontologico, a cui attribuiamo un grande significato, codice che ritengo sia
la base del contratto di una comunità come la
nostra. Codice semplice ma qualificante. Anche
sulla capacità di produrne questi regolamenti e il
codice si verificherà il Senato e il Rettorato.
7. Gli spazi
La politica degli spazi è sempre stata al centro
della strategia di questi ultimi anni.
I1 primo aspetto, quello quantitativo, può essere
illustrato in modo semplice da un grafico. (Figura
10) L'illustrazione parla da sola. Voglio richiamare l'attenzione solo su due fatti: il primo è che
i valori sono stati calcolati prevedendo una diminuzione complessiva della popolazione studentesca. L'ipotesi, ancora da perfezionare, prevede
una riduzione in 10 anni del 20% rispetto all'attuale.
Ebbene, anche con questa ipotesi, dopo il completamento del piano della grande Bovisa il valore di mqlstudente, dato rozzo ma molto significativo per un'università come la nostra, raggiungerà
il valore del 1963, prima cioè della espansione in
via Bonardi e in via Ponzio-Bassini-Golgi.
Stiamo cercando di riportare il Politecnico, in
tempi ragionevoli, a standard ragionevoli, ancora
purtroppo lontani dall'ottimale.
Questo è il motivo per cui continuiamo a insistere
sulla possibilità di acquisire l'area confinante del
Besta, probabilmente dismettendo alcuni insediainenti più lontani. Gestione degli spazi però non
vuole dire soltanto costruire nuovi edifici ma
anche assicurare altri spazi, di verde, di sport e
per altre attività degli sh~dentie del personale.
Anche questo è il significato del progetto Bovisa,
che mostra come anche a Milano e in Italia si
possano fare progetti di grande respiro culturale,
che l'università vuol dire una grande oppoizunita
per il quartiere, per la città, per l'attività industriale e per lo sviluppo economico e sociale
oltreché ciilturale.
Ma non operiamo solo in Bovisa, le nostra attività in edilizia in senso lato sono numerose.
L'impegno professionale è elevatissimo, I'impegno economico e finanziario non è scarso. Non
abbiaino una copertura finanziaria completa sii
tutto il programma: però verifichiamo la concreta fattibilità di ogni passo prima di procedere
oltre, convinti come siamo che la qualità del
nostro lavoro porterà inan mano le risorse necessarie.
Soltanto due ulteriori precisazioni: il piano di
edilizia verrà prossiinamente arricchito di tutti gli
aspetti di manutenzione preventiva all'interno dei
quali verrà considerato anche l'aspetto della qualità e del decoro degli edifici nonché dell'utilizzo
degli spazi verdi e stradali interni.
L'altra osservazione riguarda il fatto che nel piano "edilizio" sono incluse, owiainente, le attrezzature. Per questo è rnolto iiiiportante definire
come e da chi verranno utilizzati gli spazi.
Attualmente è in attività una commissione di
studio che sta elaborando diverse alternative per
I'occupaziorie del primo lotto in Bovisa e quindi
per tradurre operativainente le priorità già defiiiite sul trasferimento di alcuni dipartimenti.
8. I1 ruolo nella società
La recente conferenza dei rettori delle Università
europee tenutosi a Berlino alla fine di agosto ha
avuto come titolo generale e Iia affrontato coine
tema centrale del dibattito, il niolo dell'università
nella società. Argomenti dominanti e oggetto di
ampia discussione sono statiad esempio I'individuazione dei cosiddetti stakeliolders e il rapporto
f?a questi e l'università, il ruolo integratore e in un
certo senso "politico" dell'università nella società,
la sua funzione nello sviluppo culturale, ma anche
il ruolo di portatrice di valori e di eticità.
Una parte di questi aspetti sono ben presenti nel
Politecnico dal momento della sua fondazione, sii
altri, in particolare relativainente al poteiiziale
ruolo politico, di integrazione culturale, di portatore di valori etici bisognerà discutere in inodo
approfondito. La storia del Politecnico è ricca di
esempi e la strategia di questi ultiiiii anni, che
intendiamo riconfermare, consiste in un ampliainento e rafforzamento dei legami con tutte le
istituzioni che operano siil territorio.
Tradizionalmente e molto forte e sentito il legame con il inondo industriale; 1'Associazione
Impresa Politecnico dovrebbe rappresentare il
momento esemplare in cui si esaminano e si sviluppano operativainente i rapporti con il inondo
industriale. Molte altre attività sono sviluppate
anche al di fuori di questa Associazione: dai consorzi misti alle convenzioni generali, dagli stnge
alle borse di dottorato, dalla foi~nazionecontinua
ai laboratori e centri di servizio.
Ma anche il rapporto con la Pubblica Amministrazione locale, ai vari livelli, sta notevolmente
aumentando, potendo noi portare contributi di
qualche rilevanza sia nella formazione - si pensi
ad esempio al nuovo corso di laurea in
Pianificazione territoriale, urba~ustica,ambientale, ma anche a numerosi corsi di specializzazione
- sia nella ricerca e nel sostegno a interventi sul
territorio e sull'ambiente in inolti degli aspetti
più importanti: dal sistema dei trasporti alla
gestione delle acque, dalla decontaminazione dei
suoli alla gestione e al recupero delle aree
dismesse.
In relazione al rapporto fra Politecnico e società
in generale, si può fare riferin~entoa quanto
recenteinente esposto nell'intervento fatto agli
Stati Generali di Milano. Ci proponiamo innanzitutto come aiuto per affrontare e risolvere probleini riguardanti il territorio che, per loro natura,
sono complessi e richiedono una forte interdisciplinarietà: si pensi, tipicamente, alle infrastiutture.
Ma possiamo anche fornire un sostegno per
migliorare l'efficacia e l'efficienza della stessa
pubblica amministrazioiie. Desideriamo poi fornire un contributo per costituire, in tutii i siti in cui
siamo presenti, centri di sapere scientifico e tec-
nologico e di diffusione della tecnologia, aumentando la coinpetitività del tenitorio, per legare al
territorio le iniziative imprenditoriali esistenti volte ad aumentarne le probabilità di successo, per
attrarre investimenti e insediainenti da altre regioni, per contribuire a creare nuove iniziative
imprenditoriali, non solo nel campo dei servizi
ma anclie nelle attività manifatturiere che riteniamo fondamentali per lo sviluppo sul lungo temine e coerenti, fra l'altro, coli la tradizione e la
vocazione storica di Milano e della Lombardia. I1
modello di Politecnico-rete e il progetto Bovisa
hanno, fra gli altri, anche questi obiettivi fra le
priorità.
9. Competitività e alleanze
"I1 nuovo millennio si presenta a noi come una
miscela di grandi promesse e grandi minacce. Da
un lato le proniesse dell'evoluzione scientifica e
tecnologica: dalla biomedica alle coinunicazioni,
dalle tecnologie dell'informazione alle fonti di
energia alternativa, dai nuovi materiali alla automazione. Dall'altro lato le minacce della balcanizzazione, del tribalismo, del terrorismo, dell'ineguaglianza nord-sud, del settarismo, della
fame, del complesso bilanciamento fra popolazione, ambiente e risorse, la sfida dello sviluppo
sostenibile e la relazione di questi problemi con il
futuro dei tradizionali stati-nazione.
Quello che è chiaro è che la chiave essenziale,
anche se noli unica, del benessere uinano in questo nuovo e affascinante mondo è il sapere.
Ma il sapere si acquista con fatica, non è un bene
naturale. I1 sapere può essere fatto proprio solo da
chi è preparato a riceverlo e ricliiede riflessione,
scoperta, ricerca sofisticata ed esplorazione costosa. La soluzione dei problemi e il poter sfi-uttare le
promesse dipende sempre di più dal sapere: il
sapere scoperto, il sapere guadagnato, il sapere
verificato, il sapere condiviso, il sapere applicato.
E tutto richiede saggezza: il modo con cui il sapere è fatto proprio e utilizzato.
I1 sapere è il "core business" dell'università. In
ogni aspetto della sua scoperta, della sua verifica, della sua disseminazione e applicazione, I'università gioca un ruolo concreto. Ma in questo
non è sola: fa parte di una grande rete: da tutto il
sistema educativo all'industria, dagli istituti di
ricerca alle organizzazioni internazionali.
Il suo ruolo è essenziale: è il principale attore
delle scoperte, il maggiore produttore della ricerca di base che costituisce le fondamenta delle
nuove tecnologie e della salute, è il motore della
crescita econon~ica,il custode e il trasmettitore
del patrimonio culturale storico, il mentore di
ogniiiuova generazione che entra in ogni professione, l'accreditatore delle competenze, l'agente
della conoscenza individuale e della trasformazione della società."
Questo è riportato all'inizio della "Dichiarazione di
Glion " stesa nel maggio scorso dai rappresentanti
del sistema uiiiversitario europeo e statunitense.
Qualcuno potrebbe accusare questa dichiarazione
di eccessiva parzialità, in quanto scritto esclusivamente da universitari, ma, al di là delle accentuazioni che ad alcuni potrebbero sembrare
eccessivamente enfatiche, corrisponde a tutte le
analisi sviluppate in differenti contesti che qualificano l'inizio del prossimo millennio come la
"società della conoscenza".
Ecco perché l'università è sempre più considerata
come un fattore che aumenta la coinpetitività della regione in cui è inserita. Ma la competitività
fra università è ben differente da quella che si
genera in altri settori: potremmo chiamarla più
appropriatamente emulazione a operare sempre
meglio, il che comporta anche un forte scambio e
interazione fra le università, senza frontiere e
vincoli. E una competizione senza gelosie e senza vocazione a sconfiggere il concorrente. Ma
tneiitre la "globalizzazione" e il confronto geiierale è un fattore da sempre presente nel sistema
della ricerca, e anclie della fonnazione, pur tuttavia bisogna considerare che I'università singola è
pur sempre localizzata in una specifica regione e
quindi i1 suo modo di operare e il suo rilievo è un
fattore che può generare implicazioni notevoli
sullo sviluppo economico, produttivo, sociale e
di qualità della vita in generale della comunità in
c u i è inserita. Da qui due alleanze "naturali": da
un lato con le altre università presenti sullo stesso
territorio o almeno con una parte di esse con cui
si ha maggiore affinità ovvero complementarietà
e dall'altro lato con gli altri attori operanti sul
territorio - quali la pubblica amministrazione, le
associazioni imprenditoriali, sociali, culturali.
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Bisogna quindi definire non astrattamente ma
con molta concretezza le diverse "regioni" in cui
operiamo. Ne individuiamo tre.
La prima è l'Europa, intesa anche in un'accezione più ampia dei confini amnlinistrativi-politici. In questa regione è già attiva una alleanza che
riteniamo particolarmente significativa. E quella
per esempio rappresentata, per gli aspetti formativi, da TIME, che raggruppa attualmente trentatre università tecniche europee, con rigidi criteri di selezione. Il programma principale di collaborazione riguarda finora la "doppia laurea" che
è di assoluta eccellenza. Stiamo costruendo un
ingegnere europeo. Di fatto la cosiddetta "armonizzazione" è già fatta, senza attendere accordi
~ninisteriali.Questa associazione rivendica il primato della formazione europea degli ingegneri a
fronte di quella statunitense. Soltanto un provincialismo ciilturale può confondere il primato
politico-produttivo con un primato in tutti i campi. Gli USA attingono dalla nostra scuola (europea) oltreché da quella asiatica di lunga tradizione: basta andare nelle migliori università statunitensi per accorgersi di questo fenomeno. Stiamo
attenti, con mosse avventate, a perdere questa
superiorità. Si tratta, al contrario, di sfruttarla
meglio.
Questo è solo il primo passo istituzionale. I prossimi riguardano da un lato l'allargamento dell'alleanza ad altri attori politici ed economici quali
l'Unione Europea e le associazioni imprenditoriali di diversi Paesi e stiamo già facendo passi
concreti in tale direzione sia nell'associazione
TIME, di cui peraltro il Politecnico ha la vicepresideiiza, sia insieme ad altre università.
Dall'altro lato si tratta di estendere l'alleanza formativa agli altri campi in cui operiamo oltre
all'ingegneria. Su questo stiamo analizzando possibili alternative.
La seconda è l'Italia. Il doppio livello di alleanze è, anche qui, con altre università da un lato e
con il mondo politico, econon~ico,sociale dall'altro. Fra università si stanno creando, non senza
difficoltà, reti di collegamento. Le difficoltà probabilmente sono legate soltanto alle abitudini,
prevalendo da un lato una certa gelosia e dall'altro un più usuale rapporto fra singoli e fra gruppi
senza però una visione di rapporti istituzionali. Al
contrario un accreditamento reciproco potrebbe
permettere uno scambio più intenso di studenti e
docenti e l'individuazione di teailr misti di ricerca
porterebbe a un potenziamento di punti di forza e
allo sfruttamento delle complementarietà.
Ma è necessaria anche una forte alleanza fra il
mondo politico, economico e sociale e le università. La ormai perfino noiosa tanto ripetuta affermazione della scarsità di risorse data al sistema
universitario, illustrata anche in occasione di
incontri ufficiali con il Governo, che impedisce
l'allineainento del nostro sistema a quello europeo, gli ancora eccessivamente timidi passi sulla
via di un processo di valutazione e di recupero
delle distorsioni passate e dei privilegi accumulati nel tempo, una mancanza di verifica di fattibilità di obiettivi generali teoricamente giusti quali
il diritto allo studio che però spesso si traduce di
fatto in punizione per i pii1 deboli che pagano
l'impossibilità dell'università di fornire servizi e
assistenza adeguati, rappresentano aspetti che
devono essere affrontati con realismo e tempestivamente. Una ancora scarsa sensibilità alla ricerca, una scarsa consapevolezza di quanto la formazione di alto livello possa essere un fattore
decisivo per la competitività e quindi la inarginale attenzione a tutto il processo formativo, sono
distorsioni e debolezze che devono essere rapidamente superati.
Infine l'ambito territoriale più vicino e che più
immediatamente è influenzato - in senso positivo
o negativo - dalla presenza delle politiclie delle
università è quello regionale e, a mio avviso, è
quello che più si presta a un cambiamento radicale anche nel breve tennine. Da un lato l'alleanza
fra le università ha maggiori possibilità di concentrarsi e addirittura l'esistenza di un luogo formale di discussione e di confronto delle diverse
strategie quale è il "coordinamento regionale"
rende più facile, se in questo senso ci si decide,
un'alleanza forte. Noi stiamo propugnando una
linea coordinata e unitaria del sistema universitario lombardo e, per fortuna, non siamo soli.
Senza iattanza e senza presunzione proponiamo
un'alleanza che porti a una concentrazione, in
differenti siti, di competenze specialistiche per
raggiungere masse critiche di risorse, fondamentali per raggiungere livelli elevati nella ricerca e
nella formazione. Ciascu~ioprobabilmente potrà
"perdere" qualcosa ma alla fine tutto il sistema
sarà più ricco: è iin gioco a somna fortemente
positiva. Alcuni recenti passi, alcuni progetti
comuni, lo stesso piccolo ma significativo esempio del lavoro congiunto, svolto coli il coordinamento importante della regione, sul FIS so110
segnali positivi. Da parte nostra ci sentiamo di
affermare che non demorderemo da questa linea,
coli la speranza che noil si dimostri essere velleitaria. Ma, a maggior ragione, poiché i risultati
maggiori ricadono sul territorio regionale ci
aspettiamo un grande sostegno da parte della
pubblica amministrazione locale a tutti i livelli,
delle associazioni, delle forze imprenditoriali,
culhirali, sociali.
Ci aspettiamo clie tutte le forze locali ci sostengano nella nostra richiesta di estendere l'accordo
di programma, stipulato con il Ministero per il
progetto Bovisa, anche agli altri nostri insediamenti in Regione, primi fra tutti Coino e Lecco e
che poi partecipino direttamente agli accordi
specifici. Altrimenti si rischia che ancora una
volta, contro il parere della maggioranza, si destinino risorse alle nuove università, puneiido il
progetto di Università rete che ha avuto grandi
attenzioni di plauso.
Iri occasioiie degli Stati Generali del Comune di
Milano si è avanzata infine l'idea, in linea coli
quanto appena detto, di costituire una
Fondazioiie per il Politecnico coiiivolgendo, oltre
allo Stato, le forze locali. E nella linea di quella
"alleanza delle autonotnie" che insieme ad altre
iiniversità stiamo fortemente sosteiiendo.
La Fondazione non ci pare essere un'idea peregrina. Così come alla nascita i fondatori - locali decisero clie fosse opportlriio "offrire" allo Stato
il Politecnico cosi forse, oggi, conviene ripensare
il tutto in uno schema giuridico-istituzionale che
affianchi allo Stato anche altri soci. Non è una
provocazione, è solo una richiesta di considerare
anclie alternative istituzionali nuove, tese semplicemente a favorire e a stimolare una ancora
liligliore integrazione del Politecnico nella
società.
Nella già citata dichiarazione di Glion è presente
questa affermazione: "L'università è una delle pii1
grandi invenzioni di questo nlillennio: sebbene sia
stata creata pii1 di nove secoli fa, essa rimane una
delle glorie delle aspirazioni umane e uno dei
trionfi del potere dell'imniaginazione - Noi, come
membri di questa comunità del sapere, la sfidiamo a giocare un ruolo di trasformazione nella
società, trasformando cosi l'università stessa".
Sta a chi crede a queste parole accettare questa
sfida. Gli antii scorsi è stata citata l'etica delle
responsabilità, la responsabilità che Iia I'università verso le future generazioni, la necessità della
lungimiranza.
In questa linea si può concludere quest'anno
citando da Bertrand Russel: "senza consapevolezza dei fini, la vita diventa grigia ed opaca",
mentre noi la vogliamo luminosa e splendente.
Innovazione e competitività
GIUSEPPE TOGNON
Soiiosegretorio al Murst
I
1 Rettore De Maio, nella sua relazione, ha parlato di tre cose: di soldi, di Europa e di cultura. Di soldi io ora non parlo.... pero' parlo di
Europa e le due cose non sono comunque disgiunte. In questi due anni abbiamo condiviso dei vincoli di solidarietà, che non sono vincoli di semplice giustizia redistributiva, ma sono stati dei vincoli di solidarietà nazionale molto fosti per un progetto che noi non abbiamo subito, ma abbiamo
voluto e costruito. Oggi possiamo parlare di soldi,
di Europa, di cultura, con una prospettiva che va
al di là di quella che è la contingenza politica e
che è una prospettiva degna per questo Paese.
11 Goveino in queste circostanze entra sempre in
punta di piedi, perché i nove secoli di Università
rappresentano iin onore per chi ha responsabilità
di Governo in materia ma rappresentano anche
una grande rabbia perché non è possibile usare
così male un patrimonio di così lunga storia, forte
e potente quale è quello della intelligenza umana.
Il problema fondamentale che dobbiamo affrontare, anche se i disaccordi siille strategie o sui metodi possono essere reali, è il seguente: noi abbiamo
bisogno di governare l'innovazione per essere
per l'innovazione il
competitivi. È il nianage~~ier~t
problema del governo dell'Università e della
Ricerca Scientifica italiana. L'innovazione è completamente diversa dalla scoperta pura e semplice,
l'innovazione richiede libertà, richiede semplicità,
richiede meno leggi, richiede un potere politico
molto semplice a fronte, però, di un potere legislativo e normativo a tutti i livelli molto sofisticato.
Alla fine di questo secolo, noi vogliamo affermare che l'Europa della conoscenza, l'Europa della
scienza, l'Europa dell'arte non è soltanto
blrsi~less.Cu1tlrr.e iiot Bcrsitress: questo è il punto
fondamentale. È solo affermando questo che noi
possiamo far rientrare il btrsiness da tutte le parti,
non come condizione che identifica, ma proprio
come condizione che libera le risorse per la sua
realizzazione. I1 sistema universitario italiano non
lotta per la sopravvivenza, anche se, in molti casi,
ha a che fare con problemi di sopravvivenza, di
scantinati, di giovani ricercatori che operano in
laboratori inadeguati, in una disperante incapacità
di avere tecnologie di base o di processo che siano sufficientemente attuali e rapide per poter
mandare avanti idee buone. Gli individui europei,
l'Università europea, non lottano per la soprawivenza, ma lottano per l'identità, per la ricostri~zione di un modello ciilturale che non sia ovviamente qiiello che ha portato, con molti errori, al fallimento di quelli precedenti.
L'innovazione rappresenta un processo per il
popolo, non un processo per i tecnocrati. I1 problema di fondo è come fare i~inovazionein una
realtà così sofisticata e complessa come
l'università, dove componenti diverse pai-iecipano a ritualità diverse, dove le persone transitano,
dove sostanzialmente i tneccanisnii di selezione
sono meccanismi di cooptazione, dove gli interventi esterni si fermano là dove viene issata la
bandiera del sapere. Allora la domanda è: dobbiamo innovare, Rettore? Andiamo avanti su questa
strada che abbiamo tracciato? Qiiando ciascuno
sostanzialmente passa la propria vita per resistere,
per sbarcare il lunario, per cambiare il meno possibile, possianlo fare dell'Università un fattore di
innovazione felice (coine ha concluso nella sila
prolusione il Rettore)?
Perché dobbiamo innovare? Per riconservare? È
uii semplice adattarsi al cambiamento? I1 nodo è
questo. Le domande vere sono queste.
Noi dobbiamo innovare l'università non solo perché lo chiede l'organizzazione del sapere, perché
ce lo chiedono le persone che vi transitano, ma
perché, come ha detto il Rettore, la qualità della
vita di tutti i nostri concittadini può migliorare.
Quindi, l'innovazione, come vedete, non è una
meta in quanto tale, l'innovazione è uno strumento. Le mete nell'nniversità, nella vita politica, ciascuno le individua in base alla propria coscienza,
alle proprie convinzioni. Non spetta al Govemo.
Io vi posso solo dire che, in due anni e quattro
mesi di governo Prodi si è fatto un processo di
innovazione normativa e legislativa che è superiore in tem~iniquantitativi, non so se qualitativi, a
quello degli ultimi venti anni.
Si sono introdotte nell'università italiana e soprattutto nel sistema della ricerca parole dimenticate,
non parole nuove ma parole antiche: selezione
preventiva, valutazione tra i pari, meccanismi
oggettivi di i~iptrte di ozrpzrt per I'allocazione delle risorse, competizione alla pari tra professionalità. Si è mantenuto tutto questo all'interno di un
quadro di valore legale del titolo di studio, all'intemo di un quadro di diritto allo studio che è quello della nostra Costituzione. E questi elementi
non sono una costrizione, non sono da abbandonare prima che l'innovazione abbia dato pieiiamente i propri frutti.
Per la ricerca si è cercato di usare le risorse che
avevamo in maniera pii1 intelligente, si è proceduto, per la prima volta dal 1963, alla riforma radicale dei grandi enti di ricerca, attraverso i decreti
legislativi in corso di discussione, I'ASI, I'ENEA,
il CNR, che operava ancora sui decreti del 1945;
si è cercato sostanzialmente di mettere in inovimento un'intera macchina. I risultati non li vedrò
io, non li vedrete nemmeno tutti voi, ina sono
risultati nelle possibilità di questa legislatura.
Infine, segnalo che l'articolo 45 del Collegato a
questa finanziaria introduce un altro tassello nell'architettura del sistema, un tassello non "ministeriale", ma promosso dal Ministero. Il Govemo
si impegna con questa finanziaria a mettere in
campo diecimila borse di ricerca di natura e misura variabile all'interno di scambi di reciprocità
con Fondazioni e Istituzioni estere, nazionali, nell'arco del triennio 1999-2001. E lo fa non aprendo
un ufficio al Ministero ma promuovendo la
Fondazione Italiana per la Scienza.
Vogliamo dirlo in inglese? Suona meglio Italian
Science Foundation. Che cos'è? È il recupero di
una dimensione di centralità a uno sforzo colletti-
vo, che non si sostituisce alla dinamica della rete
dei centri dellYUniversitànella loro grandissima
autonomia, ma che segnala l'intenzione del Paese
di costruire una Onlus con benefici fiscali molto
forti a sostegno della mobilità e del recupero di
tutte le risorse umane, nazionali e non solo nazionali. Questo è un modo di attrezzare il Paese a
una competizione che ci ha visto in termini di
organizzazione molto arretrati. È un modo perché
tutti voi, tutti noi, quando si va in giro a partecipare a riunioni nelle sedi decisionali si sappia di
andarci con una struttura ed un modello organizzativo che è una struttura equivalente a quella
degli altri grandi Paesi colti. Si potrà andare al
confronto con la consapevolezza di rappresentare
un sistema formativo integrato e un modello libero, flessibile, audace di università.
Quale lo scopo dell'università?
NICOLA SIGNORELLI
Yice Presidente del Consiglio
degli Studenti
B
uon giorno a hitti e grazie della opportunità che mi è stata offerta di parlare oggi
in occasione della inaugurazione del 136"
Anno Accademico del Politecnico di Milano. Di
fronte a un evento cosi importarite e rappresentativo nasce il desiderio di riscoprire le origini di
questo luogo. Che cos'è e da dove nasce I'univers i tricorda
~s
che la conosità? La parola ~ r r i i ~ r e ~ci
scenza è un fattore che ha a che fare con I'universo cioè con la totalità della realtà, degli aspetti
della vita e delle dimensioni della persona.
Lo scopo della università è quindi lo studio della
realtà tutta in relazione al significato che essa possiede, per questo l'università è la strada per la realizzazione delle esigenze di felicità di ogni persona che vi studia, vi insegna e vi ricerca. Tanto è
vero che l'università è nata nel Medioevo per
opera di studenti che unitisi hanno scelto docenti
in grado di insegnare loro un metodo per introdursi alla conoscenza delle cose.
Quest'ultimo è l'aspetto più affascinante e più
avvincente per noi studenti: la possibilità di avere
di fronte uomini che ci trasmettano il proprio
sapere e la propria esperienza umana, cioè maestri
che sappiano insegnare a partire dal proprio lavoro, dai propri shidi, in fondo dalla propria vita.
La fatica dello studio, il seguire assiduamente le
lezioni acquistano cosi un gusto e una curiosità
che sono la linfa vitale di un vero apprendimento
e della ricerca scientifica, cioè delle due dimensioni fondamentali della università.
A noi studenti interessa questo tipo di università,
ed è per questo clie ci impegniamo durante l'anno
anche nei vari organi accademici affrontando e
giudicando i probletiii che sorgono: a partire dalle
riforme in atto fiiio ad arrivare ai problemi pii1
semplici che riguardano il singolo studente (piani
di studio, corsi di lingua, borse di studio, alloggi. ..). Vorrei in pai-ticolare indicare due aspetti
riguardanti l'attualità della vita universitaria
rispetto ai quali a mio awiso questa visione dell'università ha un'incidenza significativa.
I1 primo è la riforma universitaria. A mio parere
comamo il rischio di voler arrivare troppo velocemente a una soluzione sostitutiva di quella attuale,
sia da parte del ministero che degli organi accademici, perdendo l'occasione di riformulare realmente il sistema universitario. Occorre infatti
tenere conto dell'esigenza di accorciare il percorso degli studi e di permettere quindi allo sh~dente
di approdare al inondo del lavoro in tempi ragionevoli rispetto alla durata nominale dei corsi di
laurea (che comunque vedono ancora una presenza massiccia dei fuori corso). A tale proposito
sono coiivinto della importanza dell'apporto di
noi studenti nel lavoro di verifica e ridistribuzione
dei carichi didattici sia attraverso l'utilizzo dell'osservatorio della didattica (che sta ottenendo
buoni risultati), sia attraverso presenza negli organi accademici (C.C.L., C.C.D., C.F.).
Proprio perché l'università è una fonna di conoscenza aperta a tutti gli aspetti della realtà e della
vita vorrei mettere a tema un punto siil quale
abbiamo sempre insistito: favorire la libera iniziativa degli studenti nelle diverse fornie di associazione e aggregazione all'interno della università
stessa. E essenziale a riguardo che si valorizzino e
si incentivino le forme di iniziative culturali e
sociali promosse da shidenti e docenti. A questo
proposito uscirà prossimainente una nota di indirizzo niinisteriale avente come oggetto una normativa che agevoli e promuova la presenza di
associazioni e cooperative formate da studenti
all'interno dei vari atenei, ad esempio assicurando
e incrementando la disponibilità di spazi per gli
studenti, riconoscendo quindi il valore di presenza
e la validità dei servizi offerti da tali soggetti. La
nota di indirizzo sarà inoltre seguita da un decreto.
Certo che anche questo sarà un fattore fondamentale per la crescitae lo sviluppo della università in
Italia, colgo I'occasione per augurare un biion
lavoro a tutti i presenti.
La modellistica matematica:
una sintesi t r a teoremi e mondo reale
ALFIO QUARTERONI
Ordinario di mfcofo numerico
"Leforn~ecreate dal niatenrntico, conie qtrelle
create àal pittore o h
1poeta, deiporio essere belle;
le idee, coise i colori o le pcii-ole, deiporio legarsi
ai7iiortiosai~terite.AI nionclo, non vi è lrn posto
perenne per la niateniaticu bi*trttrr."
G.H.Hardj>
v
orrei innanzitutto ringraziare il Magnifico
Rettore e il Senato Accademico per aver~ n affidato
i
la prolusione che dà inizio al
nuovo Anno Accademico. È un grande onore per
me e per il dipartimento di cui faccio parte. I1 tema
che mi propongo di analizzare è quello della
modellistica matematica, del suo ruolo nella scienza in generale e nella cultura politecnica in particolare, nonché del suo interesse nel contesto extraaccademico. Negli ultimi decenni abbiamo assistito a un vertiginoso aumento dell'uso della
matematica, sia nello sviluppo teorico di diverse
discipline scientifiche, sia nelle applicazioni a svariati contesti nella vita quotidiana. Mezzo secolo
fa, salvo sporadiche eccezioni, con il termine
"matematica applicata" si intendeva essenzialmente l'applicazione della matematica alla meccanica.
Oggi, la matematica può considerarsi, a buon diritto, un elemento fondamentale del processo cognitivo e descrittivo di intere discipline, quali, per
esempio, la fisica, la chimica, la biologia, le scienze dell'ingegneria, la medicina e l'economia. Con
il tennine modellistica matematica si intende il
processo che si sviluppa attraverso l'interpretazione di un problema originato da tali discipline, la
rappresentazione dello stesso problema mediante
Figura I
La modellistica
matematica.
il linguaggio e le equazioni della matematica, I'analisi di tali equazioni, nonché l'individuazione di
metodi di simulazione numerica idonei ad approssimarle, e infine, I'implementazione di tali metodi
su calcolatore tramite opportuni algoritmi (Fig. 1).
Che cosa motiva l'interesse per la modellazione
matematica, e quali sono i vantaggi che possono
derivare dall'applicazione di una buona teoria
matematica ai diversi aspetti del reale? Nelle
scienze sperimentali, via via che una disciplina
passa dallo stadio primordiale di ossei-vazione e
descrizione empirica di fenomeni, a quello di
stnittura logica organizzata, essa tende a servirsi di
strumenti matematici sempre più raffinati. Per
altre scienze, le motivazioni possono essere molteplici e di varia natura. Per esempio, si formulano
modelli matematici quando si vogliono porre i
presupposti per esercitare un controllo su dinamiche demografiche o sociali.
Oppure, come awiene per molti problemi nelle
scienze economiche, i modelli matematici consentono di desumere informazioni quantitative operando su un numero di variabili assai più grande di
quelle che potrebbero essere considerate in un'analisi meramente qualitativa. Ciò avviene per
quelle teorie che formulano ipotesi su agenti che
non possono prendere decisioni indipendentemente uno dall'altro e che tendono a massimizzare
determinati obiettivi con risorse limitate. In tale
contesto, è cruciale riuscire a prevedere la risposta
di sistemi fortemente interdipendenti al variare
delle condizioni di riferimento (come le situazioni
di mercato).
È infine doveroso rilevare come un forte impulso
alla modellazione matematica della realtà su scala
sempre più vasta sia venuto dall'applicazione dell'analisi dei sistemi, attraverso la quale si amplia il
campo di osservazione, concependo scenari su
scala globale. A titolo di esempio, citiamo il
modello elaborato nel periodo della guerra fredda
sul comportamento dell'atmosfera dopo l'uso di
armi atomiche, con la terrificante prospettiva dell'inverno nucleare. Oppure il cosiddetto modello
di global change, che vede tuttora impegnati
numerosi scienziati per la descrizione dell'interazione fra oceani, terra e atmosfera, al fine di predire in termini accurati variazioni climatiche dovute
all'effetto serra.
/
La modellistica matematica
nella cultura politecnica
Qualunque ne sia la inotivazione, grazie alla
modellistica matematica un problema del inondo
reale viene trasferito dall'uiiiverso che gli è proprio in iin altro habitat in ciii può essere aiializzato pii1 convenientemente, risolto per via iiiimerica,
indi ricondotto al suo a~iibitooriginario previa
visualizzazioiie e interpretazione dei risiiltati ottenuti (Fig.2). 11 modello non esprime necessariamente l'intima e reale essenza del problema (la
realtà è spesso così complessa da non lasciarsi
rappresentare in modo esaustivo con formule
matematiche), ma deve fominie una sintesi utile. I
matematici hanno un ruolo peculiare in tale contesto. Essi sanno vedere e capire la natiira intrinseca
di un problema, deteiminare quali caratteristiche
sono rilevanti e quali non lo sono, e, di consegnenza, sviluppare una rappresentazione mateinatica che contiene l'essenza del problema stesso.
Una caratteristica della sfera d'indagine matematica presente in questo processo è l'astrazione,
ovvero la capacità di identificare caratteristiche
comiini in campi differenti, così che idee generali
possano essere elaborate a priori e applicate di
conseguenza a situazioni fra loro assai diverse. I
matematici hanno la consuetudine a trattare con
l'astrazione, separandosi dal problema e sganciando la loro analisi da tecnologie specifiche e
mutevoli; a fare emergere sottili divergenze e portare alla luce aiialogie a priori iinpensabili; a sviluppare modelli per sistemi astratti e diinostrame
le proprietà fondamentali (coglie bene questa pulsione Eddiiigton quando scrive: "la dimostrazione
è un idolo davanti al quale il matematico si toitu13"). L'ingegneria lia tradizionalinente beneficiato
dell'uso di modelli matematici nelle varie fasi
inerenti la progettazione, il coiitrollo, I'ottitnizzazione e la gestione di processi tecnologici e produttivi, nei settosi pii1 disparati quali quello aeronautico, meccanico-strutttiristico, chiinico, della
microelettronica, dell'industria energetica e di
processo, della bio-ingegneria e dell'ainbiente.
Gli ingegneri sono sempre pii1 interessati a utilizzare in modo complementare l'analisi sperimentale e la simulazione numerica. La prima è insostituibile per acquisire una corretta sensibilità fisica
nei confronti del fenomeno in esame, anclie se
può avere costi elevati. Inoltre, in alcuni frangenti, come nel caso della galleria del vento per I'analisi di processi fluidodinamici, può essere affetta da fenomeni di interferenza, oltre a dovere far
ricorso a modelli in scala ridotta. La modellistica
matematica, unita alla siinulazione numerica, è
più flessibile ed elastica nello studio della variabilità della risposta in rapporto al mutare dei paranietri di progetto o delle condizioni al contorno.
Sempre nel caso fluidodinamico, essa consente di
giungere a una descrizione completa del campo di
moto, anche se, per regimi di flusso turbolenti,
coine vedremo essa necessita l'introduzione di
ulteriori ipotesi circa il meccanismo di trasferiinento di energia. La modellistica matematica è
dunque elemento di congiunzione fra la modellistica sperimentale e la realizzazione progettuale.
A monte, i modelli matematici traggono linfa
vitale dall'analisi fenoinenologica e sperimentale
(Fig.3). Le equazioni sono sempre ispirate da leggi fisiche fondamentali, quali le condizioni di
equilibrio nella statica, o la conservazione della
massa, dell'energia e del momento nella dinamica
dei mezzi continui. In tali equazioni, gli aspetti
inerenti la reologia dei materiali, l'individuazione
delle condizioni al contorno, nonché la determinazione dimensioiiale dei coefficienti e dei parametri caratteristici, sono fornite dall'analisi ingegneristica. (E proverbiale l'idiosincrasia dei matematici verso l'analisi dimensionale delle eqiiazioni
che essi trattano, preferendo di gran lunga I'ambientazione in spazi funzionali astratti in cui svanisce ogni riferimento 'tangibile' alla fisicità del
problema originario. Essi sognano un moiido in
Flgua 2. Interazioni fra mondo
reale e modellistica.
I
rnodellistica
matematica
1e1
rnodelllsilca
numerica
1I
Figuri 3
Analisi preliminare
Figura 4
Dal design preliminare
alla simuladone numerica.
Figura 5
Analisi a posteriori.
figura 6
Dall'avan-progetto
al progetto.
riaualizzazbne
ed anallsi bei
cui l'ingegnere dica: "questo è il problema, ecco
le equazioni". Tuttavia, raramente un problema
dell'ingegneria nasce già formulato in termini
rigorosamente matematici, e lo sforzo congiunto
deve mirare a far affiorare le informazioni rilevanti e i dati significativi per la costruzione completa di un modello).
Ulteriore elemento distintivo dell'analisi preliminare è, in molti casi, la costruzione di un modello
geometrico, owero la rappresentazione, attraverso modellatori solidi o strumenti di CAD, della
regione tridimensionale entro cui le equazioni
andranno risolte. Si pensi, per esempio, alla complessità del modello geometrico necessario a rappresentare un aereo in configurazione completa,
partendo da un design preliminare, prima di intraprenderne la simulazione numerica (Fig.4). A
valle del processo, la complessità dei risultati
numerici ottenuti da un modello rende necessaria
una loro analisi in forma logicamente organizzata, e una verifica alla luce delle prove sperimentali disponibili, ma, soprattutto, dell'intuizione dell'ingegnere. Quest'analisi retroattiva può a sua
volta innescare un processo iterativo di modifica
del modello (nelle equazioni e10 nei parametri
che lo definiscono), sino a quando i risultati ottenuti su una classe significativa di casi di studio
non siano ritenuti soddisfacenti da chi ha posto il
problema (Fig.5).
Un esempio, relativo alla progettazione aerodinamica di un veicolo o un velivolo, è illustrato in
Fig. 6. Si noti come nella fase che intercorre fra il
design preliminare (o avan-progetto) e il progetto
definitivo si ricorra in modo interattivo della galleria del vento e della simulazione numerica. La
modellistica matematica può, dunque, diventare
uno degli elementi aggreganti (e qualificanti) della cultura politecnica.
La presenza di laboratori sperimentali e di gallerie del vento, di specialisti nell'analisi teorica,
nell'informatica, nelle scienze fondamentali quali
la fisica e la chimica, e nei settori più spiccatamente tecnologici, e anche nell'architettura, nella
grafica avanzata e nel design, è elemento distintivo di una scuola politecnica e può fungere da elemento catalizzatore e propulsivo per lo sviluppo
di una disciplina intersettoriale quale è la modellistica matematica.
La simulazione numerica
L'obiettivo primario per un matematico applicato
è la risoluzione effettiva del problema. I problemi
matematici folmulati nell'ambito della modellistica non sono quasi mai risolubili per via analitica.
I teoremi dell'analisi matematica e della geometria, seppur fondamentali per stabilire se il problema sia "ben posto" o meno, assai raramente haiino natura costruttiva atta a indicare un processo di
rappresentazione esplicita della soluzione. E pertanto necessario sviluppare metodologie di
approssimazione che, in ogni circostanza, conducano ad algoritmi che rendano possibile la risoluzione su calcolatore.
I1 compito di trasformare una procedura matematica in un programma di calcolo corretto richiede
attenzione alla struttura, efficienza, accuratezza e
affidabilità. Per tale ragione, la scelta di un metodo numerico non può prescindere da una conoscenza adeguata delle proprietà qualitative della
soluzione del modello matematico, del suo comportamento rispetto alle variabili spaziali e temporali, delle sue proprietà di regolarità e stabilità.
È pertanto giustificato l'uso del tennine modellistica numerica che generalmente si adotta a tale
riguardo. Essa è una scienza interdisciplinare, che
si trova alla confluenza di vari settori, quali la
matematica, l'informatica e le scienze applicate.
Intrinseco al concetto di modello numerico vi è
quello di approssimazione, e dunque di errore.
La modellistica numerica mira a garantire che
l'errore sia piccolo e controllabile e a sviluppare
algoritmi di risoluzione efficienti. La controllabilità è un requisito ciuciale per un modello numerico: l'analisi numerica fornisce stime dell'errore
che garantiscano che esso stia al di sotto di una
soglia di precisione fissata a priori (la ben nota
tolleranza percentuale accettabile dall'ingegnere).
A tale scopo vengono progettati algoritmi adattivi, i quali, adottando una procedura di feedback a
partire dai risultati già ottenuti, modificano i
parametri della discretizzazione numerica e
migliorano la qualità della soluzione. Ciò è reso
possibile dalla analisi a posteriori (quella basata
sulla conoscenza del residuo della soluzione calcolata), uno strumento supplementare (rispetto
all'analisi a priori, o di Hadamard), di cui può
giovarsi la modellistica numerica.
Una misura dell'efficienza di un algoritmo è la
sua complessità, ovvero la quantità di risorse
(tempo di calcolo e occupazione di memoria)
richieste per I'implementazione dell'algoritmo
stesso. La convinzione che i supercalcolatori oggi
disponibili consentano la risoluzione di problemi
di arbitraria complessità è illusoria. Lo vedremo
nel seguito, dove considererò alcuni esempi relativi a modelli deterministici, esprimibili tramite
equazioni differenziali alle derivate parziali. In
particolare, mi limiterò al caso delle equazioni
della dinamica dei fluidi, per le quali esiste una
consolidata tradizione di ricerca presso il nostro
dipartimento di matematica.
Personalmente, pur essendomi dedicato anche ad
altre problematiche, quali l'analisi delle strutture,
e dei fenomeni di propagazione di onde acustiche,
elastiche ed elettromagnetiche, sono particolarmente attratto dalla dinamica dei fluidi, perché da
un lato la si incontra in una amplissima gamma di
problemi in diverse discipline scientifiche, dall'altro essa dà origine a una delle più difficili collezioni di problemi dell'intera matematica applicata.
Un esempio impegnativo:
la Modellistica in fluidodinamica
I fluidi (liquidi o gas) hanno un ruolo pervasivo
nella nostra vita quotidiana. La dinamica dell'atmosfera, la dispersione di agenti inquinanti nell'aria, la formazione di correnti e la circolazione di
sedimenti nei corsi d'acqua, il fluire del sangue
nel nostro sistema cardiovascolare, sono solo
alcuni esempi che corroborano questa afferinazione. Altri processi, di natura apparentemente diversa, sono tuttavia riconducibili a modelli di fluido:
per esempio (a livello microscopico), gli elettroni
in un dispositivo a semiconduttore si comportano
come un fluido che conduce corrente elettrica.
Tutti questi esempi (e innumerevoli altri) sono
modellabili attraverso un sistema di equazioni alle
derivate parziali introdotte dall'ingegnere fiancese Louis Marie Henri Navier e dal fisico irlandese
sir George Gabriel Stokes.
Nonostante tali equazioni siano note da oltre un
secolo, molte caratteristiche del moto dei fluidi
continuano a eludere la nostra capacità di comprensione. Peraltro, i problemi intricati hanno
sempre esercitato un sottile fascino sui matematici
m;I
'
%LC
r
'-@p'*:
5
6
Figura 7
Scale della turbolenza
e spettro di energia.
Figura 8
Vortici nella scia
di un cilindro. nel caso
in cui Re=200.
(come puntualizza P.Hein, "un problema degno di
essere attaccato si dimostra tale resistendo agli
attacchi"). I metodi analitici non conducono praticamente mai a esplicitare la soluzione delle equazioni di Navier-Stokes, se non sotto ipotesi fisiche
e geometriche cosi restrittive da svuotare le stesse
equazioni di ogni interesse applicativo.
La ragione di tale difficoltà è la naturale propensione dei fluidi a esibire comportamenti complessi, o, per meglio dire, turbolenti. La turbolenza,
peraltro, non è una proprietà costitutiva di un fluido, ma piuttosto un regime specifico del flusso,
che si manifesta quando un numero molto elevato
di gradi di libertà prende parte attiva nella dinamica del fluido. La nonlinearità del modello fa sì
che la fisica sia accoppiata a tutte le possibili scale del moto. Tale interazione fra le scale è la
responsabile del coinportamento turbolento.
Parafrasando U.Frisch e S.Orszag, dobbiamo
ammettere che oggi si conosce meno delle scale
fini della turbolenza (per esempio, di ciò che succede alla scala di lmm nell'atmosfera) di quanto
non si conosca la struttura sub-atomica della
materia, o quella di grande scala dell'universo.
I1 parametro che misura il "livello di turbolenza"
in modo sintetico è il cosiddetto numero di
Reynolds, direttamente proporzionale alla velocità caratteristica del fluido e inversamente proporzionale alla sua viscosità molecolare. I1 numero di Reynolds misura l'importanza della convezione (che avviene alle scale macroscopiche)
rispetto alla dissipazione (che si attiva invece a
partire dal livello molecolare).
Dall'analisi delle equazioni di Navier-Stokes si
può inferire che il numero di gradi di libertà attivi
in un flusso turbolento è dell'ordine di N=Re9/4
(per semplicità di ragionamento, si può pensare di
dover trattare, a ogni istante temporale, una serie
di Fourier con N frequenze attive).
Essendo il numero di Reynolds di numerosi flussi (per esempio quelli intorno a un aereo) dell'ordine di lo6, il corrispondente numero di gradi di
libertà attivi può tranquillamente superare IOt3,
owero diecimila miliardi.
L'energia che alimenta il fluido alle grandi scale
(dovuta alle condizioni al contorno e alle forze di
volume) viene trasferita a scale via via più piccole
attraverso l'interazione nonlineare fra i gradi di
libertà attivi nel fluido, con una sorta di cascata di
energia che prosegue sino a raggiungere una scala cosi piccola al di sotto della quale l'energia
stessa viene irreversibilmente dissipata in calore.
La più piccola scala attiva nel fluido, che indicheremo con k, è nota conte scala di Kolmogorov e
risulta essere direttamente proporzionale alla più
grande scala L e inversamente proporzionale a
Re3/4 (Fig.7).
La conseguenza di una tale relazione è presto evidenziata. Per esempio, nella turbolenza atmosferica (quella che deve essere simulata ogni giorno
per le previsioni meteorologiche) il numero di
Reynolds è dell'ordine di IO8 (owero 100 milioni) e pertanto, l'energia immessa a una scala di un
chilometro si può ritrovare a scale dell'ordine di
un millimetro.
Una caratteristica generale di un fluido turbolento
è la presenza di regioni di flusso coerente, entro
cui la turbolenza si organizza dando forma a moti
regolari e non caotici, tipicamente strutture a spirale chiamate vortici. Un tornado ne costituisce
un esempio su grande scala, cosi come gli anelli
che si creano dal fumo di una sigaretta lo sono su
piccola scala.
In Fig. 8 sono illustrati i vortici generati nella scia
di un cilindro, qui rappresentato dalla sua sezione
circolare. Le strutture coerenti appaiono organizzate in forma gerarchica, in cui i grandi vortici
danno origine ai piccoli vortici, questi ultimi generano a loro volta strutture ancora più piccole, e
cosi via tino a un diametro k dell'ordine della scala di Kolmogorov, coine schematizzato in Fig.7.
Per converso, ogni scala spaziale è influenzata in
modo significativo da una scala pii1 piccola, e
quest'ultima a sua volta da scale sempre inferiori,
in un processo a catena che viene comunemente
denominato enkanced transport.
Per simulare numericamente un flusso turbolento,
difficilmente si possono tenere in conto tutte le N
scale attive, dalla macroscala L sino a quella di
Kolmogorov k. Per esempio, nel caso della turbolenza atmosferica, per poter simulare lo scambio
energetico sino alla scala di Kolmogorov, si
dovrebbero usare metodi che abbiano una distribuzione di nodi (dove calcolare le variabili primarie,
la velocità e la pressione) che distino fra loro
meno di un millimetro.
Ciò condurrebbe, per la sin~ulazionedi una porzione di fluido di un solo cliilometro di ampiezza,
alla risoliizione di un sistema dinamico di 1018
variabili (ovvero un iniliardo di miliardi di incognite), che nessiiti calcolatore oggi esistente
potrebbe affrontare.
È pertanto giocoforza riniinciare alla cosiddetta
simulazione diretta della turbolenza (o DNS) e
ricorrere a metodi di riduzione che approssimiiio
direttamente solo un numero limitato di scale del
fluido, e modellino i l trasferimento energetico
dalle scale piccole (quelle non considerate) a
quelle "grandi", attraverso opportuni processi di
media o di rinonnalizzazione (Fig. 9 per una rappresentazione schematica).
Un iilteriore elemento di difficoltà si incontra nella modellistica e nella simulazione di flussi in
presenza di reazioni chimiche, sia nel caso inonofase che in quello multifase.
Per ragioni di tempo non svilupperò questo argomento, nonostante il notevole interesse che eiso
riveste in numerosissiine applicazioni.
Nella pratica industriale, l'uso esteso della speriinentazione ha costihiito a lungo il solo stnimento
disponibile per l'analisi di fenomeni connessi al
moto dei fluidi. In alcune circostanze, tuttavia, le
temperature e le velocità in gioco sono così elevate che la speriinentazione in galleria del vento è
ardua se non impossibile (si pensi per eseinpio
alla fase di rientro dall'atinosfera di un veicolo
spaziale).
In aih'e situazioni, per esempio nello studio degli
effetti fisio-patologici indotti dalla fluidodinatnica del sangue, la sperin~entazionein vivo, oltre a
essere poco accurata e iiievitabilmente laciitiosa,
non è esente da eleinenti di owia criticità per il
paziente.
La modellistica numerica del inoto dei fluidi, se
iiiipostata con il giusto rigore matematico, può
fornire risultati affidabili per la coinprensione di
fenomeni complessi ed essere un valido stnirnento di supporto all'analisi sperimentale e alla progettazione industriale.
Nahiralmente è necessario sviliippare metodologie numeriche adatte e predisporre algoritini che
sappiano sfruttare in inodo ottimale le poteiuialità offerte dalle moderne architetture di calcolo
vettoriale e parallelo.
Ridurre per poter risolvere
La coinplessità dei problemi da risolvere, tuttavia,
può essere ancora troppo elevata in relazione al
molo che la siinulazione nuinerica deve rivestire.
Per esempio, nella fase di progettazione e ottiinizzazione di un veicolo, nell'industria automobilistica si ricorre alla utilizzazione di diversi codici
di calcolo in inodo interattivo per l'analisi integrata delle diverse componenti progettuali.
La Fig.10 mostra che i tempi di elaborazione
richiesti per l'analisi di alcuni eleiiieiiti sono troppo elevati per consentire diverse simulazioni giornaliere. In tali casi, si impone un ripeiisainento del
inodello e una sua opportuna riduzione dimensionale. Per esempio, il n~odelloridotto delle equazioni di Navier-Stokes in cui vengano trascurati
gli sforzi viscosi dà origine alle cosiddette equazioni di Eulero, le quali bastano a predire accuratamente la pressione e la portaiiza nell'aerodinaFigura 9
Scale risolte e scale modellate
nella simulazione
di flussi turbolenti.
Figura 1 O
Complessità della simulazione
numerica nell'industria
automobilistica.
ELLA SkYiLASUJ#IE NUWBXC.iD
Ilf TREA AiUTQMQBYlSTEA#
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MI*
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*-
Figura I I
Decomposizione del dominio
e calcolo parallelo.
Figura 12
Fattore di guadagno nel tempo
di calcolo per la risoluzione
di sistemi lineari
Incremento delle prestazioni
per la risoluzione di sistemi lineari
-
IO'
1
dovute UI metodi numerici
dovute allo sviluppo dell'hardwere
I
I
1
mica esterna, e anche lo scambio di energia fra
fluido e macchina in flussi interni. Una ulteriore
riduzione porta alla cosiddetta equazione del
potenziale non lineare, una singola equazione
(non più un sistema di equazioni) che ben si presta a descrivere flussi irrotazionali e isentropici,
ed è per tale ragione frequentemente utilizzata
iiell'industria aeronautica per la simulazione di
regimi non transonici. Naturalmente, l'adozione
di modelli ridotti consente di abbassare drasticamente la complessità del problema, rendendo possibili simulazioni che altrimenti non lo sarebbero,
ma tale riduzione deve essere giustificata. Dal
punto di vista fisico non deve far perdere di significatività al problema in esame, da quello
matematico deve conservare le proprietà teoriche
fondamentali del modello originario. La sintesi fra
queste due esigenze non è sempre facile e richiede
uno sforzo congiunto di matematici e ingegneri.
In un altro ambito, la riduzione della complessità
si può anche ottenere ricorrendo alla partizione
geometrica del problema, onde rendere efficace i1
ricorso al calcolo parallelo. In tale caso si nconduce il problema numerico originario a una successione di problemi di dimensione ridotta, ognuno dei quali può essere risolto con una procedura
simultanea in un ambiente di calcolo multiprocessore. In Fig.1 l si illustra schematicainente questo
processo relativamente alla simulazione del flusso
intorno a un profilo alare di un aereo in assetto di
atterraggio. In effetti, lo sviluppo delle architetture
parallele ha stimolato i matematici a progettare
nuovi metodi di calcolo, spesso basandosi su una
rifonnulazione dello stesso n~odellomatematico.
In Fig.12 viene mostrato come il fattore di abbattimento del tempo di calcolo dovuto a vent'anni di
evoluzione nell'hardware sia addirittura superato
da quello acquisito migliorando progressivamente
i metodi numerici e adattandoli alle architetture
vettoriali. La crescita simbiotica dell'hardware e
del sofìware è uno dei presupposti per trattare con
successo modelli matematici di complessità sempre maggiore. I1 nostro Rettore ha dimostrato in
modo tangibile di condividere questo punto di
vista, e di credere all'importanza che il calcolo
scientifico ad alte prestazioni riveste per questa
Scuola; di questo lo voglio personalmente ingraziare. Grazie per l'ascolto.
Nella prefazione al suo capolavoro A Brief Hisfor:~!of Tirite,
Stephen Hawking scrive che il suo editore lo amiiioni che ogni
equazione iiitrodotta nel testo gli avrebbe fatto dimezzare le
vendite. Hawking si limitò a incliidere la celeberriiiia equazione dell'energia di Einstein. Per tnsposizione, C fatte le debite
proporzioni, ancli'io ho raccolto idealmente questo monito e
non Iio inserito alcuna eqiiazioiie. Non sono certo che la coniprensione di qiiesie note ne risulti agevolata. Posso invece
affeniiare con certezza che questa voloiitaria riiiiiiicia è stata
molto sofferta: ogni matematico costretto a espriiiiersi senza
equazioni conipie un gesto di autentico eroisiiio!
Il Contributo del Politecnico di Milano
alle ricerche spaziali
Introduce il Rettore del Politecnico Prof. Adriano De Maio
I1 Politecnico di Milano ha una grande tradizione di sviluppo e applicazione di tecnologie
in campo spaziale. In particolare, i tre dipariimenti promotori di questo convegno rappresentano l'anima "spaziale" del nostro ateneo,
essendo impegnati da tempo nell'ambito delle
telecomunicazioni, dell'osservazione della
Terra, della progettazione di strutture per
moduli orbitanti e, più recentemente dell'analisi quantitativa del comportamento motorio
dell'uomo durante l'esposizione prolungata
alla microgravità.
Questo convegno è stato organizzato nell'ambito di quest'ultimo settore ed è specificatamente dedicato allo studio del comportamento
motorio dell'uomo in microgravità con la partecipazione di esperti nazionali ed internazionali del settore. Ringrazio il Professor Pedotti,
Direttore del Dipartimento di Bioingegneria,
per aver contribuito a far si che questo Convengo, di cui è principale promotore, sia anche un'occasione per presentare il ruolo che il
Politecnico di Milano ha svolto nell'ambito
del Programma Spaziale Internazionale.
E un onore e un piacere avere con noi il
Capitano Michael Baker, comandante dello
Space Shuttle e veterano delle missioni spaziali. La sua visita è uii'opporiuniti unica per
avere una diretta testimonianza delle attività
dell'uoino nello spazio, che in questo caso,
hanno riguardato l'ultima missione del
comandane Baker, culminata con il quinto
dockiiig della navetta Shuttle Atlantis alla
Stazione Spaziale Mir, nell'ambito del programma congiunto russo-americano "Shuttle
to Mi". Di seguito interverranno il Capitano
Baker e quattro colleghi dei Dipartimenti di
Bioingegneria, Elettronica e Aerospaziale, che
illustreranno le diverse aniine dell'attività del
Politecnico di Milano in campo spaziale.
Ringrazio i relatori e i partecipanti a questo
convegno e vi auguro un proficuo lavoro.
"Human Performance" in microgravità
Antonio Pedotti. Guido Baroni, Giancarlo Ferrigno
Dipartimento di Bioingegneria
Introduzione
Dall'avvento dell'Era dell'esplorazione spaziale
segnata dal lancio dello Sputnik 40 nel 1957 e in
seguito dal volo di Juri Gagarin nel 1961, la ricerca
scientifica e tecnologica in rnicrogravità ha assunto
dimensioni ed importanza sempre crescenti.
Per il mondo medico-scientifico delle Scienze della
Vita, l'assenza di gravità è vista come una condizione
sperimentale unica, in grado di far emergere in una
diversa e spesso più illuminante prospettiva aspetti del-
I iirtemi firiologiu
pii initcrrati dagli oHem
delreiporiuonr alla
miuograviti
Sistema xhelttrito
listenta medare
listema cardiorartolarc
* lirtema rtrpiratorio
* Sa
imi wnrPnali
Sistema rnnoro autonoirio
* Sistema mnoso unink
la fisiologia degli organismi biologici.
I primi voli con equipagjo umano hanno dato il via
allo studio degli effetti che l'esposizione alla microgmviti comporta sull'uomo.
L'interesse si è sviluppato sotto l'aspetto dell'approfondimento delle conoscenze fisiologiche, ma anche
più propriamente sulla prevenzione delle degenerazioni indotte dalla microgravità su molti sistemi dell'organismo di astronauti e cosmonauti.
Accanto a fenomeni di degenerazione a carico del
sistema muscolo-scheletrico,cardiovascolare e respiratorio, l'interesse primario del Dipartimento di
Bioingegneria del Politecnico di Milano è stato rivolto
ad aspetti neurofisiolgici di adattamento dei meccanismi di integrazione seusori-motoria e delle strategie
posturali au'ambiente rnicrogravitario.
In questo senso, le tecnologie di analisi del movimento
sviluppate presso il nostro Dipartimento hanno trovato
un'iniportante applicazione in ambito spaziale, unendo
all'interesse prettamente scientifico una stimolante sfida tecnologica.
Analisi del movimento in microgravità
L'analisi auantitativa tridiniensionale del movimento
di soggetti in assenza di gravità rappresenta un'aiiività
soerinientale di estremo interesse in anibito scientifico
e tecnologico. In particolare, la caratterizzazione delle
sirategie di movimento investe aspetti di approfondimento conoscitivo nel campo delle neuroscienze di
base e pone obbiettivi più specificatamente di applicazione clinica e di ottimizzazione delle prestazione dell'uomo in ambiente microgravitario.
La raccolta di informazioni di natura cinematica sul
movimento dell'equipaggio di missioni spaziali è stata
basata in esperienze precedenti sull'analisi di fotogmfie e di video acquisiti in volo.
Metodiche di osservazione qualitativa o video digitalizzazione bidimensionale (una telecamera) non hanno
tuttavia consentito di ottenere risultati ailidabili in termini di accuratezza e ripetibilità, precludendo ogni
possibilità di osservare in modo quantitativo e sistematico l'attività motoria degli astronauti, sia durante attività lavorative di routine, sia durante l'esecuzione di
specifici protocolli di movimento. Una possibile alternativa è la cosiddetta "tuta biomeccanica" ("raiige of
i~ioiioiisirit ") che compare come facilif~,disponibile
per attività sperimentali a bordo di ISSA.
L'esperimento tecnologico T3 della missione ESAEUROMIR '95 basato proprio su uno strumento del
genere (ANBRE), ha tuttavia evidenziato i limiti di
tale tecnoloeia.
"
La costrizione dei movimenti, la necessità di sviluppare un modello HW specifico per ogni soggetto, una
diilicile e poco stabile calibrazione del sistema ed una
accuratezza che ammette errori anche di IO0 nella
misura degli angoli articolari precludono la possibilità
di raggiungere l'obbiettivo di una accurata e sistematica valutazione quantitativadelle performance motorie.
qilnY m i r
I I"'"
Il sistema ELITE-S In configurazione di volo.
11ruolo del Dipartimento
di Bioingegneria del Politecnico di M a n o
Le tecnologie opto-elettronicheper l'analisi del movimento (sistema ELITE, Elaboratore di Analisi
Televisive) sviluppate dal Dipartimento di
Bioingegneria e dal Centro di Biongegneria della
Politecnico di Milano e della Fondazione Pro
Juventute Don Gnocchi, sono emerse come shumenii
capaci di offrire consistente afidabilità, accuratezza e
flessibilità opemionale per l'impiego su piattaforme
orbitanti. I1 sistema ELITE consente di devare la presenza nell'ambiente di marcatori attivi o passivi, di
registrarne le coordinate bidimensionali e, attraverso
metodiche di stereofotogrammetria, di ricostruirne la
posizione tridimensionale. I1 vantaggio operativo per
l'installazione e l'impiego a bordo di moduli orbitanti
consiste nel fatto che al conhaio di sttumentazionida
calibrare sul soggetto("ratlge of tiiotios sirits") il sistema ELiTE è realizzato in modo da operare nell'ambito
di uno specifico volume calibrato, senza alcun contatto
con il soggetto e senza limitarne in alcun modo i
movimenti.
In questo senso, le tecnologie opto-elettronichesu cui
è basato il sistema emergono come particolarmente
adatte per la realizzazione di facilities per l''analisi
quantitativa tidimensionale del movimento umano in
microgravità,con specifiche finalità in campo seientifico e tecnologico:
Iapprofondimento delle conoscenze sui meccanismi
di controllo e apprendimento motorio, con risvolti sulla
L'equipaggio della missione EUROMIR '95.
Da sinistra a destra: Juri Gidzenko. comandante;
Thomas Reiter ingegnere di bordo;
Sergei Avdeev ingegnere di bordo.
P014L md CiR00UD
Iirn YIR
Layout del sistema ELITE-S nel Core Module della Stazione orbitante MIR.
La forma di calibrazlone & riportata in dettaglio.
definizione delle shulture ed identificazione dei paramehi di modelli interpretativi dei sistemi fisiologici;
W approfondimento della diagnostica di patologie
selezionate, sulla base di una maggiore comprensione
dei meccanismi di adattamento, e conseguentemente
degli effetti che palologie a diversa uiologia possono
indurre sul comportamento motono del paziente;
1trasferimentodelle conoscenze in riabilitazione per
lo sviluppo di procedure innovative e pianificazione di
specifici programmi per il recupero di mobilità in
pazienti con deficit motori o sensoriali;
progettazione ergonomica di veicoli spaziali, di
componentistica e sistemi di intemione uomo-macchina destinati a moduli orbitauti abitati, che tenga
conto delle prestazioni dell'astmnauta;
W definizione di programmi di attività fisica come
contromisura agli effetti della microgravità sull'uomo,
in preparazione di missioni di lunga durata.
La stazione orbitante russa MlR
L'esperimento tecnologico T4 "Human Posture in
Micmgraviiy" parte del programma sperimentale della
missione EUROMIR'95 ha dimostrato la praticabilità
d'impiego di una versione space-qiral$ed a quattro
telecamere (ELITE-S) del siitema ELITE, installata a
bordo del Modulo principale della stazione spaziale
russa MIR ed utilizzato nell'arco dell'intera durata
della missione (I 79 giorni). Olire alla raccolta di dati
di riferimento prima del volo dopo il rientro a terra
dell'equipaggio, sono state realizzateotto sessioni sperimentali in volo, che hanno consentito di acquisire
100 Mb di dati di movimento tridimensionali in
microgravità su due soggetti.
Il programma sperimentale dell'esperimento T4, articolato in diecio protocolli, è stato progeitato per lo studio di perJorn~ance motorie di estremo interesse
(postura ed equilibrio, coordinamento occhi-testamano, coordinamento testa-tronco, movimenti assiali,
respirazione, ergonomia).
L'esperimento ha rappresentato la prima esperienza di
installazione e ripetuto impiego di un siitema automatico di analisi del movimento durante una missione di
lunga durata.
I risultati ottenuti confermano la possibilità di impie
gare con successo una tecnologia opto-elettronica di
analisi del movimento a bordo di moduli orbitanti e
hanno consentito di evidenziare una serie di interventi
in campo tecnologico e metodologico volti alla valorizzazione dell'accuratezza dell'analisi cinematica,
athxverso l'incremento dell'affidabilità e della semplicità d'impiego del sistema.
La missione EUROMLR'BS
La collaborazione tra Agenzia Spaziale Italiana (ASI)
e Dipartimento di Bioingegneria del Politecnico di
Milano nasce in occasione della missione EUROMIR'95, realizzata dall'Ente Spaziale Europeo (ESA)
e dalllAgenzia Spaziale Russa (RKA).
La missione ha comportato la permanenza per 179
o
Avdeev) e di
giorni di un cosmonauta ~ s s (Sergiei
un astronauta europeo (Thomas Reiter) a bordo della
stazione spaziale russa MIR C la realizzazione di un
denso programma sperimentale, articolato in due raggruppamenti principali: esperimenti medico-scientifici
ed esperimenti tecnologici.
VASI ha curato dinamente la pianificazione di tre
esperimenti tecnologici, che prevedevano attività di
implementazione di specitico hardware di volo e una
conseguente attività sperimentale sia a terra prima e
dopo il volo (BDC pregight e post-j'ight) sia durante
la missione a bordo della stazione orbitante.
Lo scheduledella missione si t. articolatosu alcune tappe fondamentali: nel Luglio 1995, la capsula cargo
Pmgress, carica del materiale scientificoper gli espximenti di EUROMIR'95 partiva dal cosmodromo di
Baykonour in Kazahstan. Nell'Agosto 1995 venivano
realizzate le sessioni di trairiirig all'equipaggio e le
acquisizioni sperimentali pre-fliglit (Baseline Data
Collection) nella base di Start City, nei pressi di
Mosca, alle quali ha partecipato il tema di ricercatori
del Dipartimento di Bioingegneria, coiinvolti anche nella definizione di aspetti tecnici ed operativi dell'esperimento T4, simulando l'installazione, la calibrazion~
l'impiego del sistema ELITE-S all'intemo del inock-up
della Stazione MIR. Il 3 Settembre 1995 l'equipaggio
decollava da Baykonour a bordo di un vettore Soyuz.
Dopo 179 giorni di permanenza nello spazio, il 29 feb
braio 1996, gli uomini di ELIROMIR'95 rientravano
felicemente a temi. Dal 29 febbraio al 5 Marzo venivano realizzate le acquisizioni post-flight presso Star
City, con la diretta partecipazione di ricercatori del
Dipartimentodi Bioingegneria.
iì progetto "Human Posture in greak"
L'esperimento T4 "Human Posture in Microgravity"
ha coinvolto il Dipartimento di Bioingegneria del
Politecnico di Milano, in collaborazione con ALENIA
Spazio Torino sia per la pianificazione scientifica dell'esperimento, sia per la progettazione e realizzazione
dell'harhwre (ELITE-SI e del s o h a r e di volo.
ii sistema ELÌTE-S, è iato adaiiato alle esigenze di
peso ed ingombro richieste per I'uploading ed è stato
realizzato con componentistica space-qualijied e
secondo gli standard richiesti per soddisfare i requisiti
di resistenza meccanica, termica e di EMC imposti per
il funzionamentoa bordo della stazione MIR.
La configurazione finale del sistema comprendeva
quatiro TV camere, un box contenente I'eleitmnica
dedicata del sistema, un Expansion Tray per I'interfacciamento con il computer di volo. Accessori fondamentali quali la forma di calibrazione, brackets per il
fissaggio delle TV camere al modulo orbitante, marcatori ed adesivi per il loro fissaggio sul corpo del soggetto, completavano l'equipaggiamento sperimentale.
Il s o h a r e di volo. realizzato oresso il Dioartimento di
Bioingegneria ha consentito di impostare automaticamente i paramehi di acquisizione del sistema in hnzione di una predefinita sequenza di esperimenti per
ogni sessione sperimentale
La fase di installazione del sistema all'interno del
Core Module della stazione MiR ha previsto il fissaggio delle TV camere in opportune posizioni in modo
da assicurare la possibilità di definire un opportuno
campo di vista per una conveniente visibilità del
oggetto durante la realiazione degli esperimenti in
programma.
Il ridotto spazio a disposiiione e la necessità di semplificazione procedurale per gli operatori hanno imposto l'implementazione di una procedura di calibrazione del sistema non convenzionale, necessaria per la
ricostruzione delle coordinate iridimensionali dei marcatori acquisiti durante uno specifico movimento. Tale
metodica è stata basata sull'acquisiizione di un oggetto
tridimensionaleportante 22 marcatori opportunamente
dishibuiti sulla forma stessa.
L'obbiettivo primario dell'esperimento è stato I'acquisizione delle coordinate di specifici punti di repere
anatomici del soggetto, sui quali erano fissati i marcatori riconoscibili dal sistema, secondo opportuni
modelli di specifici per ogni protocollo. A partire dalle
coordinate tridimensionali dei marcatori, ottenute
dopo un post-processi~igconvenzionale a terra, il
movimento eseguito o la postura assunta è stata caratterizzata sia attraversouna analisi cinematica completa
(stima della cinematica del baricentro corporeo, calcolo di angoli ira segmenti corporei, velocità ed accelerazioni angolari e lineari, quantità di moto totale,
momento della quantità di moto) sia mediante metodi
di analisi di covarianza (metodo delle componenti
principali). L'intento è quelio di individuare opportuni
parametri che consentano di descrivere quantitativamente il movimento o la postura in analisi, mettendo
in luce modificazioni nelle strategie di controllo motorio e l'instaurarsi di processi di adattamento alla condizione di microgravità. L'esperimento nel suo complesso è stato organizzato in diversi raggnippamenti di
protocolli specifici. Esperimenti di neurofisiologia:
prevedono movimenti classici per i'analisi di pmmetri neurofisjologici di controllo e strategia di movimento. In particolare, movimento di perturbazione
volontaria della postura eretta (movimenti assiali, sollevamento arto inferiore, osciljazioni del tronco) consentono di valutare il ruolo che i canali informativi
rivestono nel quadra generale dell'organizmione del
movimento nell'uomo e nell'apprendimento di nuove
shategie motorie in assenza del riferimento gravitario.
Esperimenti di analisi posturale: forniscono una
descrizione posturale della percezione della verticalità
del soggetto (esperimento di postura eretta) e della
cosiddetta 'posizione indifferente" intesa come condizione di massimo rilassamento muscolare.
Misurazioni antropometriche del soggetto a partire
dalle posizioni dei marcatori acquisiti consentono di
effettuare valutazioni sulle modificazioni anatomiche
dovute all'assenza di sfom a carico degli arti inferiori
e della colonna vertebrale, evidenziando una possibile
correlazionetra tali modificazioni ed una ceda categw
ria di sintomi da "spacesicRnRFs".
L'awio dell'era della Siazione Spaziale internazionale
richiede la progettazione e la realizzazione di sitemi
intensi come veri e propri laboratori orbitanti. Questo
deve necessariamente prevedere una attenta analisi
quantitativa del comportamento motorio e posturale
dei soggetti in micrograviià, condizione fondamentale
per I'ottimizzazione ergonomica delle postazioni di
lavoro e l'affuiamento delle contromisure agli effetti
della micmgravità sull'uomo. L'obbiettivo dei protocolli di valutazione di posture di lavoro a bordo della
stazione spaziale.
~s~erimento
di respirazione: il protocollo di analisi
cinematica dei movimenti respiratori, messo a punto in
campo c l i c o come applicazione del sistema ELITE
convenzionale, ha consentito di valutare modificazioni
a breve e lungo termine di parametri fisiologici di
respirazione. L'obbiettivo di tale protocollo è stata la
valutazione della meccanica respiratoria dei soggetti
nelle vari fasi della missione, evidenziando gli effetti
del 'tJliiihshifE'sulla funzione respiratoria.
Collaborazione con esperimento di l$ science 38-D:
il sistema ELITE-S è stato utilizzato oltre che per le
già citate acquisizioni proprie dell'esperimento T4,
anche nell'ambito di una collaborazione con il
Dipartimento di Neurologia del19UniversitàLudwig
Maximilian di Monaco di Baviera (Prof. Thomas
Brandt, Prof. Marianne Dietrich). I1 sistema è stato
impiegato per l'acquisizione di dati cinematici dei
soggetti a terra ed in volo durante I'esperimento tedesco di video oculografia e di stimolazione optocinetica.
L'intento è stato quello di verificare se alcune disfunzioni di controllo motorio e posturale, riscontrate in
pazienti con patologie a carico del tronco encefalico,
possano essere indotte su soggetti sani dall'assenza di
gravità e correlate con alcuni sintomi di disorientamento e mal di spazio accusati da alcuni astronauti .
Risultati
L'esperimento T4 "Human Posture in Mimgravity"
ha rappresentato la prima esperienza in assoluto di
analisi quantitativa tridimensionale del movimento
umano a bordo di una stazione orbitante, durante una
F
missione di lunga durata. La sua realizzazione è stata
resa possibile daUa particolare flessibilità del sistema
di analisi preso in considerazione e dalle previste
modalità di calibrazione ed esercizio. Dal ounto di
vista tecnologico, l'esperimento ha riscosso un pieno
successo: Hardware e Soiìware hanno funzionato seE
za inconvenienti per tutta la durata della missione. Dal
punto di vista delle procedure a bordo, l'esperienza di
EUROMiRP5 ha evidenziato la necessità di snellire
le attività sperimentali, sia in termini di tempo da allocare per ogni sessione sperimentale, sia in termini di
impatto sulle attività a bordo deUa stazione, a causa
della necessita di utilizzare completamente lo spazio
disponibile all'interno del modulo prescelto per gli
esperimenti. L'equipaggio della missione è stato
comunque ampiamente all'altezza del compito e,
nonostante le intrinseche difficoltà deil'esperimento,
tutte le sessioni in programma sono state realizzate,
acquisendo circa 50 minuti (2.986 sec) di acquisizioni
in volo e 105.860 fotogrammi di posture dei soggetti,
che si stanno rivelando del tutto sufficienti per il
raggiungimentodegli obbienivi tecnico-scientifici dell'esperimento. Controllo posturale in microgravita il
molo del vettore gravità per il corretto posizionamento
corporeo è un argomento di attuale dibattito nell'ambito della neurofisiologia posturale. In questo ambito,
i'ambiente microgravitario rappresenta una condizione
sperimentale estremamente utile per isolare le variabili
ritenute alla base dei meccanismi di regolazione posturale. Due ipotesi contrastanti vengono attualmente
discusse. Secondo la prima, la postura eretta viene
ottenuta allineando l'asse del tronco (asse Z) lungo la
direzione verticale assoluta. L'ipotesi alternativa afferma invece che la postura eretta venga regolata posizionando la proiezione del centro di massa (CM) all'intemo della superficie di appoggio. Con la specifica
finalità di verificare come le due variabili in questione
fossero regolate nel corso di una prolungata esposizione alla microgravità, a partire dai dati cinematici raccolti sui due soggetti, sono stati verificati gli angoli
articolai e la posiiione del centro di massa. L'evidenza
di un controllo del CM anche in ambiente microgravitario avrebbe supportato l'ipotesi del CM come variabile controllata. I risultati moshano che l'inclinazione
del tronco rimane consistentemente stabile e fornisce al
Il cosmonauta russo Sergei Avdeev impegato
neli'esecuzione del protocollo di movimenti assiali
a bordo della stazione MIR. Sono evidenti
le telecamere e i marcatori passivi di ELITE-S
e la massa aggiuntiva prevista per causare
una perturbazione artificiosa nella distribuzione
delle masse corporee.
I
l
I
Posizione della proiezione del centro di massa
sul piano di appoggio rispetto all'asse dell'articoiazione
della caviglia (media e deviazione standard)
in condizioni di visione normale (EO) e visione occlusa
(EC). I dati sono relativi alle acquisizioni di riferimento
pre-volo (F- 17) a 4 sessioni in volo (FD) e ad una
sessione dopo il volo (R+5).
Rappresentazione a stick-diagram della posizione
indifferente (Neutra1 Body Posture). corrispondente
al massimo rilassamento muscolo-articolare
in microgravità, acquisita al 69 giorno di volo.
L'accurag caratterizzazione quantitativa posturale
in assenza di gravita assume una rilwanza particolare
la progettazione ergonomica di moduli e sistemi
destinati ad impiego in orbita.
soggetto un riferimento posturale affidabile. La posizione del cenm di massa, invece, inizialmente sensibilmente al di fuori della superficie di appoggio, appare
essere gradualmente recuperata, evidenziando il riemergere di strategie posturali più tipicamente terrestri
organizzate su meccanismi di distribuzione delle mas
se corporee nello spazio.
Human Factors Engineering-Human Machine
Interface: a partire dati relativi a posture di lavoro
(t)ping, ivriting, traiislatioiis).L'intento è quello di
costituire un database di movimenti, che possano
essere di riferimento perla progettazione di componentistica e postazioni di lavoro per moduli orbitanti.
Con questa finalità i dati tridimensionali acquisiti sono
utilizzati come parametri nell'ambito di s o h a r e di
simulazione del movimento umano (Robcad, Jack) e
di rappresentazione grafica (SofiImage) in ambiente
Unix, capaci di fomire indicazioni quantitative per la
progettazione ergonomica.
Prospettive future
Il successo del sistema ELITE-S nell'ambito deUa
missione EUROMIR '95, ha destato l'interesse di
agenzie spaziali e di ricercatori impegnati in programmi di Life Science, soprattutto in riferimento alla aper-
tura di una nuova era in campo spaziale, segnata dalVawento della Stazione Spaziale Internazionale(ISS).
E innegabile che la disponibilità di un sistema di analisi tridimensionaledel movimento, validato per impieghi a bordo di moduli orbitanti, apra un vasto campo di
possibili sperimentazioni tecnologiche e scientifiche.
in questo senso, la sfida tecnologica e scientifica dell'immediato futuro è la progettazione e la realizzazione di un siitema di analisi quantitativa del movimento
tridimensionale che possa essere installato permanentemente a bordo deUa Stazione Spaziale ed impie
gato come faciity di analisi del movimento nell'ambito di sperimentazioniproposte dalla comunità scientifica internazionale. In questo ambito sono state awiate
fattive collaborazioni tra il Dipartimento di
Bioingegneria del Politecnico di Milano ed istituzioni
tecnico scientificheinternazionali ed agenzie spaziali:
* Department of Aeronautics and Astronautics del
Massachusetts Institute of Technology nella persona
della Profssa Dava Newman, Principal Investigaior
dell'esperimento Enhanced Dynamic Load Sensors
(EDLS) già impiegato con successo a bordo della
Stazione MIR. L'obbiettivo è quello di realiire un
sistema integrato per effettuare un'analisi multiparametrica quantitativa di specifici taskmotori eseguiti da
soggetti in microgravità.
National Space Biomedical Research lnstitute
(NSBRI) nell'ambito di un accordo quadro tra NSBRI
e il Politecnico di Milano, finalizzato a ricerche biomediche per l'esplorazione umana nello spazio.
ELITE42 su European Physiology Module; la versione avanzata del sistema ELITE-S, ELITE-S2,k stata proposta dall'Agenzia Spaziale Italiana comefacili@
nazionale in campo delle Life Science e accettata ufficialmente dall'Agenzia Spaziale Europea per far parte
del modulo europeo European Physiology Module
(EPM) che sarà a bordo del modulo europeo
Columbus della Stazione Spaziale Internazionale. in
questo quadro ASI sta finanziando uno studio di fattibilità per I'implementazionedel sistema.
* Accordo CNES-ASI per ELITE-S2 neli'ambito degli
accordi europei per lo sviluppo delle facility destinate
alla Stazione Spaziale Internazionale, l'Agenzia
Spaziale Italiana e il Centre National d'Etudes
Spatiales (CNES) hanno raggiunto un accordo ufficiale per lo sviluppo congiunto di una sistema di analisi
del movimento tridimensionale, in cui convergano le
esperienze maturate dalle due agenzie e dalle università ed industre nazionali in seno ad EUROMIR'95
(ELITE-SZ : ASI e Politecnico di Milano con Alenia
Spazio, Bioengiee~gtechnology and Systems) e più
recentemente in seno a Neurolab (KinElite: CNES,
Matra-Marconi).
Conclusioni
Lo scenario pdcolannente positivo a livello nazionale
ed internazionale garantisce al Dipartimento di
Bioingegneria del Politecnico di Milano di assumere
un molo da protagonista nello sviluppo di un sistema di
analisi del movimento destinato ad impieghi in micmgravità sulla Stazione Spaziale Internazionale. Questo
successo si deve principalmente alle caratteristiche
delle tecnologie opto-elettroniche sviluppate in seno al
Dipartimento che le rendono ideali candidate come
faciliij~permanenti a bordo di moduli orbitanti.
E nostro auspicio che le collaborazioniavviate a livello di Agenzie nazionali e sovranazionali, così come
con Istituzioni tecnico-scientifichenell'ambito di progetti comuni di sviluppo tecnico-scientifico ottengano
quel supporto necessario per la realimione e I1insta!lazione del sistema a bordo della Stazione Spaziale. E
nostra convinzione che la disponibilità di un'adeguata
tecnologia sia condizione necessaria per poter shttare
appieno le opportunità di ricerca scientifica in ambiente microgravitario offerte dall'awento della Stazione
Spaziale Internazionale, concretizzando finalità di e l e
vato profilo in campo rtecnologicoe scientifico.
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Sciences Research in Space. Trondheim, Norway,
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Logo del programma di ricerca MICRO-G
(Micrograiv and Crew Reactions in O-G) frutto della
collaborazionetra Dipartimentodi Bioingegneriadel
Politecnico di Milano e Dipartimento di Aeronautca
ed Astronautica del Massachusetts Institute
of Technology.
G . Ferrigno, G . Baroni, A. Pedotti (1999)
Methodological and technological iniplication o j
quantitative hurnan niovenient analysis in lorig-teim
spaceflghts. J Biomech 32(4) 431-436
Fifth docking mission continues U.S.
work on Mir
Capitano Michael Baker
Asuonauio NASA
STS-81 was the fifth Shuttle-Mir docking mission.
The crew patch is shaped to represent the Roman
numera1 V. The Shuttie Atlantis. OV-104. is launching
toward a rendezvous with the Russlan Space Station
Mir which is silhouetted in the background. Atlantis
and the STS-81 crew spent several days docked to
Mir during which time Astronaut Jerry Linenger
replaced Astronaut John Blaha as the U.S. crew
member on board the Russian Space Station.
Scientific experimenu and logistics also were
transferred between Atlantis and Mir. The U.S. and
Russian flags are depicted along with the names of the
shuttle crew members.
Space Shutile Atlantis
Jan~ary12-22,1997
Commander: Michael Baker
Puoi: Brent Jen
Mission: John Grunsfeld
Specialists: Marsha Iviis, Jeff Wisoff, Jeny Linenger,
John Blaha
With John Blaha back on Earth the American presence
on the Russian space outpost Mir continued 4 t h Jeny
Linenger. Blaha amved back on terra firma after a
total of 128 days in orbit, 118 of those spent-for al1
intents and purposes-in a foreign country.
"Welcome! Welcome! Welcome!" Blaha said on
Januaw 14. when the hatches between Atlantis and
Mir ol;ened and a raucous round of greetiigs began.
"Welcome to space station Mir, a truly intemational
space station." Moments earlier, STS-81 Commander
Mike Baker and Mir 22 Commander Valery Korzun
had embraced in the docking adapter comecting the
hvo spacecraft, and pilots, flight engineers and mission specialists reveled in each other's companionship.
In addition to the exchange of crew members, Mission
Specialist Marsha Ivins, Jeff Wisoff and the rest of the
crew toted three tons of equipment, supplies and experiment samples back and forth between the two space-
craft. Another 1,600 pounds of drinking water were
transferred to Mir's tanks using contingency liquid
containers. The supplies and equipment will be used
by Linenger and his crew mates as they conduct
research over the next several months.
During a joint news conferente, the Mir commander
said, "We have the greatest impression of the work we
did together and the friendship \ve developed over the
four months onboard." "I think this program is not
only about space exploration but also about the relationship between our two counlries and that's ihe most
important thiig," Blaha agreed. "In the course of ihis
flight, our relationship among ourselves built up very
well and 1 have the best of impressions of Russia and
the Russians." As Blaha rode back to Euth in a special middeck seat designed to make his readaptation to
Earth's gravity more comfortable, Linenger was
unpackinghis gear and getiing used to his new orbita1
home. As of January 24, 1997, Americans had spent
306 consecutive days onboard Mir.
Mission Events
NASA's first shuttle mission of 1997 began with the
Atlantis' launch at 3:27 a.m. CST, January 12.
The first full day on orbit was spent activating the
experiments in the Spacehab module, filling water
As seen from the Space Shuttie Atlantis. this 35mm
frame affords a full view of Russia's Mir complex
during approach for docking.
contàiers with drinking water and checking out the
tools to be used during the rendezvous and docking
operaiions.
Prior to docking with Mir, the STS-81 crew activated
a radiati00 monitor in addition to the Biorack multipurpose facility designed to investigate the effects of
microgravity and radiation on plant, tissue, cell and
hngw growth. In addition, a significant portion of flight day two was spent setting up and testing the onboard treadmill, which is designed for use in the
Russian Service Module of the International Space
Station (ISS). These tests evaluated the restraint
system, motorization, mnning surface stability, and
effectiveness in reducing diiiurbances to the microgravity environment during exercise.
Commander Mike Baker and Pilot Brent Jett guided
Atlantis to the fifth linkup with Mir at 955 p.m. CST,
January 15. The hatches were opened two hours later
at 1157 p.m. After an infomal welcoming ceremony
in the Mir's core module, the crewmembers conducted
a safety bnefing and went right to ivork, hauling top
priority resupply items into the Russian station.
Atlantis and Mir undocked at 8:15 p.m. CST, January
19. After the shuttle separated from Mi,Pilot Brent
Jett initiated a two-revolution fly around of the
Russian complex at a distance of about 560 feet. At
-
b
Cosmonaut Valeri Korzun (second left), along with
astronauts Michael Baker (second rlght) and Brent
Jett. unstow a gyrodyne. a device used for attitude
convol. for transfer to Mir. Astronaut Marsha Ivins
lwks over a lengthy inventory of supplies to be
msferred.
As their respective roles are switched,jerty Linenger
(left) partakes of one of his first meels of Mlr f w d
while John Blaha has one of his final snacks aboard
Russia's Mir space statlon.
10 p.m., Jett fired maneuvering jets to separate
Atlantis h m Mir to begii the journey home.
The fifih joint mission between the U.S. Space Shuttle
and the Russian Space Station Mir concluded with a
landing at Kennedy Space Center at 8:23 a.m. January
22, 1997. This ended 128 consecutive days in space
for astronaut John Blaha, 118 of those were spent as a
Mir crew member.
I
Payload Descriptions
Fundamental biology:
The micmgravity enviroment on a long duration mission pmvides an ideal oppominity to determine the
role gravity plays in molecular mechanisms at a cellular level and in regulato~yand sensory mechanisms,
and how this affects development and fundamental
biologica1 growth. Fundamental biology also is
responsible for characterizing the radiation of the Mir
environment and determining how it may effect station-based science.
Environmental Radiation Measurements: Exposure of
crew, equipment, and experiments to the ambient space radiation envimnment in low Earth orbit posa one
of the most significant problems to long-term space
habitation. As part of the coilaborative NASAIMir
Science program, a series of measurements is being
compiid of ihe ionizing radiation levels aboard Mir.
During the mission, radiation was measured in six
separate locations thronghout the Mir using a varieiy
of passive radiation detectors. This experiment will
continue on later missions to measure and map the
ionking radiation environment of Mir. These measurements wii yield detailed information on spacecraft
shielding in the 51.6-degree-orbit of the Mir.
Comparisons will be made with predictions h m space environment and mdiation transport models.
Greenhouse-integmted Plant Experiments: The micm
gravity envimnment of the Mir space station provides
researchers an outstanding opporiuniiy to study the
effects of gravity on plants, spifically dwadwheat.
The greenhouse experiment detennines the effects of
space flight on plant pwth, reproduction, metabolism, and pmduction. By studyiig the chemical, biochemical, and stniciural changes in plant tissues, researchers hope to understand how pmcesses such as photosynthesis, respiration, transpiration, stomatal conductance, and water use are affected by &e space station environment. This study is an important area of
research, dire to the fact that plants could eventually be
a major contributor to l i e support systems for space
flight Plants produce oxygen and M,while eliminating carbon dioxide and excess humidity from the
environment. These functioos are vital for sustaining
life in a closed environment such as the Mir or the
Intematiorni Space Station.
Wheat is planted and grown in the "Svet," a
Russian/Slovakian developed plant growth facility,
wvhere photosynthesis, transpiration, and the physiological state of the plants are monitored. The plants are
observed daily, and photographs and video images are
taken. Samples are also collected at certain developmenta1 stages, fixed or dried, and returned to Earth for
analysis. Human Life Sciences: The task of safely keeping men and women in space for long durations,
whether they are doing research in Earth orbit or
exploring other planets in our solar system, requires
continued improvement in our understanding of the
effects of space flight factors on the ways humans live
and work. The Human Life Sciences (HLS) project
has a set of investigations planned for the Mir
23NASA 4 mission to determine how the body adapts
to weightlessness and other space flight factors, includ i g the psychological and micmbiological aspects of
a confined environment and how they readapt to
Earth's gravitational forces. The results of these inve
stigations will guide the development of ways to
minimize any negative effects so that crew members
can remain healthy and efficient during long flights, as
well as afier their return to Earth.
Assessment of Humoral Immune Function During
Long Duration Space Flight: Experiments concerned
with the effects of space flight on the human immune
system are important to protect the health of long
duration crews. The human immune system involves
both humotal (blood-bome) and cell-mediated responses to foreign substances known as antigeas. Humoml
responses include the production of antibodies, which
can be measured in samples of saliva and serum
(blood component). The cell-mediated responses, which involve specialized white blood cells, appear to be
suppressed during long duration space missions.
Preflight, baseline saliva and blood sample are collected. While on Mir, the crew is administered a subeutaneous antigen injection. in flight and post flight, follow-up blood and saliva samples are collected to measure the white blood cell activation response to the
antigen.
Diffusion-Controlled Crystallization Apparatus for
Microgravity: Protein crystals are used in basic biole
gical research, phannacology and dnig development.
Left n, Righc, astronautsjerry Linenger. Marsha Ivins
and Peter Wisoff check out the treadrnill vibration
isolarion stabillzation system (TVIS) onboard Atlantis.
Eaith's gravity affects the purity and stnictural inte-
gdy of crysials. The low gravity environment in space
allows for the growth of larger, purer crystals of greater stnictural integrity. Therefore, the analyses of some
protein crystals groivn in space have revealed more
about a protein's molecular stnicture than crystals
grown on Earth. During STS-Il, astmnauts will retrieve proteii samples that have been growing on Mir since the STS-79 docking on September 19 and replace
them with new samples.
h the experiment chamber called the Difision-controlled Crystallization Apparatus for Microgravity
(DCAM), crew members will remove the "growing"
samples and replace them with 162 new samples. The
DCAM is designed to grow protein crystals in a
microgravityenvironment. It uses the liquidniquid and
dialysis methods in wvhicb a precipitant solution diffuses into a bulk solution. In the DCAM, a "button"
eovered by a semi-permeable membrane holds a small
protein sample but allows the precipitant solution to
pass into the protein solution to initiate the crystallization process. The DCAM is a method to passively
control the crystallization process over extended
periods of time. The Principal Investigator is Dr.
Daniel Carter of Marshall Space Flight Center in
Huntsville, AL.
Gaseous Nitrogen Dewar: Frozen protein samples
will be transported to the Russian Mir space station in
a gaseous niirogen Dewar (GN2 Dewar) on STS-81,
and the existing protein crystals on board Mir from the
STS-79 mission will be retumed to Earth for laboratoxy analysis. The Dewar is a vacuum jacketed container with an absorbent inner liner saturated with liquid
nitrogen. The protein samples will remain h z e n for
approximately hvo weeks, until the liquid nitrogen has
completely boiled off. This pmvides ample time to
transpori and transfer the Dewar to the Mir station.
Afler the liquid nitrogen is completely discharged, the
samples will thaw to ambient temperature and pmtein
crystals will nucleate and start growing over the fourmonth duration of the mission.
The Principal Investigator is the University of
California - Riverside. Liquid Metal Diffusion (LMD)
using MIM: Tbe LMD experiment will measure the
ditlùsion rate of molten indium at approximately 392
degrees F. Diffision is the process by which indivi-
dual atoms or molecules move as a result of random
collisions with neighboring atoms and molecules.
Diffusion is difficult to study on Earth because gravity
masks the effect of the collisions, that is, hot poekets
of liquid rise while the more dense, cooler area sink.
Radiation detectors in the LMD hardware will measure the diffusive motions of a radioactive tracer in nonradioactive indiurn. The Microgravity Isolation Mount
(MIM) will be used to isolate the experiment from
vibrations which could disturb the liquid indium
d u ~ the
g experiment and induce motions which are
not diffisive. The MIM also will be used io provide
measured vibrations for some samples to determine
how easily d i s i o n can be affected by these forces. A
total of five samples wdl be processed. The information obtained from difhsion measurements can be
used to determine the rate at which material travels
behveen hvo bodies of fluids separated by a stagnant
layer which the material must d i i e through. This is
a common occurrence for some types of crystal
growvth and aUoy processing on Earth. The Pnncipal
Investigator is the University of Alabama - Huntmille.
Optical Properties Monitor (OPM): OPM is the first
experiment capable of relaying on-orbit data which
will measure the effect of the space environment on
optical pmperties like those of m i m used in telescopes, and structural eletnents like the coatings used on
space hardware. OPM instniments will measure
various optical properties of the overall experiment,
shonring to what extent the samples deteriorate over
the course of the experiment.
Once aboard Mi, American astronauts and Russian
cosmonauts mounted the monitor to the outside of the
space station. This marked the first experiment
deployed jointly by the U.S. and Russia.
Information gathered was used to improve designs of
optical and shuctural elements of spacecraft, particularly the Intemational Space Station. It also will be
used to plan maintenance schedules for in-orbit satellite~,based on measured rates of degradation.
OPM tvas developed by NASA's Marshall Space
Flight Center and AZ Technology of Huntsville, AL.
It is scheduled to be retrieved from Mir in Febmary
1998 during the STS-89 mission. The Principal
Investigatorwas AZ Technologyin Huntmille, AL.
KIDSAT
The electric still cameras aboard Atlantis supported
the second flight of KidSat, as part of NASA's threeyear pilot education program designed to bring the
fiontiers of space exploration to 15 U.S. middle school
classmms via the Intemet.
The pilot program is a parinership between NASA's
Jet Propulsion Laboratory (JPL), the University of
California at San Diego (UCSD), and the Johns
Hopkins University Institute for the Academic
Advancement of Youth (JHU-IAAY).
During the shuttle flight, the KidSat mission operations center at UCSD will be s t a M by undergraduate
and high school students. The center has capabilities
similar to those of Mission Control at NASA's
Johnson Space Center (JSC) in Houston. The students
receive telemetrv h m the shuttle on their comouter
monitors and can iisten t0 and receive instructions
fromNASA's flightcontro1lers aver direct channek t0
JSC.
The KIDSAT mission operations team monitors the
shuttle's progress around the clock and continually
provides up-todate information to the middle schools,
who are using the Intemet to send instructions to phe
tograph specific regions of the Earth. S i c e any chan
ge in the shuttle's orbit can affect stu&nts9 selections,
UCSD constantly updates this information so that the
middle schools may re-plan their photopph requests
if necessary. This is done through a sophisticated web
site that allows middle school students access to interactive maps of orbit ground tracks and other mources to aid in photo selection.
When the image instructions have been verified by
KidSat mission operations, they are compiled into a
single camera control fde and fonvarded electronically
to the KidSat representatives at JSC. They pass this
fde on to flight controllers who uplink it to an 1BM
Thinkpad comected to the KidSat camera. Software
on the thinkpad, developed by students working at
JPL, uses these commands to control the camera.
These same students trained the asimnauts on the use
of the sofiware and the installation of the KidSat
camera in the shuttle's overhead window.
After the photographs are taken, they are sent back
down to the KidSat Data System at JPL, staffed by
high school students during the mission, and posted on
the wvorld wide web for the middle school students to
study and analyze. The cumculum used by the middle
school students and teachers was developed by the
JHU-IAAY and UCSD. Teachers pariicipatiig in the
mission leam to use the cumculum during summer
training workshops.
Biography
Commander: Michael A. Baker (Capt., USN). Baker,
43, was born in Memphis, TN,but considers Lemoore,
CA, to be his hometown. He graduated from Lemoore
Union High School, and received a bachelor of science degree in aerospace engineering from the
University of Texas. Baker completed flight training
and eamed his Wings of Gold at Naval Air Station
Chase Field, BeeviUe, TX.
Baker was selected for the astronaut program in June
1985. He wvs a veteran of three space flights including, STS43 in 1991, STS-52 in 1992, and STS-68 in
1994, and with the completion of STS-81 has logged
more than 964 hours in space.
From March to October 1995, Baker was the Director
of Operations for NASA at the Gagarin Cosmonaut
Training Center in Star Ciiy, Russia, responsible for
the coordination and implementation of mission ope
rations activities in the Moscow region for the ShuttleMi pmgram.
Crew in flighc Left t0 Right at bottom of frame. Peter
Wisoff. John Blaha, Marsha Ivins. Aleksandr Kaleri.
In the top half of Scene, from top leff Brentjett John
Grunsfeld, Jerry Linenger. Michael Baker and Valeri
Korzun.
TabeUa 1
al) Equazione
-=-
PT
i2) P~
PT
-
Limitato da:
G ~ A ~
4,l'
c"xumcna di
G ~ A ~
rnrrimaanniconh
d u r r m i di
.ntenoasbado
4,l'
Appiicdone tipica
Rapporto di trarmissione
pimiamcnto
oC
~
U
r
s
aauotenadipmamerd
a m a anni eonh
dimmriardi mnnm
dimemimedi a n i c m
Introduzione
Considerando le limitate capacità dei primi vettori di
lancio, le comunicazioni satellitari sono cominciate
con satelliti sperimentali LE0 (Low EartA
Orbit)(Telstai e Rela~i).
A questa fase segui una dimostrazione di fattibilità e
una diffusa applicazione dei GEO (satelliti geosiazionari) i cui vantaggi, identificati chiaramente fin dall'iniziale proposta di Clarkel, si identificano nella loro
capacità di definire un sistema "fisso" rispetto alla
Terra. Ciò permette di richiedere unicamente la presenza di tre satelliti per ottenere una copertura globale
(con esclusione delle regioni polari). Questo vantaggio
è apparso così importante, da porre in secondo piano
le perplessità riguardo la considerevole propagazione
del ritardo che, nonostante fosse di un livello accenabile, produce effetti percettibili sulla velocità di comunicazione. Di. particolare rilievo tra le succitate applicazioni è stata la rete Intelsat, che realizzò il sogno di
connettere tutti gli stati nel mondo, anche se isolati o
in via di sviluppo. A causa delle limitazioni nella
potenza e misura dei satelliti, erano tuttavia necessari
imponenti terminali di terra, con antenne del diametro
di 30 metri. Questo requisito è risultato accettabile
anche se ben lontano da un'ottimiiione economica,
perché queste stazioni potevano essere condivise a
livello di un intero Stato. L'evoluzione dei sistemi
satellitari ha portato comunque verso terminali più
piccoli che potessero servire un'area più ristretta o
addirittura un singolo utente. Inoltre, è cresciuta la tendenza verso l'uso di più alte frequenze, per ottenere
maggiori capacità di comunicazione. A questo pmposito permettetemi di fare qualche considerazione. In
Figura 3
Funzioni di accesso ed interconnessione in un sistema
multisatellitare: il sistema corrisponde ad una rete
terrestre in cui le stazioni di base, le stazioni
di controllo e le reti di interconnessione sono state
trasferite nello spazio. Una singola stazione gateway
b sufficiente in linea di principio per connettere il
sistema alla rete terrestre (ad esempio la soluzione
IRIDIUM, vedi Tabella I).
Tabella l sono riportate le maggiori caratteristiche
concernenti alcuni sistemi GEO, ME0 e LE0 esistenti
o proposti, che usano frequenze a partire dalla banda L
(1-2 GHz) alla banda Ka (20-30 G~Z)~".
in ciascuna
delle categorie GEO, ME0 e LEO, le prime due
colonne sono relative a sistemi mobili o mobili personali, dove il temine "mobile" indica operazioni con
piccoli terminali di tetra capaci di essere montati e utilizzati su veicoli e di usare, moderatamente, antenne
direzionali; il termine "mobile-personale" indica operazioni con terminali palmari che usano antenne omnidirezionali per evitare problemi di puntamento.
L'ultima colonna relativa ai satelliti GEO e LE0
riguarda sistemi a larga banda che usano piccoli terminali da installarepresso siti predefiniti dall'utente.
Copertura completa versus copertura "a spotn
L'architettura dei sistemi satellitaripuò essere classificata, in principio (Figura 2) in due categorie concettualmente differenti: a) sistemi che usano un transponder trasparente ed un'antenna a copertura completa
(cioè un'antenna che copra I'inera area di nutenza);
b) sistemi cellulari che usano antenne multifascio e
on-boardnvitchirig. Da notare è che sebbene i satelliti
multifascio producono una copertura cellulare concettualmente identica alla copertura di sistemi cellulari
terrestri, c'è una difirenza fondamentaleriguardo alla
dimensione della cellula, che è molto più elevata nel
caso dei satelliti. La soluzione a) è ottimale quando lo
stesso segnale èinviato a tutti gli utenti connessi in
"broadcastiiig". E tuttavia lontana dalla soluzione 0thmale quando segnali differenti sono inviati ad utenti
differenti e, nel caso estremo, quando ogni segnale
particolare è inviato ad un siigolo utente; questo chia-
Figura 4
Funzione di accesso solo In sistema mutisatellitare:
corrisponde ad una rete terrestre in cui le stazioni
di base sono state trasierite nello spazio (ad esempio
la soluzione Globestar. vedi Tabella I).
ramente awiene in conversazioni bilaterali, cioè nei
classici sistemi di telecomunicazioni.
In effetti, inviando dappertuito un segnale che abbia
una specifica destiiazione, si produce dispersione di
potenza e di spettro di frequenza. In questo caso, la
soluzione b) è più conveniente perché permette di:
risparmiare potenza da satellite e da tetra concentrando
e f o c a l i d o l'irradiazione e la captazione del segnale lungo la direzione di interesse, di riutilizzare le
medesime frequenze su fasci non adiacenti.
Questi vantaggi, tuttavia, vengono raggiunti a costo di
una maggiore complessità e di una flessibilità molto
ridotta. Con riferimento all'ultimo punto, si consideri
ad esempio che la soluzione a), al contrario di b), consente di cambiare, in un determinatosistema satellitare
anche se gia operativo, il metodo di modulazione e di
accesso senza la necessità di variare il segmento di
spazio.
Broadcasting
Sulla base delle considerazioni precedenti e valutando
le potenzialità dei satelliti che posso essere costnllti e
lanciati ai nostri giorni, è immediato concludere che i
satelliti GEO sono particolarmente adatti ad ofire,
con configurazioni semplici e flessibili, broadcastitig
televisivi con l'impiego di terminali a ridotta apertura
(antenne con diametri di pochi decimetri). La menzionata flessibilità permette oggi di variare in un deteminato satellite la trasmissione di segnali visivi da analogica a digitale, approfittandoin questo modo delle tecniche moderne ed avanzate di compressionea larghezza di banda. E possibile la allocazione di almeno cinque canali digitali in vece di un canale analogico.
Comunicazionibilaterali
Quando, contrariamenteal puro broadcasti~~g,
è necessaria la trasmissione di ritorno da un piccolo terminale,
nascono notevoli difficoltà a causa delle limitazioni di
potenza nei terminale stesso. Casi estremi sono :
Catiale di iitortio coli tiiolta riiiriore
capacità rispelto al canale diretto
Questa è una situazione che nasce ad esempio in sistemi di teleeducazione, quando un segnale video è trasmesso da un centro di insegnamento ad una comunità
di utenti mentre un segnale audio è messo a disposizione per una comunicazione di ritorno (per domande,
osservazioni etc.). ,Alcuni sistemi V-SAT, rientrano in
questa categoria. E in effetti la modesta capacità del
canale di ritorno che consente di mantenere entro limiti accettabili la potenza di trasmissione da piccoli terminali di terra. Un'ulteriore riduzione di tale potenza
pub essere ottenuta usando un sistema multifascio sulI'irplink, a patto che tale riduzione sia così importante
da giustificare l'incremento di complessità.
Comirriicazioiii bilanciate bilaterali irtente-iriente
Come già rilevato, questa soluzione è tipica di classiche telecomunicazioni per le quali la soluzione ottimale in termini di potenza e spettro di frequenza k un
sistema multifascio (o cellulare). Daremo attenzione a
questo aspetto nei prossimi paragrafi. in Figura 2, si fa
riferimento a soluzioni che sono tipiche dei sistemi
GEO e particolarmente di un satellite GEO che serve
una determinata regione.
Se si considerano sistemi multiisatellitari (e questo è
sempre più il caso per sistemi ME0 e LEO) i collegamenti intersatellitari possono dare la possibilità di
-hhlld
Probabilitàdi raggiungimento per la quale la attenuazionetotnle non varia con la frequenza
G H ~
11.6
15
20
25
30
35
40
45
50
Figura 5
Distribuzionidi attenuazionea 1 1.6 GHz per diverse
stazioni italiane (angolo di elevazione 33 gradi).
-
interconnettere utenti connessi a diversi satelliti
(Figura 3). Questa è la soluzione adottata per la rete
IRiDlUM, e i sistemi Spaceway e Teledesic.
Funzioni di commutazione possono essere trasferite
dallo spazio a terra in una stazione hirb attraverso la
quale vengono allestite connessioni doppio-liop.
In questo caso, come riportato in figura, anche le connessioni tra diversi satelliti possono essere reaiiiate
attraverso la rete terrestre. Questa soluzione, che coinvolge le connessioni doppio-hop, non è adeguata per
la trasmissionevocale in sistemi GEO a causa dell'elevata propagazione del ritardo; al contrario puii essere
adottata per sistemi LEO, a patto che venga allestito
un numero sufficientedi stazioni di terra.
Lario
8 1U'
101
1.4IO-'
1.710'
1.9 10j
2 10'
2.2 10'
22 lo3
Genova
7 10-1
10'
1.5 10'
2 io->
2.3 10'
2.6 10'
2.7 10'
2.7 10'
ricezione. Per il caso a) devono essere considerati due
sottocasi (al e a2). 1 casi a) e b) avevano o avranno
applicazioni pratiche come indicato ;il caso C) sarà di
interesse per futuri sistemi ad elevate capacità, come
discusso più avanti.
Consideriamo come la capacità di trasmissione cambia
aumentando la Frequenza. La capacità di trasmissione
Tabella 3
Fattori moltiplicativi a 11.6 GHz per scalhig
in attenuazione di frequenza
30
45
SO
Frequenza (GHz) 20
FattoreMoltipl
2.45 4.5
6.3
7.5
C su una certa area può essere definita come :
dove B è la banda a disposizione e k è il numero di
volte che viene riutiliita. Ricordiamo ora che, come
regola di base :
Roma
Cagliari
5 lo'
7 lo'
9 10-1
1.1 10'
1.210'
1.4 10'
1.4 io3
1.45 le3
1.4 lU'
2 10-1
2.7 lff
3.4 lo<
3 lo-'
4 lo<
5.1 113'
5.2 10'
che principali di tali distribuzioni dell'attenuazione da
pioggia sono come segue :
* il margine di potenza necessario aumenta sempre più
rapidamente quanto più si decresce la probabilità di
raggiungimento (da notare è, a questo proposito, che
I'attenuazione da pioggia aggiuntiva è tremendamente
differente dalla ben nota attenuazione aggiuntiva a
causa della propagazione ~tiirltipatIi,sperimentata per
esempio in relays radio terrestri, dove cresce con
incremento costante di 10 dsldecade);
* I'attenuazione è maggiore in regioni cliiaticamente
sfavorevoli ;
l'attenuazione aumenta con la hquenza: in Tabella 3
sono riportati i coeilicienti per i quali I'attenuazione
(in dB) a 11.6 GHz deve essere moltiplicata per ottenere I'attenuazione ad altre frequenze;
I'attenuazione varia con l'elevazione dell'aneolo
del
"
satellite; per tempi di raggiungimento non troppo piccoli (diciamo >IO-3) ed angoli di elevazione g maggiori di lo0, l'attenuazione è più o meno proporzionale
al cosec(g). I dati di figura e tutti i dati a cui si fari
dove f è la frequenza centrale; inoltre k è inversamente
propoiuonale all'area di cellula, cioè al quadrato dell'ampiezza angolare q dei fasci di antenna; per suo
conto, q è, per una data dimensione di antenna, inversamente proporzionale a f così che :
Figura 6
Differenze di sito.
Questa è ad esempio la soluzione adottata nel sistema
Globestar. E da rilevare che rispetto ai sistemi cellulan
terrestri la soluzione di Figura 4 corrispondead inviare nello spazio la stazione base cosl che il satellite
diventi trasparente e venga usato per realizzare l'accesso radio alla rete terrestre.
Frequeoze
In questo paragrafo, viene proposto di esaminare cid
che awiene quando la frequenza di operazione del
sistema satellitm viene aumentata per shttare nuove
larghe bande di frequenza.
Consideriamo innanzitutto il caso di libera propagazione ne10 spazio. La Tabella 2 mostra cosa awiene
al rapporto di trasmissione, variando la frequenza di
operazione, mentre si mantiene costante il guadagno G
o l'area effettiva A delle antenne di trasmissione e
ed in conclusione :
CP 0
(4)
L'equazione 4 mostra il grande vantaggio nel muoversi verso più alte frequenze quando si necessita di sistemi ad elevata ca~acità.
Ad ogni modo, quando si arriva a frequenze oltre i 10
GHz, entra in gioco l'attenuazione da pioggia (da
aggiungere all'atienuazione da spazio vuoto) Molti
esperimenti ad elevate frequenze sono stati realizzati,
alcuni dei quali presso il Politecnicodi Milano usano i
satelliti Sino, OTS ed Italsat (21. Esempi di distribuzioni di attenuazione (ottenuti direttamente o per estrapolazione) sono riportati in figura 6 ; come ben noto,
tali distribuzionidanno la probabilità che I'attenuazi~
ne sia più elevata del valore riportato in ascissa ;dal
punto di vista ingegneristico, forniscono in ascissa il
margine di potenza da introdurre le dimensionamento
di link per assicurare che la probabilità di raggiungimento sia nei limiti riportati in ascissa. Le caratteristi-
Figura 7
Copertura terrestre da parte di un satellite ad altitudine h (RE raggio terrestre).
riferimento, sono relativi ad una angolo di elevazione
di 33 gradi. Nella progettazione di sistemi a queste f i
quenze, in presenza di una penalimione di potenza a
causa della pioggia che aumenta con la frequenza, è
importante evitare approcci che possano penalizzare le
alte frequenze anche in una situazione di spazio vuoto.
11caso C)di Tabella 2, che mostra un guadagno all'aumentare della frequenza, è rilevante per tali applicazioni. Naturalmente tale approccio fa nascere problemi
riguardo il puntamento del antenne ad alta diizionalità a onde millimetriche e riguardo la precisione p
mehica delle strutture. Ad ogni modo, io ritengo che
sia fondamentale che questi problemi vengano ridotti
una probabilità di raggiungimento POL leggermente
inferiore a 10'. Naturalmente il guadagno in probabilità produce a sua volta un guadagno in margine di
potenza che può essere derivato dalla distribuzione di
attenuazionee che diventa via via maggiore con la frequenza. Il fatto che con la diversità d sito possiamo
ottenere un probabilità globale di raggiungimento
minore di 10' usando due stazioni con una probabilità
di raggiungimento WL leggermente inferiore a IO'ha
come conseguenza che possiamo nuovamente raggiungere (vedi Tabella 4) le condizioni di non essere
penalizzati da un incremento in frequenza, patto che
si mantenga ostante la dimensioni dell'antenna, come
nel caso C)di tabella 2.
Un ulteriore metodo per guadagnare in probabilità è la
diversità di freq~enzaj.~.
Riguardo a metodi di guadagno in margine di potenza,
possono essere ricordati 2 esempi: odapiive codi~ig,
nel quale viene introdotto un'aumentata protezione
error-correciiong-code (a spese della banda di frequenza) nella direzione soggetta a intense piogge; controllo di potenza, per la distribuzione della potenza a
bordo lungo le varie direzioni in base alle necessità
che emergono dall'attenuazione da pioggia. I1 guadagno in potenza che può essere raggiunto con tali procedure ha un limite indipendente dalla frequenza, per
esempio intorno ai 10 dB. Ciò può esser adeguato a
frequenze relativamente basse, ma perde di interesse
molto rapidamente all'aumentare della frequenza.
Per comunicazioni user-orieriied, può essere accettabile una probabilità di raggiungimento di poche unità
nell'ordine di grandezza di 110'. Al contrario, per sistemi di intemmessione e connessione con stazioni di
gatmlay di sistemi mobili (feedm) (vedi Tabella l),
sono necessari valori intorno ai 10' o alle poche unità
nell'ordinedi grandezza dei 10'.
La località alla quale si è fatto riferimento finora
(Genova in Tabella 4) appartiene alle regioni mondiale
definite come regioni L dalla ITUIR (International
TelecommunicationsUnion/Radiocommunications).
Questa regione e regioni che mostrano condizioni
migliori coprono gran parte del mondo, con eccezione
delle regioni N (che includono la Florida ,i Caraibi, la
costa Atlantica del Brasile, la penisola indiana, la
penisola indocinese, parte delllAfrica equatoriale,
Hong Kong eccetera) e delle regioni P (che includono
località con eccezionali precipitazioni come
I'hazzonia, parte dell'AFrica equatoriale, il Borneo,
Ceylon eccetera). Per le regioni N la probabilità
riportata in Tabella 4 rimane minore o uguale a IO3,
mentre per le regioni P diventano maggiori di IO2per
hquenze di 20 GHz o maggiori.
Orbite
Dopo 25 anni di operazioni di grande successo con
satelliti di comunicazione GEO, negli ultimi 5 anni
sono stati realizzati satelliti in orbite più basse.
Vengono ora discussi alcuni vantaggi che provengono
dall'abbassare l'orbita. Qualsiasi sia l'approccio adottato in tabella 1, il rapporto di potenza nello spazio
libero risulta essere inversamente proporzionale a 12
ove 1è la distanza tra il satellite e il terminale di terra
(figura 8). Questa distanza, quando q non è troppo piccolo, è maggiore rispetto all'altitudine h del satellite
dalla terra e il rapporto 1M/h (con IM il massimo valcre di I) aumenta con il diminuire del minimo angolo di
elevazione gmin e, per un dato angolo di elevazione,
viene diminuita l'altitudine h7 (Figura 8). Inoltre, se
tutti i fasci sono identici, la forma e la dimensione delle impronte cambia a passaggio dalle cellule centrali
alle cellule periferiche; reciprocamente, per ottenere
cellule identiche, è necessaria un'opportuna o m e
intensità dei fasci. Dalla figura 8 è possibile derivare il
guadagno in potenza trasmessa (sia dal satellite che a
terra) che si può ottenere rispetto al comspondente
valore in sistemi GEO. Questo guadagno è di pariice
lare rilevanza quando la stazione di terra è costretta ad
avere un'antenna molto ridotta e una potenza molto
bassa di trasmissione; ancora di più quando, per evitare problemi di puntamento, l'antenna di terra deve
essere omnidizionale, che è il caso di sistemi mobili
e personali che usano terminali palmari (caso a2 o
caso b in Tabella I). La citata riduzione di attenuazie
ne di path è solo uno dei vantaggi che possono essere
ottenuti abbassando l'orbita (vedi Tabella 5): un altro
vantaggio importante è infatti la riduzione del ritardo
di propagazione che nei LE0 raggiunge valori tipici di
connessioni terrestri: bisogna comunque fare attenzie
ne quando si introducono soiirce coders con elevaii
rapporti di compressione di ampiezza di banda, perché
introducono notevoli ritardi di per sé stessi. La riduzione del ritardo è importante non solo per le comunicazioni vocali ma anche per i dati, perché i protocolli
sviluppati per la trasmissione dati non possono essere
usati nei sistemi GEO, in particolare quei protocolli di
correzione dell'errore che richiedono la rilevazione
dell'errore e la ritrasmissione dei blocchi con mre.
Tabella 5
Vantaed della riduzione dell'altitudine di orbita
riduzione dell'attenuazione di path
riduzione del ritardo di propagazione
possibilità di incrementare l'angolo di elevazione
possibilità di realizzare un reale sistema globale
Un altro vantaggio elencato in Tabella 5 è la possibilità di operare con elevati angoli di elevazione, che
facilitano il superamento di ostacoli come palazzi,
alberi eccetera. Questo aspetto diventa via via pii rilevante, man mano che la Frequenza di trasmissione viene incrementata; si ricordi anche che a frequenze oltre
i 10 GHz, l'attenuazione da pioggia decresce al diminuire dell'angolo di elevazione. In questo contesto si
consideri che la copertura assicurata dai siitemi GEO
sarebbe molto ridotta se fosse richiesto un elevato
angolo di elevazione (Figura 9): la figura mostra ad
esempio che un angolo di elevazione minimo
gmin=lf restringerebbe la coperiura a latitudini di
i65", mentre per un gmin=4O0 la coperiura sarebbe
limitata a meno dei i45", escludendo dunque iutte le
principali capitali europee. Allo stesso tempo, sarebbe
richiesto un numero maggiore di satelliti. Con sistemi
non GEO, è possibile ottenere facilmente un elevato
angolo di elevazione, a patto che venga impiegato un
maggiore numero di satelliti. (Figuralo).
A questi vantaggi si oppongono tuttavia i seguenti
svantaggi :
* non appena il satellite si muove lungo I'orbita rispetto alla terra, l'altitudine decresce sempre più, vedi ad
esempio I'ascissa in Figura 8, richiedendo p m d u r e
di switch e handover da un satellite al seguente
il numero di satelliti richiesto aumenta al decrescere
dell'altitudine (vedi Figura IO),
* mentre, usando satelliti GEO che sono fissi rispetto
Fiira 8
Rapporto Ilh come funzione du h.
L'altitudine di orbita può essere ridotta fina all'incirca
500 Km. ci06 di un valore sufficientemente elevato
per evirare interferenze atmosferiche. È importante
tuttavia. stare al di fuori della cintura di Van Allen
(figura 10,
( che può danneggiare componenti
elettronici e celle solari. Come conseguenza. sono
disponibile due range di altitudine: 500 e 2000 Km
che definiscono le orbite basse terrestri
(Low-altitute Earch Orbitis. LEOs).
m)
Fiira 9
Angular haltidth of the swath width. ciob latitudini
nord e sud che limitano la fascia raggiunta da sistemi
GEO in funzione del numero di satelliti.
Figura 10
Numero minimo di satelliti nel sistema in funzione
dell'altitudine.
alla terra, è possibile distribuire la capaciti di traffico
dei satelliti, in funzione delle necessità delle varie patti
della regione servita, i satelliti LE0 tendono a dishibuire evenly la loro capaciti di comunicazione sulla
Terra, senza tenere conto che 2/3 della superficie terrestre b coperta da oceani. Secondo quanto esposto, i
satelliti LE0 hanno come caratteristica positiva la
capaciià di allestire un sistema globale vero, ma aUo
stesso tempo necessitano di un accurato sistema di
progetto per evitare un eccessivo spreco di capacità di
comunicazione in regioni con modesto flusso di traffico e di sorgenti.
Un concetto basilare appare essere che la loro capaciià
di comunicazione deve essere scelta per essere ade-
guata al massimo fabbisogno di regioni sostanzialmente non servite da altri mezzi, e di fornire una funzione complementare piuttosto che competitiva in
regioni ad alto sviluppo.
I satelliti ME0 sono, sotto questo punto di vista, in
una posizione intermedia perché, viaggiando lungo
l'orbita, possono puntare la loro antenna verso le
regioni di interesse; questa è la soluzione adottata per
Odissey (vedi Tabella 1).
Considerazioni sui dimensionamento di poteoza
Riferendosi nuovamente alla Tabella 1, due casi
richiedono particolare attenzione: il caso personalmobile, in cui sono usati i terminali terrestri palmari
con antenne omnidiizionali e limitata potenza di trasmissione (0.5 W); il caso personal-f~ed,in cui piccoli terminali terrestri usano un'antenna direzionale e
una limitata potenza trasmessa, con una libertà di scelta rispetto al caso precedente.
7.1 ~e&nal-mobile
L'equazione a2 di Tabella I si applica, con Gs=l e PT
fisso. Per una data capacità di comunicazione a una
determinata densità di rumore del ricevitore, anche Pr
è fisso, così che è fissato il rapporto ASn2 indipendentemente dalla frequenza1'. Per esempio, per tra-
II
Direzionare i fasci per mantenere le cellule fisse a terra
Figura
smissioni vocali a 4.8 kbitls, ASn2 è dell'ordine di 1.6
104, cosa che implica DA=2 10-7, con D il diametro
dell'antenna a bordo. Considerando la Figura 9, per un
elevazione dell'angolo di 15", D deve essere 8 metri
nel caso di satelliti GEO e 0.4 metri nel caso di sistemi
LE0 a 800 Km di altezza.
Per un angolo di elevazione di 40'71 valore di D diventa rispettivamente 7.6 e 0.22 metri. Da notare è che per
elevati angoli di elevazione, le dimensioni delle cellule
a terra tendono rimanere le stesse per ogni altitudine.
Chiaramente, variano proporzionalmente con I, al
variare della frequenza.
I valori riportati delle dimensioni delle antenne satellitari,, corrispondono ad operazioni senza alcun margine
rispetto alla propagazione nello spazio libero; se si
introduce questo margine, l'antenna di un sistema
GEO, può facilmente raggiungere i 15-30 metri di diametro.
In effetti, i margini di p o t w sono necessari per supemre ostacoli, in particolare quando l'angolo di elevazione è piccolo; in sistemi satellitari mobili, può essere
dificile adottare margini di potenza così elevati da
assicurare le operazioni in ogni località del terminale:
in questo caso, è richiesto un atteggiamento di cooperazione da parte dell'utente , nel senso che l'utente,
quando si trova in una localith con difficoltà di propagazione, si deve muovere per cercare una posizione
più favorevole.
La situazione per i siitemi Geo diviene ancor più critica quando la potenzi ricewta deve essere incrementata per incrementare la capacità di comunicazione
7.2 Peisonal-fixd o mobili cooperativi
Si applica l'equazione C) in tabella 1. Un piccola
antenna di terra, diciamo 25x25 centimetri possiede
un'apertura equivalentecirca 10 volte superiore dell'a
pertura 1214p di un'antenna omnidirezionale a 1.5
GHz. Un terminale grande quanto una valigia, possibilmente con più potenza dei terminali palmari, può
fornire comunicazione vocale anche con un sistema
GEO senza necessità di una antenna a bordo troppo
ampia.
L'interesse a muoversi verso bande di frequenza più
elevate, 20-30 GHz o 40-50 GHz, continua ad essere
un aspetto importante, come detto precedentemente, a
patto che siano assicurate condizione di diretta visibilità. Un confronto con quanto detto poc'anzi mostra
chiaramente che nel caso di terminali palmari, sarebbe
importante abbandonare il vicolo cieco in cui ci stiamo
avventurando adottando antenne omnidirezionali : è
necessario condurre ricerche sul possibile impiego di
almeno una direzionaliili paaiale.
Problemi di commutazione e relative soluzioni
in sistemi non-GEO
Un satellite non GEO, può essere usato in certe l w liti fmtanto che si trova nel rniige consentito di angoli
di elevazione.
Quando esce da questo range, è necessario commutare
su un nuovo satellite. Questo è chiamatocommutazie
ne a livello di copertura.
Sistemi multifascio, comunque possono richiedere un
maggior numero di commutazioni. infatti, nel caso che
fasci multipli siano fissi al satellite, questi formano un
insieme di cellule che scivola sopra la terra; la commutazone di un terminale deve essere eseguita ogni
volta che questo lascia una cellula ed entra nella successiva. Questo processo può essere denominato commutazione a livello di cellula.
In questo caso l'intervallo di commutazione è proporzionale al rapporto tra la dimensione della cellula e la
velocità del satellite: concordemente, la situazione tende a diventare più critica con il decrescere della
dimensionedella cellula (questo succede in particolare
quando vengono impiegate frequenze più elevate) e
con il crescere della velocità del satellite, cioè viene
decrementata l'altitudine, per esempio passando da
sistemi ME0 a sistemi LEO.
La commutazione a livello di cellula può essere resa
meno critica, utilizzando, invece di cellule circolari,
celle allungate nella direzione dei moto (Globalstar) o
può essere del tutto evitata mantenendo le cellule fisse
rispetto alla Terra mentre il satellite si muove intorno
all'arco di copertura: questo può essere ottenuto (Figura I I) usando fasci sieering.
Teledesic presenta infatti un soluzione sofisticata in
cui i fasci sono pilotati per m m di una matrice fasata (Figura 11). Ho menzionato precedentemente che in
un sistema personal-mobile deve essere introdotto un
margine di potenza per superare ostacoli lungo la
traiettaria, specialmentenel caso di bassi angoli di ele
vazione. in effetti è possibile alleviare questo proble-
ma nel caso in cui più di un satellite siano siiultaneamente a disposizione e, atiraverso un'opportuna c o n
mutazione, sia scelto il più favorevole ad ogni istante
(diversitàdi satellite).
Conclusioni
Sono stati esaminati molteplici aspetti riguardanti
l'impiego di nuove orbite e di nuove bande di ikquenza in sistemi avanzati di comunicazione satellitare.
Parìicolareenfasi è stata data agli aspetti di radio engineering e di conseguenza non sono stati considerati
molti altri problemi, particolarmentea livello di siste
ma, come i metodi per l'accesso e il roirting, l'integrazione con la rete terrestre eccetera.
Con riferimento agli aspetti tecnologici, appare chiaro
che lo sviluppo di matrici di antenne attive sia un
aspetto cruciale per sistemi efficienti che utilizzino
nuove orbite e nuove bande di frequenza.
In conclusione, è importante rilevare che , mentre le
comunicazioni satellitari hanno cominciato a soddisfare il sogno di una comunicazione globale con soluzioni che hanno permesso di connettere stati e nazioni,
I'impiego di tecnologie moderne consentirà di soddisfare il sogno$ una interconnessioneglobale a livello
di individuo. E altresì evidente che sarebbe molto utile
aver sistemi geostazionari LEO; questa è la ragione
per cui ci sono proposte per I'impiego, anziché di
satelliti, di piattaforme ad altitudini di decine di chilometri, alimentati e stabilizzati da terra attraverso fasci
di onde millmetriche.
Bibliografia
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World, Oct. 1945, p. 305.
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Programme in the tenth Year of Satellite Life", Alta
Frequenca, LVI, 1-2,1987.
3. F. Carassa, "New satellite Systems and Higher
Frequency Utilisation", Alta Frequenca, LVI, 1-2,
1987.
4. F. Carassa "Application of Millimeter Waves to
Satellite Systems", Alta Frequenca, LVIII, 5-6, 1989,
p. 405.
5. F. Carassa "Technical Aspects in the fuhue development of satellite communicationssystems with particular reference to the use of frequencies above 10
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Spazio, Roma, 1979.
6. F. Carassa, "Adaptive Methods to Counteract Rh
Attenuation Effects in the 20-30 GHz Band", Space
Communication adn Broadcasting, 2,3,1984, p.253.
Studi sul radar
ad apertura sintetica (SAR)
Gianni Ferretti. Andrea Monti Guarnieri. Claudio Prati, Fabio Rocca
Diportimento di Oemnico ed Informazione
Introduzione
Lo scopo del SAR è fornire immagini elettromagnetiche (a frequenze comprese tra SOOMHz e IOGHZ) della superficie terrestre con risoluzione spaziale di qualche metro. Uno dei vantaggi di tale sistema di telerile
vamento dallo spazio rispetto ai piii noti sistemi ottici
è la possibilità di osservazione continua sia di giorno
che di notte (essendo un sistema attivo) e anche in presenza di copertura nuvolosa (le frequenze utilizzate
penetrano senza sensibili attenuazioni attraverso le
nuvole).
Il secondo vantaggio risiede nel fatto che, come tutti i
sistemi di illuminazione coerente, anche le immagini
SAR sono caratterizzateda un'ampiezza e da una fase.
Proprio la fase dei dati consente al SAR di essere uno
strumento molto utile per generare mappe digitali di
elevazione del terreno con precisione di qualche metro
e, soprattutto, di essere uno strumento unico per fornire misure di deformazioni crostali di vaste aree (centinaia di chilometri quadrati) con precisione centmetrica e con elevata densità (una misura ogni poche decine
di metri a terra).
11 gruppo di elaborazione numerica dei segnali presso
il Dipartimento di Elettronica e Informazione del
Politecnico di Milano ha iniziato ad occupmi del problema dell'elaborazione di dati Radar ad Apertura
Sintetica (SAR) nel 1985. Dal 1986, la ricerca del
gruppo è proseguita di pari passo con la possibilità di
avere a disposizione dati reali con i quali verificare
quanto sviluppato in teoria. All'epoca l'unica piattaforma che avesse fornito dati SAR per uso civile era
il satellite americano SEASAT (lanciato nel 1979 e
spento dopo solo 78 giorni) operante alla frequenza di
ciuca 1GHz e con banda di circa 20MHz. I dati del
SEASAT sono stati utilizzati dal gruppo per mettere a
punto nuove tecniche di focalizzazione dei dati e per
studiare le possibilità offerte dall'interfemmetria SAR
per generare mappe di elevazione digitale del terreno
(DEM). Nel maggio 1991 veniva lanciato il primo
SAR europeo a bordo del satellite ERS-1 (frequenza
centrale di circa SGHz e banda di poco inferiore ai
20MHz). Per primo, nell'agosto dello stesso anno, il
gruppo ne ha verificato le capacità interferometriche
per conto dell'Agenzia Spaziale Europea (ESA), utih t o i dati per sviluppare nuove tecniche di elaborazione dei dati interferometrici che hanno portato poi
ad un brevetto registrato dall'ESA negli USA, e ha poi
valutato le capacità offerte dal sistema per misurare
moti crostali con precisione centimetrica. Nel 1995
veniva lanciato il secondo satellite europeo ERS-2,
gemello di ERS-I. Su suggerimentodel nostro gruppo
i due satelliti vennero posti sulla stessa orbita in modo
da poter operare sulla stessa zona a distanza di un
giorno.
Con questa disposizione (TANDEM) dei satelliti sono
stati acquisiti ripetutamente dati di tutta la superficie
terrestre che oggi costituiscono una base di dati unica
al mondo e che consente di generare DEM di vaste
zone della superficie terrestre.
Prima di questa attività di ricerca sul SAR il gruppo si
era occupato di trasmissione televisiva digitale da
satellite. Questa attività di ricerca è culminata nel 1984
con il primo esperimento di trasmissione televisiva
codificata a 2Mbls con il satellite SiRiO!
Introduzione al SAR
Il sistema. Il radar ad apemira sintetica (SAR) è uno
strumento costituito da un radar di tipo convenzionale
montato su una piattaforma mobile (un aeroplano o un
satellite). L'antenna del radar è puntata verso terra
ortogonalmente alla dizione di moto della piaitaforma con un angolo compreso tra 20 e 80 gradi rispetto
alla direzione di Nadir (detto di off-nadir).
Differenze rispetto alle immagini ottiche. I vantaggi
del SAR rispetto ai consueti sistemi ottici sono legati
alla capacità di operare di notte e in presenza di nuvole
(ci sono aree della terra di cui non esistono immagini
ottiche da satellite a causa della copertura nuvolosa
perenne); ancora, il SAR può fornire immagini coerenti e ci& l'immagine contiene sia l'informazione d'intensità (legata alla rifleiiività degli oggetti) che I'informazione di fase (legata alla distanza tra bersaglio e
radar).
La coerenza del sistema SAR consente alcune applicazioni di grande interesse pratico, ma è causa del cosiddetto fenomeno di "speckle" visibile come una variazione casuale dell'intensità dell'immagine intorno al
valor medio della retrodiffusione (lo stesso effetto di
granulosità che si nota puntando un laser su una parete
non perfettamente liscia).
Questa vaiiazione è dovuta alla ricombinazione casuale dei ritorni radar dai vari retrodiffusoricontenuti nella cella di risoluzione dell'immagiie.
Un esempio della diierenza visibile tra un'immagine
ottica e una SAR è mostrato in figura 1.
Figura I - Confronto tra un'immagine ottica (satellite
SPOT) a desta e una SAR (satellite ERS-I) a sinistra
dell'area dei Campi Flegrei (Napoli). L'immagine
ottica B stata messa nella geometria SAR per rendere
possibile il confronto.
Deformazioni geomehiche. Le due dimensioni spaziali dell'immagiie SAR sono legate alla distanza degli
oggetti dal sensore ("slarif range") e alla posizione
della piattaforma lungo la direzione di moto ("azimuth"). A causa di questa rappresentazione l'immagine SAR è affetta da deformazioni geometricheeguali a
quelle di un sistema ottico che osservasse la superficie
terrestre con angolo di vista complementare. Gli
oggetti disposti su un terreno con pendenza pari all'angolo di oflrtarlir (cioè parallela all'antenna del radar)
risultano essere tutti alla stessa distanza dal radar e
quindi rappresentati nella stessa cella di risoluzione
(non c'é possibilità di discriminare oggetti anche molto distanti tra loro se contenuti nel piano con questa
pendenza).
Queste zone vengono dette di 'tforesliorteriirig". Nel
caso ottico, al contrario, questa disposizione consente
la miglior risoluzione spaziale. Esattamente l'opposto
accade per terreni con pendenza opposta dove il SAR
consente la miglior risoluzione e il sistema ottico
"schiaccia" tutti gli oggetti in un solo punto deli'immagine (come in una cartolina vista di profilo).
La f o c a l i i o n e . Durante il moto della piattaforma il
radar emette impulsi di breve durata ad intervalli regolari. La risoluzione spaziale in distanza r (slaiit range)
è proporzionale alla durata degli impulsi trasmessi t:
-
Figura 2 Immagine SAR ERS-I della parte orientale
della Sicilia comprendente il monte Etna La fase
interferomevica6 rappresentata a colori, mentre il
modulo è rappresentato con l'intensità. La fase
interferomeuica 6 stata ottenuta come differenza tra
due passaggi ERS-I ed ERS-2 del 5 e 6 Settembre
1995 con un baseline di circa 1 10 metri. Si nota come
le frange interferomeulcheseguono Bene le curve di
livello.
-
Figura 3 Immaglne SAR ERS-I del Vesuvio (Napoli).
La fase interferometrica 6 rappresentata a colori,
mentre il modulo 6 rappresentato con i'intensitd.
Il basellne b di circa I35 metri. Si nota come le frange
interferomeuicheseguono bene le curve di livello.
d 2 dove c'è la velocità della luce. Quindi per ottenere risoluzioni in distanza inferiori a 10 metri è
necessario trasmettere impulsi di durata inferiore a 66
ns o, equivalentemente, utilizzare una banda maggiore
di 15MHz. in pratica si trasmettono impulsi modulati
linearmentein Frequenza di durata molto maggiore che
poi vengono compressi con un filtro adattato nell'elabomione numerica dei dati. Per quanto riguarda inve
ce la direzione di azimuth, si sfrutta il moto della piattaforma rispetto agli oggetti a terra per "sintetire"
tramite calcolatore un'antenna di dimensioni molto
maggiori rispetto a quella fisica. Infatti per avere una
risoluzione di 10 metri alla frequenza di IGHz e alla
dislanza di 8 0 0 h (la quota detle orbite generalmente
utilizzate per il SAR da satellite) sarebbe necessaria
un'antenna lunga più di 10 h,owiamente non realizzabile praticamente. 11 trattamento dei dati "grezzi"
che consente di comprimere gli impulsi e di s i i t e t i i
re l'antenna viene indicata con il termine di "focalizmione" SSAR
L'atiivith del gruppo
La nuova tecnica di focalizzazione. Da un punto di
vista deli'elaborazione numerica dei dati, il problema
della focalizzazione dei dati SAR è molto simile a
quello della migrazione di dati sismici ottenuti con
onde acustiche. L'esperienza del gruppo ha suggetito
di modificare le tecniche sismiche (molto più avanzate
di quelle radar sia perchè studiate da molto tempo con
consistenti finanziamentida parte dell'industria petrolifera sia perchè il problema sismico richiede accuratezze più elevate di quello SAR) per renderle adatte
alla focalinazione di dati SAR. Quindi, nel 1987 è
stata messa a punto e verificata con i dati SEASAT
una tecnica di focalizzazione che rispetto alle precedenti è risultata essere più efficiente computazionalmente, più semplice (il cuore dell'algoritmo occupava
20 righe di Fortan 77), più precisa e, soprattutto, esente da distorsionidi fase del dato (condizione essenziale
per le applicazioni interferometriche)'. La nuova tecnica è diventata presto punto di riferimento per i nuovi
prodotti software e la sua pubblicazione ha avuto
come effetto non trascurabilequello di far uscire il settore da un regime di oligopolio con una conseguente
radicale riduzione dei costi.
L'interferometria e le sue applicazioni. Ad ogni pixel
di un'immagine SAR è associato un numero complesso risultato della combinazione delle retmdiffusionidi
tutti gli oggetti appartenenti ad una cella di risoluzione
a terra e della rotazione di fase dovuta al percorso. In
particolare la fase di ogni piiel è formata dalla somma
di due termini: il primo legato ai retrodiffusori fs, il
secondo dato da k=pr/I, dove r è la distanza piattaforma-cella di risoluzione e l è la lunghem d'onda del
radar (pari alla velocità di propagazione divisa per la
frequenza del radar).
Dato che le lunghezze d'onda generalmente utilizzate
sono di pochi centimetri e la distanza sensorecella di
risoluzione è di qualche centinaio di chilometri (alme
no nel caso di SAR da satellite) il secondo temine di
fase contiene decine di milioni di angoli giro. Inoltre,
il termine di fase legato ai retrodiffusori è casuale. In
conclusione la fase di una siigola immagine SAR è
assolutamente inutihbile. Se ora si considera la differenza di fase tra due immagini SAR riprese da angoli di vista leggermente differenti (generalmente viene
indicata la distanza tra i due satelliti in direzione normale a quella di vista -baseline invece che la separazione angolare)
il termine di fase dovuto ai retrodiffu"
sori si cancella (almeno in prima approssimazione se
la differenza d'angolo è molto piccola) e il termine di
fase residuo è dato da j=ilpDr/I dove Dr è la differenza
dei percorsi tra i sensori e la stessa cella di risoluzione
a tena. La fase j contiene ancora un numem molto e l e
vato di angoli giro (è quindi nota a meno di un elevato
multiplo intero di 2p), tuttavia passando da una cella
di risoluzione ad una contigua (pochi metri di distanza) la variazione di j è generalmente sufficientemente
piccola da non presentare ambiguità di 2p. La fase j
viene detta fase interferometrica e ad essa è legata
l'informazione di variazione di Dr (misurata in frazioni di lunghezza d'onda 1) tra pixel dell'immagine
SAR. Un esempio relativo alla zona dell'Etna è
mostrato in Figura 2.
Un altro esempio relativo al Vesuvio è mostrato in
figura 3. Nota la posizione dei due satelliti, la misura
di Dr può essere utilizzata per ricavare l'elevazione
relativa tra i pixel dell'immagine e, quindi, generare
una mappa numerica di elevazione pigital Elevation
Model). Oppure, noto il DEM è possibile risali da
Dr a eventuali deformazioni millimeiricbe della superficie terrestre intercorse tra due osservazioni successir
ve. La precisionedella misura di Dr è legata al rumore
di fase presente sulle immagini SAR. Se le immagini
SAR utilizzate per calcolare la fase interferometrica
sono riprese simultaneamente (e quindi il contributodi
fase dei retrodiffusori si cancella) il rumore di fase è
generalmente inferiore a 30 gradi e la precisione di
misura di Dr migliore di V20 (pochi millimetri). DaUa
misura di Dr e dalla parallasse si risale al DEM con
una forte diiuzione di sensibilità,passando da errori
di pochi millimetri su Dr a errori di vari metri sul
DEM. Se invece le immagini SAR sono riprese con un
certo intervallo temporale (questo è il caso dell'interferomehia da satellite sia nel caso SEASAT che ERSIIERS-2) il rumore di fase dipende essenzialmente dal
cambiamento dei retrodiffusori sul terreno e la precisione di misura di Dr presenta una forte variabilità
spaziale. Se per alcune applicazioni (come la generazione di DEM o la misura di deformazioni crostali)
questa variabilità è un inconveniente, per la classificazione d'immagini e per l'estrazione di alcuni parametri geofisici può essere un vantaggio (per primo il
gruppo ha proposto la generazione d'immagiii di coerenza per questo tipo di applicazioni). Per quanto
riguarda le tecniche di elaborazione numerica per la
generazione di immagini di fase interferometrica, il
contributo innovativo del gruppo è conosciuto (e utilizzato) internazionalmente con il nome di "spectral
shifi principle" o "common band filtering'u'.
Consiste in un filtraggio spazio variante delle due
immagini SAR al f i e di eliminare quel contributo di
rumore causato dalla non completa cancellazione del
termine di fase dovuto ai retrodiffusori (che in effetti
cambia al cambiare dell'angolo di vista). Questo principio è stato poi applicato nella realizzazione di due
pacchetti sohvare per conto dell'ESA: il primo per la
generazione di immagini di fase a piena risoluzione
(disponibile via rete tramite ESA-ESRiN), il secondo
per la generazione di immagini di a m p i m , di fase e
di coerenza a risoluzione intermedia (40 metri), ma
con tempi di calcolo molto ridotti (l0 minuti su un PC
per immagini 100x100km).
Le immagini di coerenza
Se i retrodifiori sul terreno cambiano tra un'osserva-
-
Figura 4 Immagine di coerenza della parte nord
orientale della Sicilia.
-
-
Figura 5 Mappa numerica di elevazione dell1Etna
ottenuta a partire da 7 coppie d'immagini ERS-I ed
ERS-2.
Figura 6 Mappa numerica di elevazione dell'Etna
ottenuta a partire da 7 coppie d'immagini ERS- I ed
ERS-2 ascendenti e 3 discendenti.
zione SAR e la successiva, la fase interferometrica
risulta affetta da un rumore casuale. L'entità di questo
rumore viene valutata attraverso le immagii di coeren2a cioè della stima del coeffciente di cmss-correlazione
locale delle immagini SAR. In teoria ad ogni pixel delle immagini è legato un valore di coerenza differente,
ma in pratica, avendo a disposizione solo due immagini
per stimare la coerenza, si suppone che il segnale sia
siazionario in un'area di qualche pixel. La risoluzione
dell'immagine di coerenza è così ridotta rispetto a
quella delle inimagini di partenza. La coerenza è compresa tra O (retrodiffusori completamente diversi nelle
due immagii come, per esempio, nel caso del mare) e
1 (stessi retrodisori nelle due immagini come, per
esempio, nel caso di rocce esposte). Un esempio di
immagine di coerenza è mostrato in Figura 4.
L'immagine mostra la parte nord orientale della Sicilia
e la coerenza è rappresentata con una scala di grigi che
va dal nero (coerenza nulia) al bianco (coerenza unitaria). I dati utilizzati sono stati ripresi dai satelliti ERSI ed ERS-2 a distanza di un giorno nel settembre del
1995. Si nota come il mare risulti totalmente incoerente, mentre sull'isola si notano diversi livelli di coerenza, scarsa nella parte nord più vegetata, elevata
sulllEtna in corrispondenza delle colate di lava che
vengono così chiaramente identificate. La coerenza
varia anche in funzione della situazione climatica. In
generale in aree vegetate la coerenza è più elevata nei
periodi secchi (estivi alle nostre latiiudini) .
immagini, si aumenta la percentuale di zone che hanno
alta coerenza nell'una o nell'altra situazione e, conseguentemente, si riescono ad ottenere DEM di zone più
estese.
Una volta ottenuta una mappa di elevazione in coordinate SAR, questa deve essere posta in un sistema di
riferimento convenzionale (generalmente UTM) tramite un'operazione di geocodifica. Un esempio di
DEM della zona dell'Etna generato a partire da 7 c o p
pie d'immagini SAR è mostrato in Figura 5.
Owiamente a causa delle deformazioni geometriche
delle immagini SAR, le zone difireslior~eiiirig risultano essere fortemente interpolate e di scarsa affidabiliti. Per ovviare a questo inconveniente sono state
combinate mappe di elevazione ottenute con coppie
d'immagini SAR riprese durante passaggi sia ascendenti (da Sud a Nord) sia discendenti (da Nord a Sud)
dei satelliti ERS-1 ed ERS-2. Le deformazioni geome
triche nei due casi sono quasi complemen!ari (nei passaggi ascendenti l'antenna è puntata verso Est, in quelli discendenti verso Ovest) quasi tutta la superficie di
una zona montuosa come quella dell'Etna t rappresentata con buon dettaglio.
La mappa di elevazione di Figura 6 mostra il risultato
di questa combinazione. Nella stessa figura sono
mostrate un'immagie SAR ascendente e una discendente per mettere in risalto le differenti deformazioni
geometriche. L'accuratezza di elevazione valutata
indipendentementedall'ESA è risultata essere di cima
8 metri. Un problema non trascurabile nella generazione dei DEM con immagini SAR non simultanee (come
nel caso di ERS-1 ed ERS-2) è quello del cambiamento del contenuto di vapor d'acqua nella troposfera tra
un'osservazione e I'altra e10 tra una zona e l'altra nella
stessa osservazione.
Questi fenomeni causano delle variazioni locali della
lunghezza d'onda del sistema e, conseguentemente,
degli artefatti topografici. Ancora una volta l'uso di
più immagini interferometriche è d'aiuto per ridurre
questi effetti.
Il gruppo ha messo a punto una tecnica basata sull'elaborazione multi-risoluzione degli interferogrammi
SAR (filiraggio wavelet bidimensionale)per stimare la
potenza degli artefatti atmosferici sulle singole coppie
interferomemche. In base a queste stime è possibile
trovare la miglior combinazione lineare delle siigole
coppie interferometriche per ridurre al minimo gli
effetti atmosf&cis.
Generazione di DEM
Dalla fase interferometrica è possibile risalire alla
mappa di elevazione (relativa) di tutti i pixel. Per ottenere questo risultato sono necessarie due operazioni:
lo srotolamento della fase interferometrica ("pliase
irriivrappi~ig")la geocodifica del DEM.
La prima operazione si rende necessaria in quanto la
fase interfeminetrica presenta dei salti di 2p che non
sono legati ad un'effetiiva differenza di quota tra pixel,
ma dipendono dalla rappresentazione della fase che è
nota a meno di multipli di 2p. A partire dal 1987, il
gruppo ha sviluppatozdelle tecniche originali di ')/las e un~~~rappilig"
bidimensionali che sfruttano sia
l'informazione di fase sia quella d'ampiezza delle
immagini SAR. Più recentementes il gruppo ha individuato una tecnica di phase rrriwmpping più affidabile
di quelle %adionali" perchè basata sull'informazione di fase di più immagini SAR. Inoltre, con più
Misura di moti crostali
Se la topografia è nota, il suo contributo alla fase interferomeirica può essere eliminato. Il residuo di fase
interferomeirica può essere messo in relazione a piccoli
sposiamenti relativi della superficie t m t r e nella d i zione del satellite. Nel caso dei satelliti ERS-I ed ERS2, per esempio, uno spostamento relativo di 2.8 cm
(pari a meta della lunghezza d'onda del sistema) produrrebbe una variazione di fase interferomeirica di 2p.
Se la coereuza nella zona d'interesse è sufficientemente elevata, si capisce come questa tecnica sia in grado
di misurare movimenti di pochi millimetri. II gruppo
ha verificato sperimentalmentequesta possibilità proponendo nel 1992 un esperimento controllato sulla'area di Bonn in collaborazionecon I'ESA per la pianificazione delle accensioni del satellite ERS-I e I'università di Stoccarda per la preparazione dell'esperimento
a terra.
Nell'espehento di Bonn il gruppo di Stoccarda ha
collocato su un terreno agricolo diciannove riflettori
molto brillanti (comer reflectors) e quindi ben identificabili sull'immagine SAR. La scena è stata ripresa
dieci volte nel mese di Marzo del 1992 e nel Frattempo
due riflettori sono stati spostati verticalmente di un
centimetro. Dall'elaborazione delle dieci immagini
SAR, il gruppo di Milano ha correttamenteidentificato
quali riflettori erano stati mossi e di quanto con un
errore di 2 millimetri. La tecnica è stata poi applicata
dal gruppo per rilevare fenomeni naturali come nel
caso delle grossa Frana di St. Etienne de Tinee poco a
nord di Nim. in figura 7 è mostrata la singola immagine SAR ripresa da ERS-I; la zona interessata dalla
Frana è evidenziata nel riquadro. In Figura 8 è invece
-
Figura 7 Immagine SAR ERS- I della zona interessata
dalla frana di St. Etienne de Tinee.
-
Figura 8 Fase interferometricaottenuta da due
immagini SAR ERS-I riprese a distanza di 9 giorni.
Nei riquadro sono ben visibili le frange causate dalla
deformazione superficiale awenuta in seguito al moto
franoso.
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Figura 9 Immagine SAR ERS-I della Valle del Bove
(ha).
Figura 10 Mappa delle veloci6 del terreno (in cm
all'anno) della Valle del Bove (Etna).
mostrata la fase interferometrica ottenuta a distanza di
nove giorni che evidenzia le rapide variazioni di fase
in corrispondenza della frana. Questi dati sono stati
analizzati dal gruppo IPGP di Parigi per ricavame un
modello della frana. Avendo a disposizione più immagini è anche possibile seguire lo sviluppo temporale
delle deformazioni. Se poi esiste un modello per questo sviluppo, è possibile misurare con precisione
movimenti d a m molto modesti. Con questa tecnica
abbiamo misurato gli spostamenti del terreno nella
Valle del Bove suIl'Etna causati essenzialmente dal
peso delle recenti colate di lava. L'immagine SAR
della Valle del Bove è mostrata in Figura 9, menire la
mappa deiie velocità del terreno (in cm all'anno) è
mostrata in Figura 10. Come ulteriore esempio, si
mostra come con I'interferometria SAR di ERS-I ed
ERS-2 sia stato possib'ie individuare un fenomeno di
subsidenza nell'area vicino ad Annifo in Umbria causato dal terremoto del 26 Settembre 1997. Il fenomeno
di subsidenza è mostrato in Figura l l. L'abbassamento
del terreno al centro dell'imrnagine stimato dalla fase
interferometricaè di circa 8 cm rispetto ai bordi.
Infine in Figura 12 si mostrano le h g e d'interferenza relative alla deformazione crostale causata dal terremoto del 1992 di Landers in Califomia. Tali frange
sono state ottenute dalla differenza di due immagini
ERS riprese prima e dopo il sisma. hterferometria con
SCANSAR a bassa risoluzione. Nell'anno 2000 verrà
messo in orbita il satellite europeo ENVISAT cbe avrà
a bordo un sistema SAR di nuova generazione detto
SCANSAR Questo sistema, a differenza di quelli pre
cedenti consentirà di acquisire striscie d'immag'i larghe 500 km invece dei 100 attualmente disponibili. Il
gruppo è stato incaricato da ESA-ESTEC di ottimizzare i parametri di questo strumento. Inolire il gruppo è
stato incaricato d'investigare le possibili applicazioni
d'interferometia SAR-SCANSAR. I dati SCANSAR
sono stati simulati a partire dai dati della missione
ERS e sono stati utilizzati per verificare la validità di
tecniche d'interferometia innovative.
Riferimenti bibliograllci
1. C. Cafforio, C. Prati, F. Rocca, 1991,SAR datafocusittg using seistttic ~ttigrationtecliniqlies, LEEE
Transactionson AES, Vo1.27-2, pp194-207.
Conclusioni
Abbiamo riassunto i principali risultati di una ricerca
durata più di 12 anni e fmanziata per un totale di circa
2.2 miliardi di lire principalmente dall'Agenzia
Spaziale Europea @SRN e ESTEC), daUa Comunità
Europea e dall'Agenzia Spaziale Italiana. Tale lavoro
è stato reso possibile dal contributo di 48 studenti di
Laurea e Dottorato (4) descritto in 37 tesi e progetti di
laurea. I risultati principali di questa attività ricerca
sono raccolti in 15 pubblicazioni su riviste htemazib
nali e sono coperti da due brevetti.
2. C. Prati, F. Rocca,A. Monti Guarnieri, E. Damonti,
1990, Seisniic tttigration for SAR focirsittg:
In~etferot~tetncal
applications, IEEE Transactions on
Geoscience and Remote Sensing, Vol.28, N.4,
pp.627-640.
3. F. Gatelli, A. Monti Guarnieri, F. Parizzi, P.
Pasquali, C. Prati, F. Rocca, 1994, Use of the spectral
shifi i11 SAR intei$erottte~ry:applications lo ERS-I,
IEEE Transactio~tson Geoscience and Reniote
Sensing, Vol. 32, No 4, July 1994, pp.855-865.
4. C. Prati, F.Rocca, 1994, Process for generatirig
Synthelic Aperture Radar Inte~frograms, U.S. Patent
N.5,332,999, July 26,1994.
5. A. Ferreiii, C. Prati, F.Rocca, 1998, Multi-Baseline
MSAR DEM reconstruction: b e wavelet approach,
IEEE Transactions on Geoscience and Rettlote
Sensing, in stampa.
6. S. Brofferio, C. Cafforio, F. Rocca, "Communication Experinents in the SIRIO program", Alta
Frequenza ,Numero speciale sull'esperllnento SIRIO,
1984.
-
Flgura I 2 Faselnterfemrnetrica relativa
al terremoto di Lan&rs in Californi&
-
Figura I I Fase interferometricarelativa alla subsidenza nella zona di Annlfo causata dal recente terremoto In Umbria.
Space field research activities
at the aerospace department
of Politecnico di Milano
Moon Exploration
Since a new interest for lunar exploration and exploitation is risen up in recent years severa1 topics are
under study to better design a mission to the Moon.
Three are the main areas of interest:
WSB Transfer Trajectories. Weak Stability
Boundaries (WSB) are a new and inhiguing altemative to classica1 Hohmann transfers. Proposed for the
Cst time by Belbmno, this kind of transfer trajectory
exploits regions of transition between stable and
unstable manifolds, providing a meaningful saving of
propellant An efficient procedure to design an optimal
transfer by WSB is under development along with a
stability analysis of the designed trajectory.
Orbit Maintenance. The non-uniform gravity field of
the Moon yields strong periurbiig effects on low perilune orbits leadig to a hard landing a h r few revolutions. A siudy of long and medium term effects aimed
Io identify periodic stable solutions and stabilising
minimum Dv manoeuvres has been camed out.
* Optimal Landing. Minimum mass homing trajectory
to a desired target from a given coasting orbit is ofprimary for the actual reaiisation of the mission. Optiial
control law and optimal initial conditions have been
denved to perform the d e s i i landing trajectory keeping into account orbita1 and attitude dynamics and
constraints.
Figure I: Periodic solutions
Figure 2: Optirnal thrust program
Figure 3: w o link planar manipulator
MicrosafeiiitesDesign: PalaMede
Program PalaMede aims to put in a sun-synchronous
polar orbit a micmsatellite entirely designed by students inside the Department of Aerospace Engineering
of the Politecnico di Milano. PalaMede is an educati&
nal program and is intended Io be an important chance
for students to apply in practise what they have learned in theory.
Furthermore PalaMede is designed to be a basic
platform to test new concepts for future small and
cheap satellites. In pariicularly N o basic ideas are lead i g the entire project: first of al1 the subsystems are
made by standard components not design for space and
second PalaMede will be a muhipurpose bus fora wide
range of payloads. Two cameras repwmt present payload: one CCD colour camera, which shaU take pictures of the Earth, and an infrared wnera, which shaU
take picture of the outer space.
The prehmmy design of al1 the suhystems is complete, at present, and part of the power system and
HDCS is going to be built and tested.
Fiexible Manipdators
Space robots will play an increasing important role in
space missions of the Intemational Space Station era.
Space robot arms are very light and slender: then the
flexibility, causiig long period elastic vibration during
maneuvering, is a critica1 issue to dea1 with. The foilowing arguments are being studied :
* Path Optimiition. Different kind of optimization are
beiig investigated, e.g. time and energy consumption
minimintion.
Flexibility Control. Both standard optimal control
system, as LQR, and modern method, as Neural
Networks, are applied to contml links and joints flexibili@.
* Interaction between manipulator dynamics and base
strutture.
Experimental tests are earried out on a two rotational
degrees-of-freedomplanar manipulator with highly
flexible links, which has been purposely designed and
set up in our laboratories.
Active Control of h r g e Fìexible Struciures
Space struciures must be characterized by a very higb
efficiency, measured by the launch costs and the possibili@of being assembled directly on orbit.
This calls for the adoption of modular tniss shuctures
in al1 the cases where more functional elements must
be wnnected but kept at a certaii relative distance.
a force and a displacement transducer, wnnected to a
local contro1 circuit far decentralized contro1 and
topology, the mnsors and acl~atorsduptwl and the eventwlly to a global contro1 system for the coonliacontro1tdniquedl h i g d . ks expwienoe was gai- timofail theaeiuato~s.l'h activerod~ephandened,thetat&ucbmbecamemorecomplicatedan8 ment of the truss stiuctm, so it includes ihe screw
a t p i e m t t h e m o s i a a $ M e a r e ~ ~ e m u l a - adapietsaad oftfie p i d c temiinril of the jwsive
ting free fl& stiUdiires.
M 1991, a Iarge
element, in order to have globally the appropriate
modular ttuss 8trncture has Been devebpd also at the le@. The proof mass actmtor is desiped as a voice
coi1aciuator moving on a sled, including a servo acaDipartimento di Ingegneria Aerospaziale of
PolitecmcodiMilaw.The~is19m~longand Immefer and a displacement trans8ucer b qmìent
an mdepeadentunit.The a c w r is c o d using
weigh only 75 kg. It is composed by 54 cubic bays
made ofpiastic materiai. The suspion system is a eolocateddirect velocity feedbadc contro1law.
composed of 6 mft aprings, which assure an acceptable decoupling of the rigid body pendulum rnodes
from the elastic vibration modes (0.3 Hz agairist 1.1
Hz appmximately).
For the activecontro1of ihe tniss smichirethe structure. is equipped with a system of electrovdves connected to a pressurized air system, emulating air jet thrus m . Another fareseen solution is the construction of
dedicateti actuators, such as active rods capable of
Figure 5: elernena of the adve member
replacing any of the passive eìements of the shuchm
or p m f mass actuatm.
The shape and position contro1 of the stnicture will be
performed by adopting s d different contro1strate
gies, ninging fmm the most traditional linear robust
controiiersto the non-conventionalprediciivdadaptive
and h y eomllers, making use of hybrid acluation
experiments re.lated to the active m t m l of LSS. The
experha& differfor thed a l s used,the siructural
m
I
Figure 4: TESS expreriment
These stnictures, called Large Spiice S t r u c m (LSS),
am b c k M by their high slendemess, low weight
and high flexiiility. n e requirements on the pointig
stability of LSS are vesy ofien so stringent that some
mrt of active eonirol must be pmmt on the shucture.
In this way the transient response to extemai disturbanees can decay d%ciently fast even in presence of
maneuvers like docking and cmw movernenis.
S i 1985 severa1 research centers bave undertakm
W-.
Design of Actuatm for Strochiml Contro1
Two kinds of actuatm have been studied in partioular:
o
f mass acniator. The core of the
active mds and p
adve rod may be eithe~a p i & ~ c or a magnetestrictive element, while the e m W sensors wiU be
Figure 6: proof mass actuator
Convegno Internazionale
"Human Motor Performance in Reduced Gravity"
Introduce il Professar Antonio Pedoni. Direttore del Dipartimento di Blolngegneria
A seguito deila prima giornata di lavori dedicata alla presentazione delle attivita del
Politecnico di Milano nelle ricerche spaziali,
la seconda giornata di lavori & dedicata al
tema specifico del comportamento motorio
dell'uomo in microgravità. l'obbiettivo specifico è quelio cii discutere i risultati di programmi sperimentali gi8 realizzati ed, in particolare, definire una strategia tecnico-scientifica
comune per affrontare l'era della sperimentazione a bordo della Stazione Spaziale
Internazionale. In particolare, i diversi conhsbuti affrontano tematiche relative ad aspetti
fisiologici di base; all'identificazionedi tecnologie di analisi del movimento qualificate per
impiego spiale; alle neuroscienze di base,
con riferimento a processi di adattamento a
cm&zioni ambientali alterate (plasticità neuromotocia) all'apprendimento mobxio.
Intervengono ah seconda giornata di lavori i seguenti
relatori:
a.G. Andreoni- Bioeugineering Dept.- Poiitecnìco
di Milano - Milano
Dr, G. Aotonuffo - Science and Biomedical
Technology Dept - Univmitii di Udine - Udine
Dr. G, Baroni - Bioengiineering Dept.- Politecnico
di Milano - Milano
Ing. D.B d i - hternational Space University
ing. L. Binnchi - Human Physiology a d KiAesiology
- Ciinica S. Lucia - IRCSS - Roma
Iog. A.A. Borghese - Laboratofyof Human Motiin
Study istituto Nemienze e Bioimmagini - CNR Milano
Proi. G. Ferrigno- Bioengineering Dept- Potitecnico
diMilaao-Mih
Prof d. Ma&n- Leboratoire deN&logie
et Mowement CiW - Mamille -Fm&
M.
G. Mkocchi- PhysiologyDept.- Univefsilh
Statale di Milano Milano
-
-
Dr. K. Money- Toronto - Canada
Dr. L. Mooehnino - Laboratory of Movement and
Perception - UNversiiy of the Meditemnean - Marseille Fmoce
Prof. DJ. Newman- Dept. of keronauties and Astronautics
- M.I.T. - Basbn, MA -U.S.A.
Prof. M. Paiva- Biomedical Physics Laborabry, Unimitè
Libre de Brwelles - Brussels, Belgium
Dr. 'C. Pozzo- Groupe Analyse du Mouvement (G.A.M.),
U.F.R. S.T.A.P.S., CampusUniversitaire, Universitè
de Eourgogne Duon - F m e
-
Adesivi
a rischio zero
La tutela dell'ambiente indoor e l'attenzione sempre crescente verso la qualità
e il comfort degli spazi abitativi costituiscono uno dei principali temi di
ricerca e di sperimentazione delle più
avanzate e attente realtà imprenditoriali
nazionali e multinazionali.
Tra queste Mapei, che si colloca tra le
imprese principali nel settore dell'edilizia per la fabbricazione di adesivi per la
posa di pavimentazioni, dimostra particolare attenzione alle problematiche
ambientali avendo da tempo indirizzato
la propria ricerca e la propria tecnologia verso il miglioramento della sicurezza e della salute di chi fabbrica e di
chi fruisce dei suoi prodotti.
I1 problema che nasce dall'uso di prodotti chimici organici in edilizia consiste nella possibile emissione di sostanze volatili inquinanti per gli ambienti
abitativi e quindi con un tasso di rischio
per la salute e i1 comfort degli abitanti.
Coerentemente a una
politica di tutela dell'ambiente e della
qualità della vita,
Mapei ha formulato
una serie di prodotti
a base di ~olimeriin
dispersione acquosa
-
m-
I
L
A nmq
alternativi a quelli in solventi organici
che consentono di affrontare e risolvere
il problema dell'inquinamento domestico derivante dai prodotti chimici usati
per le pavimentazioni in edilizia.
Questa innovazione ha permesso di
ridurre notevolmente l'emissione delle
sostanze organiche volatili sia nell'immediato, sia a tempi lunghi. Per la realizzazione degli adesivi sono stati selezionati ingredienti a bassissima emissione di SOV (sostanze organiche volatili) quali leganti, agenti di appiccicosità iniziale (prodotti resinosi), regolatori di viscosità, flessibilizzanti o plastificanti, addittivi, alternativi a quelli
tradizionali. Parallelamente è stata
costruita una "camera ambientale" da
laboratorio del volume di 350 litri per
effettuare un controllo delle emissioni
dell'adesivo nel tempo.
I risultati di queste ricerche sono confluiti nella messa a punto della linea
UltraIBond Eco, composta da diversi
--
prodotti - superadesivi, adesivi, appretti
e lisciature - a bassissima emissione di
SOV che non presentano nessun rischio
per gli utilizzatori e hanno un impatto
minimo sugli ambienti nei quali vengono applicati.
Lo sviluppo di questa linea è stato condotto garantendo l'assenza di possibili
inquinanti durante il processo di produzione coerentemente alla bontà ambientale che caratterizza la politica produttiva dello stabilimento Mapei di
Robbiano di Mediglia, certificata da
Cartieco a fronte della norma ISO
14001. La produzione di adesivi a
bassissima emissione di SOV è stata
riconosciuta a Mapei con il premio per
la Tutela dell'Ambiente consegnato i
febbraio scorso a Venezia dal
Consorzio Interuniversitario Nazionale
La Chi-mica per l'Ambiente (Inca) che
con Mapei, ha premiato Lonza e
Solvay, tre aziende chimiche associate
e Feder-chimica e aderenti al
Programma Responsabile Care.
In alto, lo stabilimento Mapei
di Robbiano di Mediglia e, sotto,
la linea di prodotti UltrdBond
Eco a bassissima emissione
di sostanze organiche volatili.