DIGES è un progetto di ricerca che coinvolge l'Agenzia Spaziale Italiana (ASI) ed il Politecnico di Milano (POLIMI), finalizzato alla realizzazione preliminare di un modello digitale (digital-twin) di sistemi spaziali per l’esplorazione lunare.

L’esplorazione spaziale ha da sempre attirato l’interesse della comunità scientifica e della società civile, sia per il fascino intrinseco, che ha sempre stimolato la fantasia dell’uomo, sia per le opportunità scientifiche ed economiche che questa potrebbe generare.

Tra le diverse fasi dell’esplorazione spaziale, l’analisi della superficie dei corpi celesti ricopre un ruolo fondamentale, sia per una maggiore comprensione della formazione del sistema solare e dell’universo in generale, che per l’atavico desiderio dell’uomo di trovare tracce di forme di vita nuove. 

In questo contesto, la Luna per prima è stata oggetto di esplorazione, che, più recentemente, si è estesa anche ad altri corpi celesti, in particolare attraverso l’invio di rover (si pensi ad esempio all’esplorazione della superficie di Marte).

I rover permettono di esplorare la superficie attraverso la raccolta di materiale di interesse scientifico, ad es. immagini e dati ambientali, analisi di campioni di rocce, etc. Risulta evidente che il ruolo ricoperto dai rover sia diventato cruciale e che la loro affidabilità sia fondamentale per il successo della missione stessa. La complessità e il costo ingenti di tali sistemi richiedono ad oggi un'elevata affidabilità di funzionamento ed efficienza di gestione, anche autonoma. Infatti, eventuali guasti improvvisi, anomalie o il degrado delle prestazioni (spesso inevitabili), potrebbero causare una perdita considerevole o conseguenze catastrofiche, soprattutto a causa dell’impossibilità di un intervento umano diretto.

Al fine di evitare che un guasto o un’anomalia pregiudichino la buona riuscita della missione, la comunità scientifica, di concerto con le industrie del settore, hanno recentemente sviluppato tecnologie avanzate applicabili al monitoraggio remoto ed in tempo reale dello stato di salute del rover. Tra queste, riveste estrema importanza la creazione di un modello dettagliato Digital Twin (DT) del sistema. Esso è in grado di replicare fedelmente, il funzionamento del rover, e di simularne i segnali acquisiti attraverso la sensoristica di bordo, mediante la modellazione delle interazioni multi-fisiche tra i diversi sottosistemi che ne compongono l’architettura, permettendo una più consapevole gestione del sistema durante tutto il suo ciclo vita operativo.

Proprio in questo contesto si svilupperà il contributo del gruppo di ricerca del Dipartimento di Meccanica del Politecnico di Milano. Esso ha infatti sviluppato, attraverso molteplici attività passate, una metodologia innovativa di Health and Usage Monitoring applicata a piattaforme complesse, prevalentemente di tipo aeronautico. Questa metodologia fa uso di modelli DT, che nel progetto DIGES potranno essere usati allo scopo di ottimizzare sia la progettazione dei sistemi che la loro gestione operativa. In particolare, la metodologia potrà essere usata in diverse fasi della vita del rover, tra cui:

• la fase di progettazione;
• la fase di testing;
• la fase operativa e decisionale della missione;
• la fase di ottimizzazione della vita residua.

Il progetto si propone quindi lo sviluppo preliminare di una architettura DT per un sistema spaziale del tipo Rover per esplorazione lunare. Tale DT si baserà sulla realizzazione di modelli multi-fisici, rappresentativi del sistema spaziale, da utilizzarsi per la generazione di pattern caratteristici utili all’interpretazione dei segnali acquisiti in tempo reale, sia in condizioni sane che danneggiate/anomale. Questi verranno processati da algoritmi di intelligenza artificiale e, più in generale, di signal processing statistici, in modo da restituire una fotografia in tempo reale del sistema. In tale contesto, tre principali obiettivi progettuali garantiranno la futura implementazione della tecnologia su piattaforme reali:

• il modello deve essere caratterizzato da un peso computazionale relativamente basso, permettendo una sua fruibilità real time. Ciò si otterrà mediante l’implementazione di modelli surrogati;
• il modello deve potersi adattare in tempo reale e autonomamente alle inevitabili modifiche in fase operativa. Ciò si otterrà mediante l’implementazione di algoritmi di model-updating e filtraggio;
• il modello deve potersi interfacciare con altri modelli DT, per esempio relativi ad altri moduli spaziali o caratterizzanti il suolo lunare, etc.

Il conseguimento di tali obiettivi si prevede possa garantire una più veloce progettazione ed una maggiore affidabilità delle missioni future di esplorazione del suolo lunare e di altri corpi celesti in generale.

Il progetto è coordinato dal gruppo di ricerca multidisplinare del Dipartimento di Meccanica del Politecnico di Milano, forte della consolidata esperienza nella gestione di progetti nell’ambito del monitoraggio e della prognostica di strutture e sistemi meccanici e aerospaziali. Il team di ricerca è composto dal Prof. Marco Giglio, dal Prof. Claudio Sbarufatti e dal Prof. Francesco Cadini, attivi nei campi della modellazione multifisica e dell’intelligenza artificiale, e coinvolgerà anche dottorandi, studenti e ricercatori.