Questi scienziati hanno mandato un razzo su Marte per meno di quanto è costato fare “The Martian”

Il 5 novembre 2013, un razzo fu lanciato verso Marte. Era la prima missione interplanetaria dell’India, Mangalyaan, e una scommessa formidabile. Solo il 40% delle missioni inviate su Marte dalle principali organizzazioni spaziali – NASA, Russia, Giappone o Cina – avevano avuto successo. Nessuna organizzazione spaziale aveva avuto successo al suo primo tentativo. Inoltre, l’organizzazione spaziale indiana, ISRO, aveva pochissimi fondi: mentre la sonda Maven della NASA è costata 651 milioni di dollari, il budget per questa missione era di 74 milioni di dollari. In confronto, il budget per il film “The Martian” era di 108 milioni di dollari. Oh, e l’ISRO ha inviato il suo razzo solo 18 mesi dopo l’inizio dei lavori. Alcuni mesi e diversi milioni di chilometri dopo, l’orbiter si preparava ad entrare nella gravità di Marte. Questo era un momento critico. Se l’orbiter fosse entrato nella gravità di Marte con l’angolo sbagliato, anche solo di un grado, si sarebbe schiantato sulla superficie di Marte o sarebbe volato oltre, perso nel vuoto dello spazio.

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Di nuovo sulla Terra, il suo team di scienziati e ingegneri aspettava un segnale dall’orbiter. La progettista della missione Ritu Karidhal aveva lavorato 48 ore di fila, alimentata dall’attesa. Da bambino, Minal Rohit aveva guardato le missioni spaziali in TV. Ora, Minal aspettava notizie sull’orbiter che lei e il suo collega, Moumita Dutta, avevano aiutato a progettare.

Quando il segnale è finalmente arrivato, la sala di controllo della missione è scoppiata in un applauso. Se lavori in una stanza del genere, dice il vice direttore delle operazioni Nandini Harinath, “non hai più bisogno di guardare un film thriller per sentire il brivido della vita. Lo senti nel tuo lavoro quotidiano.”

Questo non è stato l’unico successo della missione. Un’immagine degli scienziati che festeggiano nella sala di controllo della missione è diventata virale. Le ragazze in India e oltre hanno guadagnato nuovi eroi: quelli che indossano sari e si legano fiori nei capelli, e mandano razzi nello spazio.

Il razzo sta per partire. Non aspetterà nessuno.

Quando Moumita Dutta era in prima superiore, ha studiato la luce e l’ha trovata affascinante. Questa ossessione l’ha portata a studiare ingegneria. Era nella città orientale di Kolkata, in India, nel 2006, quando ha letto sul giornale che l’India si stava preparando a lanciare la sua prima missione sulla luna. Era un’occasione per recuperare un’opportunità nazionale che l’India aveva perso mezzo secolo prima. L’ISRO era stata fondata alla fine degli anni ’60, nel pieno della corsa alla luna. Ma come organizzazione spaziale in un paese appena indipendente con risorse estremamente limitate, l’agenzia non vi ha mai partecipato. La missione indiana del 2008 sulla Luna ha richiesto molto tempo, tanto storica quanto innovativa. “Ho pensato che le persone che ci hanno lavorato sono state molto fortunate”. Moumita ha lasciato l’offerta di un dottorato di ricerca all’estero e si è trasferito a metà del paese per unirsi a ISRO nella sua missione sulla Luna.

Quando ISRO ha annunciato la missione su Marte nel 2012, il suo obiettivo primario era quello di costruire una capacità di entrare nella gravità di Marte, e una volta lì, condurre esperimenti scientifici. La missione, soprattutto considerando le risorse limitate del paese, avrebbe dovuto essere completata in tempo record. Il razzo doveva essere lanciato quando la distanza tra la Terra e Marte era più breve, a metà del 2013: solo 18 mesi per pianificare, costruire e testare tutto a bordo. L’orbiter doveva entrare in un’orbita ellittica intorno a Marte da dietro il pianeta, tagliando ogni comunicazione con la Terra nella fase più cruciale della missione. Questo richiederebbe lo sviluppo di una piena capacità autonoma per mantenerlo in funzione. L’orbiter potrebbe trasportare 5 sensori per effettuare esperimenti scientifici. L’avvertimento: avrebbero dovuto pesare meno di 15 chilogrammi, o 33 libbre, messi insieme.

Moumita conosceva i sensori. Ora, aveva il compito di costruire e testare uno strumento scientifico unico nel suo genere per rilevare il metano su Marte.

Si è scoperto che il sensore su cui Moumita ha lavorato non poteva essere più tempestivo. Nel 2014, il rover di Marte della NASA, Curiosity, ha rilevato un picco di metano nelle sue immediate vicinanze. Poiché la presenza di metano potrebbe indicare che la vita o l’acqua erano una volta presenti su Marte, è stata una scoperta emozionante. Ma per trarre conclusioni significative è necessario uno strumento scientifico che possa rilevare anche le più piccole quantità di metano su tutta la superficie di Marte, e farlo in tutte le stagioni, per mesi e anni. Cercare tra i dati raccolti sarebbe “come cercare Dio”, come dice Moumita, “naturalmente, Dio, in questo caso, è il nostro obiettivo scientifico.”

L’esigente sensibilità di questa ricerca ha plasmato la progettazione del sensore di metano ISRO per Marte. Moumita aveva lavorato su 12-14 carichi utili prima di questa missione, ma questa era una bestia diversa. “Stavamo costruendo qualcosa che non era mai stato costruito prima, quindi ogni giorno era una nuova sfida”, dice.

Moumita e i suoi colleghi hanno concluso che la loro migliore possibilità di registrare queste misure fini era la scelta di un filtro ottico che non era mai stato utilizzato in missioni interplanetarie: l’etalon. Non era testato, ma abbastanza sensibile da rilevare le più piccole quantità di metano e avrebbe ridotto il peso del sensore a meno di 3 kg o 6,5 libbre. Moumita ha concettualizzato, sviluppato ed eseguito i test per l’etalon. Era così importante per questo esperimento che il presidente e i direttori dell’ISRO erano presenti per i test.

Sotto gli occhi dei suoi capi, una Moumita nervosa ha iniziato la prova. “Ho messo l’etalon nella configurazione di prova, così ansiosa di vedere se mi avrebbe dato le prestazioni che cercavamo”, dice. Poi ha inserito una minuscola cella a metano tra l’etalon e i fasci di luce paralleli nel setup. Il segnale dell’etalon è sceso. “Quando ho visto questo, ho pensato “whoa! Mi sono emozionato. Quello che avevamo costruito poteva davvero rilevare il metano. Sapevamo che avrebbe funzionato!”

Il sensore sarebbe volato su Marte, e avrebbe avuto il tocco di Moumita. Tutto ciò che rimaneva erano mesi di giornate di 18 ore per assicurarsi che la missione fosse lanciata nei tempi assurdamente ottimistici. Per Moumita, la pressione del tempo era un non-problema.

“Ci sono lunghe ore”, dice. “ma ogni volta che penso che il sensore su cui sto lavorando andrà a beneficio dei miei connazionali, ne vale la pena.”

“Quando la finzione diventa realtà, non si sa.”

L’India è un paese di contraddizioni. C’è l’India che fa crescere la sua economia, poi c’è l’India con un’estrema disuguaglianza di reddito. Un’India mostra alle sue ragazze che possono crescere per diventare scienziati missilistici, l’altra non le assicura che i diritti all’istruzione e alla sicurezza siano un dato di fatto. Mentre un’India segue la traiettoria più breve per Marte, l’altra India rimane inaccessibile per strada.

Crescendo negli anni 80 nella piccola città di Rajkot, India, Minal Rohit guardava il lancio di un satellite in televisione. Era così eccitante che pensò: “kaam karna hai toh aisa karna hai.”

Se devi lavorare, fai un lavoro del genere.

Per le ragazze e le donne orientate alla missione, la cultura in India può essere talvolta claustrofobica e la carriera può sembrare un atto di ribellione. I genitori di Minal non hanno mai permesso che questa cultura pervadesse la loro casa. Quando le è stato suggerito di non proseguire gli studi – “Come potrebbe trovare un buon partito per il matrimonio?” – suo padre non ne ha voluto sapere. “Mio padre era irremovibile”, dice lei. Disse: “Troverà da sola un compagno se non lo trova, ma mia figlia studierà”. Anche così, l’ingegneria era una scelta di carriera insolita a Rajkot all’epoca, in particolare per le donne, e Minal decise che la medicina poteva essere più appropriata. I genitori di Minal la trasferirono da una scuola di Gujarati a una di lingua inglese. Quando non ha superato gli esami di ammissione a medicina, l’hanno incoraggiata a tentare la strada dell’ingegneria.

Naturalmente, era quello che sognava da bambina.

Minal ha iniziato la sua carriera all’ISRO fornendo accesso medico ed educativo nell’India rurale utilizzando i satelliti di comunicazione dell’agenzia, dove tali servizi cambiano la vita a migliaia di persone. Ha avuto la fortuna di avere il sostegno dei suoi genitori e di suo marito. Ma la sua spinta non era sazia. “La vita è comoda, quindi devo trovare il modo di uscire dalla mia zona di comfort ancora e ancora nel mio lavoro”, dice. Altrimenti, “quando la finzione si trasforma in realtà, non te ne accorgi”.

La missione su Marte è stata tanto fuori dalla zona di comfort quanto può esserlo una missione.

La linea temporale impossibile ha costretto all’innovazione. Una missione normale è come una corsa a staffetta. I team dei sottosistemi, come il team di ottica di Moumita, costruiscono i loro dispositivi e li consegnano al team di integrazione dei sistemi. Questo gruppo si assicura che tutti i sottosistemi – ottica, elettronica, meccanica – funzionino armoniosamente insieme e soddisfino i criteri di prestazione. Poi, il sistema viene passato per essere integrato su un modello dell’orbiter, il modello di qualificazione, che viene sottoposto a faticosi test. L’orbiter che finalmente vola è una replica di questo modello.

“Pensatelo come il figlio maggiore e il figlio minore”, dice Minal. “Il figlio più giovane riceve tutte le attenzioni, mentre il figlio maggiore deve sopportare tutte le difficoltà. Quindi, se il figlio maggiore supera le prove rigorose, significa che anche il più giovane le supererà. Generalmente, solo una volta che il modello di qualificazione è finito, si pensa al modello di volo.”

Ma questo non è stato il caso della missione su Marte, che non ha avuto il lusso del tempo per condurre una staffetta. Si trattava piuttosto di un gioco di prestigio. “Il modello di qualificazione e il modello di volo venivano costruiti in parallelo”, dice Minal.

Il suo ruolo era quello di aiutare a integrare i componenti del sensore di metano in uno strumento scientifico finemente accordato. Normalmente tutto il suo lavoro sarebbe stato fatto nel modello di qualificazione, con un margine di errore che avrebbe potuto essere corretto nel modello di volo finale. Ma poiché tutto è stato sovrapposto per rispettare la scadenza, quel margine non esisteva.

“Nello spazio, nessun errore è accettabile”, dice. “Noi lo chiamiamo difetto zero”. Così, quando tutti gli strumenti arrivavano per i test su entrambi i modelli di qualificazione e di volo all’ultimo stadio, Minal ricorda, “c’era molta pressione. Nessun errore era accettabile, nemmeno in un singolo collegamento dei fili. Direi che anche la pazienza che non ho con mio figlio è stata messa alla prova in questa missione.”

Minal ha elaborato meticolosamente i piani e le procedure per integrare i sottosistemi del sensore del metano. Di solito, quando i sottosistemi arrivano alla scrivania di Minal per essere integrati, sono stati completamente testati e certificati dagli ingegneri dei sottosistemi. In questa missione, racconta Minal, “erano ancora in fase di test da parte dei team dei sottosistemi. Quindi abbiamo dovuto fidarci oralmente, senza documenti o certificati, solo dall’ingegnere che diceva: ‘ok, l’ho testato a modo mio, ora prendilo tu’. Questo è tutto!” Aggiunge, ridendo: “Pregavo Dio che quando premevo il pulsante di accensione, si accendesse e non esplodesse qualcosa!”

Non ci sono state esplosioni. L’orbiter poteva essere preparato per quello che contava: il decollo nello spazio.

“Guardavo l’oscurità e mi chiedevo cosa ci fosse oltre”

La distanza media tra Terra e Marte è di 225 milioni di chilometri. Questo significa che un segnale dall’orbiter di Marte impiega 12 minuti per arrivare al controllo a terra. Dodici strazianti minuti prima di sapere potenzialmente che qualcosa non va, e altri 12 interminabili minuti prima che il tuo comando per correggerlo raggiunga l’orbiter. Se l’orbiter è sull’orlo del disastro, quei 24 minuti di tempo saranno probabilmente fatali.

Ecco perché un orbiter marziano richiede la capacità di operare in modo completamente autonomo. Con ogni missione spaziale, il team di scienziati dell’ISRO sta costruendo le proprie capacità. La missione del 2007 sulla Luna ha costruito la loro capacità di lasciare la gravità della Terra. La missione su Marte dovrebbe aggiungere un sistema software autonomo, abbastanza avanzato da diagnosticare e autocorreggere qualsiasi problema che lo spazio esterno potrebbe presentare.

La progettista della missione Ritu Karidhal ha guidato la progettazione e lo sviluppo di questo sistema. “È come il cervello umano. Riceve segnali da sensori come gli occhi, le orecchie, le terminazioni nervose. Se c’è un problema in qualsiasi parte del corpo, il cervello reagisce immediatamente. Questo è ciò che abbiamo dovuto costruire per l’orbiter in dieci mesi da zero. Abbiamo dovuto prendere ogni elemento – sensori, attivatori, motori – e capire come poteva comportarsi o comportarsi male.”

Quando Ritu si è interessata per la prima volta allo spazio, non aveva capito che sarebbe stato così tecnico. D’altra parte, aveva solo tre anni. “Mi chiedevo perché la luna diventasse sempre più grande e sempre più piccola. Guardavo l’oscurità e mi chiedevo cosa ci fosse oltre”, ricorda Ritu. “Pensavo che la scienza spaziale fosse solo astronomia, guardare le stelle. In realtà, è un lavoro molto tecnico.”

Diciannove anni fa, Ritu ha lasciato la sua città natale di Lucknow, in India, e si è trasferita dall’altra parte del paese per diventare una scienziata. “Non è stata una decisione facile da prendere, ma i miei genitori mi hanno sempre sostenuto”, dice.

Il giorno del lancio nel novembre 2013, quei sogni hanno incontrato la realtà mentre Ritu fissava i monitor nella sala di controllo della missione. Il suo sistema autonomo era destinato al test definitivo.

Anche Nandini Harinath, vice direttore delle operazioni della missione, era presente nella stanza.

Non c’è stato un momento particolare che ha scatenato l’interesse di Nandini per la scienza. “Mia madre era un’insegnante di matematica, mio padre è un grande appassionato di fisica. Penso che per me la scienza sia sempre stata lì”, dice Nandini. La matematica era un argomento di conversazione così frequente a casa, che Nandini ritiene di aver familiarizzato con essa prima ancora di imparare a parlare. Con suo padre, ricorda di aver studiato le costellazioni fino a riconoscere le diverse stelle nel cielo notturno di Bangalore. “Certo, non pensavo che sarei mai entrata nell’ISRO, ma 21 anni fa, è successo.”

Per Mangalyaan, Nandini ha fatto i calcoli per determinare la traiettoria che dovrebbe portarlo su Marte.

Durante i decolli, Nandini dice: “Ho sempre le farfalle nello stomaco”. Una volta che l’orbiter è stato lanciato, il team ha dovuto eseguire operazioni critiche per fargli lasciare la gravità della Terra per Marte. Come le descrive Nandini, esse “erano un affare unico. O lo fai bene o non lo fai”. L’orbiter ha seguito un percorso predeterminato come una fionda, girando intorno alla Terra sei o sette volte, accendendo i motori ad ogni rivoluzione, fino a quando, finalmente, ha guadagnato abbastanza velocità per lasciare la sfera di influenza della Terra con l’angolo giusto verso il pianeta rosso. La prima fase della missione era finita.

Nove mesi dopo, l’orbiter sarebbe stato pronto per entrare in un nuovo mondo: Marte.

Nel frattempo, Nandini ha lavorato al controllo della missione per assicurarsi che la sonda marziana seguisse la traiettoria che aveva contribuito a calcolare e progettare. Se la capsula si allontanava dalla traiettoria prevista, la sua squadra aveva i mezzi per riportarla indietro. Mentre Nandini veniva messa alla prova nella missione su Marte, sua figlia sosteneva i suoi esami finali di scuola superiore. Nandini tornava dalla sala di controllo della missione a mezzanotte, svegliandosi alle 4 del mattino per studiare insieme a sua figlia.

Ma il 24 settembre 2014, non ci sarebbe stata la possibilità di aggiustamenti: era il momento che Mangalyaan volasse da solo, usando il sistema che Ritu aveva aiutato a progettare. Alle 7 di quella mattina, l’orbiter ha inviato un segnale che confermava che il sequenziatore del sistema di autonomia di bordo aveva iniziato a sparare. Era pronto ad entrare nella gravità di Marte. L’orbiter si è orientato da solo usando attivatori e ruote fino ad un angolo di inserimento con un margine di errore di un grado.

Ventuno minuti dopo, come previsto, il motore ha iniziato ad accendersi. Quattro minuti dopo, il segnale si è fermato. L’orbiter era andato dietro Marte. Se fosse entrato nella gravità di Marte con l’angolo corretto, avrebbe inviato un segnale alla Terra. In caso contrario, Mangalyaan non avrebbe più avuto notizie.

“Ogni minuto”, ricorda Ritu, “tenevamo traccia dei dati per cercare di calcolare se si stava verificando un’anomalia”. Ma ovviamente non c’era modo di alterare la missione stessa. Per i successivi 26 minuti, le squadre di Ritu e Nandini hanno aspettato nel completo silenzio della sala di controllo della missione.

Poi, alle 8 del mattino, un segnale è arrivato sulla Terra. E il mondo vide la celebrazione, non solo della scienza indiana, ma delle incredibili donne al suo centro.

“In tutto il mondo, la metà dei cervelli sono nelle donne.”

L’astrofisica Vera Rubin, che scoprì la materia oscura, scrisse notoriamente di avere tre assunti di base riguardo alle donne nella scienza:

“Non c’è problema nella scienza che possa essere risolto da un uomo che non possa essere risolto da una donna. In tutto il mondo, la metà di tutti i cervelli sono nelle donne. Abbiamo tutti bisogno del permesso di fare scienza, ma, per ragioni profondamente radicate nella storia, questo permesso viene dato più spesso agli uomini che alle donne.”

Nandini concorda tristemente che questo è ancora il caso per la maggior parte delle donne nel suo paese. “Forse è la nostra cultura”, dice. “Mette così tanta pressione sulla donna che anche se è ambiziosa e ha il talento per andare lontano, non può farlo se non ha il pieno sostegno a casa.”

Tuttavia le donne della ISRO possono avere un impatto su questo. Questi eroi accreditano le loro opportunità dal permesso e dal sostegno, silenzioso o meno, dei loro genitori. Gli albi dell’agenzia spaziale indiana indicano che altri stanno seguendo. Oggi, dice Moumita, “Il numero di donne nella scienza spaziale all’ISRO è salito alle stelle negli ultimi anni. Questo dimostra che c’è più sostegno per le donne che si uniscono a questo lavoro.”

Infatti, quasi un quarto del personale tecnico dell’ISRO oggi è costituito da donne. C’è ancora molta strada da fare, ma le missioni spaziali sono così difficili che tutte le mani – tutti i cervelli – devono essere sul ponte. Se vuoi raggiungere le stelle, non puoi costruire un soffitto di vetro tra la Terra e lo spazio.

Questo è ciò che spinge gli orbitanti nello spazio e gli scienziati alla ribalta. E poi il ciclo può continuare – una corsa a staffetta il cui tempo è arrivato – quando le ragazze vedono i sari nel controllo della missione e si rendono conto che anche loro possono fare questo.

“Se hai un vero desiderio, ci arriverai, in questo o in quel modo”, dice Minal Rohit, il cui sensore continua a misurare il metano su Marte. “Io dico sempre: tieni degli obiettivi a breve termine, così puoi trovare la motivazione per raggiungerli. Poi, tieni un obiettivo di fondo da qualche parte nel tuo cervello, una dichiarazione chiara di ciò che vuoi nella vita. One big dream, many small dreams.”

“Helping the common man is my big dream,” she says, “Mars was a small dream. Now I think: what next?”

The sky is not the limit.