Dalle cave del Vicentino alle grotte sulla Luna: DaedalusCam testa la ricostruzione 3D

Il test italiano per l’esplorazione dei lava tube lunari

Una cava basaltica dei Monti Lessini, tra San Pietro Mussolino e Nogarole Vicentino, è stata utilizzata per il primo test sul campo della configurazione completa di DaedalusCam.

Il sistema, sviluppato per la missione concettuale Daedalus dell’Agenzia spaziale europea, è destinato a raccogliere immagini delle cavità lunari e a contribuire alla ricostruzione tridimensionale degli ambienti sotterranei.

La campagna si è svolta a Cava Bertocchi, gestita dalla Vaccari Antonio Giulio S.p.A. Il sito è stato scelto per la presenza di basalto, una roccia magmatica che offre un analogo utile per alcune caratteristiche delle superfici lunari.

L’analogia resta parziale. Sulla Luna mancano atmosfera e acqua liquida, la gravità è molto più bassa e le condizioni di illuminazione, temperatura e radiazione sono diverse.

Il test ha riunito competenze di geologia, ottica, fotogrammetria, robotica e operazioni con droni. Vi hanno partecipato gruppi dell’INAF, del Politecnico di Milano, dell’Università di Padova, Planetek Italia e dell’Agenzia spaziale italiana.

La campagna ha rappresentato il primo impiego delle quattro camere PanCam montate insieme nella configurazione prevista per DaedalusCam. [web:9][file:2]

DaedalusCam e la visione panoramica iperemisferica

DaedalusCam non è una singola fotocamera. È composta da quattro camere dotate di lenti bifocali panoramiche, disposte in una configurazione incrociata.

Ogni lente combina un campo panoramico di circa 360 gradi in azimut e 100 gradi in elevazione con una regione frontale circolare più ristretta, ma a maggiore risoluzione.

La copertura molto ampia serve a osservare pareti, fondo, soffitto e traiettoria durante la discesa nella cavità. La configurazione consente inoltre una visione stereoscopica ridondante. Secondo la documentazione tecnica del progetto, ogni punto dello spazio circostante dovrebbe essere osservato da almeno due camere, mentre alcune aree possono essere viste da tre o quattro sistemi.

L’aggettivo iperemisferica indica un campo di vista più esteso rispetto a quello di un obiettivo fisheye convenzionale. La caratteristica riduce le zone cieche, ma rende più complessa la calibrazione geometrica. La parte centrale ad alta risoluzione può essere utilizzata anche con filtri a banda stretta, per ottenere indicazioni sulla composizione delle pareti. L’interpretazione spettrometrica dovrà considerare illuminazione, polvere, angolo di osservazione e calibrazione radiometrica. [web:15]

Fotogrammetria e modello tridimensionale

Il compito principale di DaedalusCam è documentare la geometria della skylight e della discesa. Le immagini non producono automaticamente una mappa 3D. Prima devono essere calibrate, corrette dalla distorsione e allineate tra loro.

La catena di elaborazione comprende la trasformazione delle immagini, la registrazione dei punti omologhi, la stima del movimento e la fusione dei dati provenienti dalle quattro camere. Gli algoritmi SLAM possono contribuire a ricostruire nello stesso momento la traiettoria della piattaforma e la forma dell’ambiente.

Il risultato può essere una nuvola di punti, una mesh o un Digital Terrain Model. La qualità del prodotto deve essere verificata con misure indipendenti. Nel caso della Cava Bertocchi, il modello fotogrammetrico sarà confrontato con un rilievo ottenuto tramite laser altimetro. Il confronto consentirà di stimare l’errore sulle quote, la deriva della traiettoria e la capacità di ricostruire pareti verticali e superfici con poca tessitura.

Per un’applicazione planetaria è importante distinguere una superficie visivamente coerente da una misura geometrica affidabile. La validazione quantitativa sarà quindi una delle fasi centrali dello sviluppo.

La missione Daedalus verso Marius Hills

Il concetto Daedalus è stato sviluppato nell’ambito degli studi ESA SysNova e di una successiva attività Concurrent Design Facility. Il principale obiettivo è l’esplorazione della Marius Hills Hole, una depressione verticale situata nell’Oceanus Procellarum, nella regione equatoriale della Luna.

La cavità è stata individuata grazie alle osservazioni della missione giapponese SELENE-Kaguya. Le immagini hanno mostrato un’apertura verticale con dimensioni stimate nell’ordine di alcune decine di metri e una profondità di circa 80-90 metri. Dati successivi di altre missioni hanno rafforzato l’interesse per la possibile presenza di vuoti sotterranei. La continuità e lo sviluppo effettivo del lava tube non sono ancora stati verificati direttamente da un robot. [web:5][web:15]

La sequenza operativa ipotizzata prevede l’arrivo di un rover sul bordo della skylight. Un sistema di calata dovrebbe abbassare la sfera robotica lungo il pozzo. Durante la discesa, prevista per circa 50 metri nel progetto descritto da INAF, il cavo potrebbe fornire energia e trasmettere dati.

Una volta raggiunta la parte inferiore, Daedalus potrebbe sganciarsi e procedere autonomamente. Il robot non è concepito per tornare in superficie. La fase profonda dovrebbe basarsi soprattutto su lidar e sensori ambientali, perché non è prevista un’illuminazione artificiale per le camere ottiche.

Perché studiare le cavità lunari

I lava tube si formano quando la parte esterna di una colata lavica si raffredda, mentre il materiale interno continua a scorrere. L’esaurimento del flusso può lasciare un condotto vuoto. Il crollo parziale del tetto può generare una skylight, cioè un’apertura che collega la superficie al sistema sotterraneo.

Le cavità lunari interessano la ricerca per la loro possibile funzione di schermatura. La roccia sovrastante può ridurre l’esposizione a micrometeoriti e radiazioni rispetto alla superficie. L’ambiente sotterraneo potrebbe anche presentare variazioni termiche più contenute. Queste condizioni spiegano l’interesse per future missioni robotiche e, in prospettiva, per l’esplorazione umana.

Si tratta di potenzialità, non di condizioni già dimostrate per ogni cavità. Non è ancora noto se la Marius Hills Hole conduca a un ambiente ampio, stabile e percorribile. Restano da valutare accesso, comunicazioni, polvere, regolite, ostacoli, stabilità delle pareti e disponibilità energetica.

Un collegamento con la speleologia terrestre

Il progetto richiama diversi metodi della speleologia. Anche in una grotta terrestre il rilievo serve a trasformare osservazioni parziali in una rappresentazione spaziale. Sono importanti la ridondanza delle misure, la valutazione dell’incertezza e l’individuazione delle zone non osservate.

Le condizioni operative restano molto diverse. Una grotta terrestre può essere raggiunta da persone o robot, dispone di atmosfera e può essere illuminata artificialmente. Un lava tube lunare richiede invece sistemi autonomi, collegamenti radio, gestione della polvere e strumenti capaci di operare nel vuoto e in condizioni termiche difficili.

Il confronto è utile soprattutto sul piano metodologico. Prima di discutere la possibilità di una base, la cavità dovrà essere misurata, mappata e interpretata. DaedalusCam è pensata per la prima parte di questo percorso: osservare l’ingresso, documentare la discesa e produrre un modello tridimensionale delle pareti.

Prossimi sviluppi della tecnologia

La campagna sui Monti Lessini ha mostrato la possibilità di utilizzare la configurazione completa a quattro camere durante un volo con drone. Il gruppo dovrà ora completare l’elaborazione delle immagini e verificare la precisione del modello rispetto al rilievo laser.

Tra le criticità da affrontare ci sono la gestione della luce solare, la differenza di esposizione tra le camere, la distorsione ottica e la quantità di dati da elaborare. Un campo di vista così ampio aumenta la copertura, ma può introdurre saturazione, riflessi e perdita di contrasto quando la sorgente luminosa entra nell’inquadratura.

Sono allo studio ulteriori test in ambienti vulcanici naturali, comprese possibili campagne nelle grotte dell’Etna. Un simile passaggio permetterebbe di avvicinare la sperimentazione alle condizioni di una cavità, mantenendo la possibilità di intervento diretto degli operatori.

La data del 2033, citata nelle prime fasi del progetto Daedalus, non risulta confermata. Le informazioni più recenti riportano un orizzonte successivo al 2033 e non indicano ancora un lancio operativo definito. DaedalusCam rappresenta quindi una tecnologia in sviluppo all’interno di un concetto di missione, non uno strumento già inserito in una missione lunare finanziata e programmata.