Nel 1977 viene chiamato al Servizio Militare di Leva e, facendo seguito alla sua domanda, è mandato alla Scuola Militare di Paracadutismo (SMIPAR) di Pisa. Dopo aver completato l’addestramento di base al Centro Addestramento Reclute (CAR), frequenta il Corso di Paracadutismo e ottiene il Brevetto di Paracadutismo Militare nel febbraio 1978.

Invece di essere destinato ai reparti operativi, è selezionato come Aiuto Istruttore di Paracadutismo (AIP) e rimane in forza alla palestra della SMIPAR dove, per il restante servizio di leva, coadiuva i sottufficiali Istruttori di Paracadutismo nei corsi di formazione degli allievi paracadutisti, prima come caporale e poi caporalmaggiore istruttore.

Alla fine del servizio militare obbligatorio nel novembre 1978, decide di raffermarsi, ottiene il grado di sergente e inizia la carriera nell’Esercito Italiano come sottufficiale Istruttore di Paracadutismo, funzione che mantiene fino al dicembre 1979 quando, dopo aver risposto ad un bando di concorso per un reclutamento speciale di Incursori dell’Esercito, transita come Allievo Incursore nei ranghi del 9° Battaglione d’Assalto Paracadutisti “Col Moschin” di Livorno, le Forze Speciali dell’Esercito Italiano. Nei due anni successivi completa i corsi di base (80/B, Sci, Alpinismo, Apertura Comandata) e nell’agosto 1982 transita nella 2° Compagnia Incursori come Operatore di Distaccamento Operativo.

Nel settembre 1982, in seguito alla strage di Sabra e Chatila a Beirut, Libano, e alla costituzione del Contingente Italiano della Forza Multinazionale di Pace (ITALCON), è inviato a Beirut come operatore della Compagnia Incursori col grado di sergente maggiore. Nei primi due mesi opera di supporto ai vari punti di controllo nei campi palestinesi e all’aeroporto, e lavora con il Nucleo Bonifica per la messa in sicurezza degli ordigni esplosivi delle mine disseminate ovunque. Passa poi alle dipendenze del Comando di Contingente dove lavora per l’"Ufficio Arabo", ufficio che, in diretto supporto al Comandante di Contingente Generale Franco Angioni, sotto il coordinamento del Capitano Corrado Cantatore, cura le operazioni di collezione e gestione delle informazioni operative così come la gestione della stampa e della comunicazione in generale. Rimane in questa funzione fino al rimpatrio del Contingente, avvenuto nel febbraio 1984.

La sua formazione di incursore unita all’esperienza operativa a Beirut, in un contesto instabile di rischio costante ma anche estremamente stimolante, gli permette di affinare le sue elevate capacità di adattabilità, problem solving e di sviluppare una flessibilità di approccio che si rivelerà fondamentale per il futuro.

Come parte dei suoi incarichi a Beirut, scorta i numerosi giornalisti italiani e stranieri che vengono in visita al Contingente Italiano. Tra questi spicca Oriana Fallaci, che compirà numerosi viaggi sia di visita a Beirut che al Contingente Italiano. Tra i due si instaura una profonda stima professionale e personale, al punto che, sulla nave che lascia Beirut al ritiro del contingente, lui le confessa che il suo sogno di bambino era di “fare l’astronauta”: e lei lo stimola a cercare di realizzarlo.

Nel frattempo vince il concorso per diventare ufficiale dell’Esercito e nel giugno del 1984 diventa Sottotenente, viene assegnato per i necessari corsi di aggiornamento e formazione dapprima alla Scuola Militare di Applicazione di Torino e poi alla Scuola di Fanteria e Cavalleria di Cesano. Nell’aprile del 1985, convinto della necessità di un cambiamento e finalmente cosciente delle sue capacità fisiche e psicologiche, decide di perseguire il sogno di diventare astronauta.

Nel 1988 l’allora Piano Spaziale Nazionale (PSN), precursore dell’Agenzia Spaziale Italiana, sigla un accordo con la NASA per mandare nello spazio a bordo dello Space Shuttle il primo Specialista di Carico italiano, al fine di seguire le operazioni del Satellite al Guinzaglio (TSS), esperimento pensato da scienziati italiani.

Nel febbraio 1989 il PSN pubblica un bando di concorso per la selezione di 2 Specialisti di Carico da inviare alla NASA e comincia le selezioni tra i candidati che rispondono al concorso. Tra questi c’è Paolo. Le selezioni a multipli livelli durano qualche mese e culminano con la selezione finale fatta dall’Investigator Working Group (IWG) in riunione alla Stanford University. Sebbene sia arrivato nella rosa dei finalisti, Paolo non viene selezionato.

Dopo aver completato il Master of Science in Aeronautics and Astronautics a New York nel settembre 1989, Paolo rientra in Italia e immediatamente inizia a lavorare alla Proel Tecnologie di Firenze come ingegnere disegnatore. È principalmente coinvolto nelle fasi finali di test e collaudo del Cannone ad Elettroni, uno strumento principale del Satellite al Guinzaglio, così come altri progetti che hanno a che vedere con equipaggiamenti termoionici per applicazioni spaziali.

Nel maggio del 1990 risponde ad un bando di concorso dell’Agenzia Spaziale Europea (ESA) per volontari sui quali verranno testate le prove di selezione fisiche e psicologiche che verranno utilizzate nella imminente selezione di astronauti dell’ESA. I 10 vincitori del concorso sono inviati al Norwegian Underwater Technology Center (NUTEC) per partecipare ad una missione spaziale simulata denominata Experiment for the European Manned Space Infrastructure (ExEMSI) simulazione nella quale 6 “emsinauti” vengono isolati e confinati per 28 giorni in un modulo della camera iperbarica di NUTEC per svolgere un programma tecnico-scientifico tipico di una missione sulla stazione spaziale. Paolo viene selezionato, prima tra i 6 membri che saranno isolati, e poi come comandante della missione. La simulazione che ha come obiettivo principale lo studio delle dinamiche di gruppo in un ambiente isolato e confinato ad alto fattore di stress, si conclude nell’ottobre del 1990.

Nel novembre 1990, l’ESA pubblica un bando di concorso per un “Ingegnere addetto all’addestramento di astronauti” al Centro Astronauti (ESA/EAC) di Colonia, in Germania. Paolo vi partecipa vincendolo e nel gennaio 1991 si trasferisce a Colonia dove all’ESA/EAC è coinvolto nella preparazione del curriculum di addestramento e qualifica degli astronauti europei ed è responsabile della creazione dell’Astronaut Training Database.

Nel 1992 partecipa al bando di concorso per la selezione di un nuovo gruppo di astronauti europei ma non passa le selezioni a livello nazionale, selezioni svolte sotto l’egida dell’Aeronautica Militare Italiana.

Nel 1994, l’ESA/EAC lo assegna temporaneamente al progetto EuroMir95, un progetto congiunto dell’European Space Technology Centre (ESA/ESTEC) a Noordwijk in Olanda, e l’Agenzia Federale Spaziale Russa a Mosca, per la preparazione ed esecuzione della prima missione spaziale europea di lunga durata. La missione si svolge nel 1995-96 sulla stazione spaziale russa MIR. Dal 1994 al 1996, Paolo passa il suo tempo tra Colonia, Noordwijk e Mosca, nel ruolo di ingegnere responsabile della creazione e gestione del sistema informatico per la raccolta a bordo, trasmissione e disseminazione a terra dei dati scientifici della missione.

Nell’agosto 1996 Paolo è trasferito al Johnson Space Center della NASA (NASA/JSC), a Houston in Texas (USA), per rappresentare l’ESA nella creazione del curriculum internazionale di addestramento di base, avanzato e di missione della Stazione Spaziale Internazionale (ISS). L’incarico ha la durata iniziale di 1 anno ma viene prolungato di un altro anno fino all’agosto 1998.

Nel febbraio del 1998, l’Agenzia Spaziale Italiana pubblica un bando di concorso per due astronauti italiani per completare la quota italiana del Corpo Astronauti Europeo, appena creato dall’Agenzia Spaziale Europea. Paolo vi partecipa e completa con successo tutte le fasi ed è finalmente selezionato come astronauta nel luglio 1998. Diventa quindi uno dei nuovi astronauti dell’ESA/EAC a Colonia ed è immediatamente trasferito al Johnson Space Center di Houston dove, nell’agosto del 1998, come Candidato Astronauta, comincia l’addestramento di Specialista di Missione (Space Shuttle e Stazione Spaziale Internazionale) nella XVII Classe di Astronauti della NASA.

Con il resto della sua classe di candidati astronauti, passa due anni intensi in addestramento di base per ottenere le qualifiche di Specialista di Missione (ovvero parte dell’equipaggio) sia dello Space Shuttle sia della Stazione Spaziale Internazionale (ISS). I corsi comprendono lezioni teoriche, simulazioni nei vari simulatori, visite nei vari centri NASA sparsi negli Stati Uniti, addestramenti pratici di sopravvivenza nei vari ambienti terrestri e marini così come lezioni sul campo come, per esempio, un corso pratico di geologia. I candidati sono valutati sia per le loro capacità di apprendimento tecnico sia per le loro competenze, pratiche e attitudinali, al lavoro di gruppo e in situazioni ad alto stress.

Nell’agosto del 2000, la Classe XVII completa i corsi e Paolo riceve l’Astronaut Silver Pin, a significare un astronauta qualificato in attesa di missione spaziale. Paolo comincia a lavorare all’interno del Corpo Astronauti della NASA a Houston, svolgendo vari incarichi tecnici mentre affina le sue qualifiche e le aumenta con corsi di addestramento avanzati come operatore del Braccio Meccanico dello Space Shuttle (RMS) e qualifica per l’esecuzione di Passeggiate Spaziali (EVA). Inoltre frequenta al Gagarin Cosmonaut Training Center (GCTC) di StarCity, a Mosca, un corso iniziale di Ingegnere di Bordo della navetta Russa Soyuz e partecipa a spedizioni sul campo in Alaska e Wyoming, dedicate alle performance e dinamiche di gruppo in ambienti ad alto stress.

Nel luglio 2006 è assegnato alla missione STS-120 (la 120ma missione dello Space Shuttle effettuata sulla navetta Discovery), una complessa missione di costruzione della Stazione Spaziale Internazionale, missione che ha come obiettivi principali l’aggancio alla stazione di un nuovo modulo costruttivo chiamato Nodo 2 e il riposizionamento del gruppo di pannelli solari P6. Come ingegnere di bordo, i suoi ruoli principali sono: operatore del braccio meccanico dello shuttle nelle fasi di ispezione dello scudo termico, coordinatore di tutte le passeggiate spaziali, specialista di missione numero uno (MS-1) nella fase di rientro dello Space Shuttle.

Inizia, principalmente a Houston e Capo Kennedy, una frenetica attività di addestramento che, con il resto dell’equipaggio, lo vede coinvolto a tempo pieno fino al momento del lancio.

La missione parte da Capo Kennedy il 23 ottobre 2007 e si svolge senza problemi sino all’ottavo giorno quando si forma uno strappo in uno dei pannelli solari riposizionati, un problema serio per il quale la missione deve essere fermata e riprogrammata. La missione viene allungata di un giorno per permettere al Centro di Controllo di Houston di valutare tutte le possibili opzioni. Viene deciso di effettuare una passeggiata spaziale non nominale per riparare il pannello solare. Per questa si costruiscono all’interno della stazione, con materiale di fortuna, 5 lacci da collocare sul pannello solare e si preparano degli attrezzi per eseguire l’operazione.

Per posizionare l’astronauta vicino al pannello, si utilizzerà il braccio meccanico della stazione con l’aggiunta dell’OBSS, il “palo per le ispezioni orbitali” dello shuttle, e in cima una piccola piattaforma aggiuntiva. La missione viene allungata di un ulteriore giorno per permettere all’equipaggio di predisporre tutti gli attrezzi necessari e prepararsi. Durante la complessa e ardita passeggiata spaziale, eseguita il 12° giorno di missione, il pannello solare viene riparato e le sue funzionalità ripristinate al 100%.

Al completamento dell’EVA, la missione viene allungata di un ulteriore giorno per permettere all’equipaggio di riassettare l’equipaggiamento della stazione e dello shuttle e focalizzarsi sulle complesse fasi del rientro. Lo Space shuttle Discovery rientra a Capo Kennedy il 7 novembre 2007, dopo aver passato in orbita 15 giorni, 2 ore, 23 minuti, il record per la navetta Discovery. Al rientro a Houston, il presidente degli Stati Uniti, George W. Bush, si congratula personalmente con l’equipaggio per la missione compiuta. Come gli altri astronauti al compimento della prima missione spaziale, Paolo riceve l’Astronaut Gold Pin.

Al rientro dalla missione riceve una valutazione eccellente sulle sue performance e gli viene preannunciato che a breve sarebbe stato assegnato ad una nuova missione shuttle con passeggiate spaziali. Per questo, riceve l’incarico tecnico di supporto alla divisione EVA dell’ufficio astronauti. L’assegnazione però viene ridiretta ad un altro astronauta e Paolo rimane in attesa a Houston. Nel luglio del 2008 si apre la possibilità di un volo di lunga durata per un astronauta italiano sulla stazione e Paolo è il candidato principale. In seguito alle riserve dell’Agenzia Spaziale Italiana e dell’Aeronautica Militare, ci vorranno diversi mesi prima che l’assegnazione venga ratificata, cosa che avviene solo dopo che l’opzione di volo viene presa in carico dall’Agenzia Spaziale Europea.

Con diversi mesi di ritardo, nel dicembre del 2008 Paolo comincia l’addestramento per la spedizione ISS-26/27 sulla stazione spaziale internazionale. Gli vengono assegnati i ruoli di ingegnere di bordo (FE) della navicella Soyuz TMA-20 per le fasi di lancio, avvicinamento e aggancio e rientro a terra, il ruolo di ingegnere di bordo (FE) per la spedizione ISS-26, e il ruolo di responsabile del segmento spaziale americano (che comprende il laboratorio europeo e giapponese) per la spedizione ISS-27 (questo ruolo equivale al ruolo di vice-comandante della stazione quando il comandante è russo).

Inoltre, sia per la ISS-26 sia per la ISS-27, è parte del team in stand-by che dovrà effettuare passeggiate spaziali d’emergenza nel caso in cui ve ne fosse la necessità.

Dopo due anni frenetici di addestramento passati tra StarCity, Houston, Canada, Giappone e vari siti in Europa, il 15 dicembre 2010, la Soyuz TMA-20 viene lanciata dal cosmodromo di Baikonur alla volta della ISS. Nel suo ruolo di ingegnere di bordo (FE), Paolo ha il compito di coadiuvare il comandante della navicella in tutte le fasi di lancio, avvicinamento, aggancio e rientro e di reagire nei casi di malfunzionamento fino a prendere il controllo manuale del veicolo nel caso di indisponibilità del comandante.

Il lancio e l’entrata in orbita avvengono senza problemi e la navicella, seguendo le procedure di avvicinamento alla stazione allora in uso, comincia la prima delle 32 orbite che farà prima di agganciarsi alla stazione 49 ore dopo il lancio. Periodicamente, quando la navicella sorvola il territorio della Russia, si fanno veloci collegamenti radio con il centro di controllo di Mosca. Durante questa fase ci sono dei problemi di comunicazione dovuti ad un'errata configurazione del sistema a terra e la navicella rimane isolata senza comunicazioni per diverse ore. La Soyuz TMA-20 si aggancia in modo automatico alla stazione il 17 dicembre 2010 e vi rimane fino al 23 maggio 2011, quando si sgancia dalla ISS, per il ritorno a terra. Nei 157 giorni passati sulla ISS Paolo svolge i tipici compiti dell’ingegnere di bordo: manutenzione ordinaria e straordinaria della stazione, carico e scarico dei vari veicoli di rifornimento, supporto alle operazioni degli equipaggi in vista, esecuzione di esperimenti e attività tecnico-scientifiche-educative, collegamenti con la stampa, video collegamenti istituzionali. A parte un falso allarme di contaminazione atmosferica, non avvengono seri malfunzionamenti durante tutta la missione e non sarà necessario effettuare passeggiate spaziali d’emergenza. Durante la complessa missione si agganciano e sganciano alla stazione numerosi veicoli: 2 Space Shuttle (STS-133 e STS-134); 2 Soyuz (TMA-01M, TMA-21); 4 veicoli di rifornimento: (ESA ATV2, JAXA HTV 2, RSA Progress M-09M, RSA Progress M-10M). Inoltre vengono eseguite 6 passeggiate spaziali nominali: 2 EVA russe e 4 EVA americane.

Al momento dello sgancio dalla stazione viene aggiunta un’ulteriore orbita per compiere una manovra mai fatta: fotografare e filmare la stazione congiunta con lo Space Shuttle e i veicoli di rifornimento europeo e giapponese. Paolo è il membro dell’equipaggio che funge da fotografo mentre il comandante russo della Soyuz mantiene manualmente il veicolo alla distanza e attitudine corretta. Completata la manovra, la Soyuz rientra per il suo “atterraggio morbido” nella steppa del Kazakhistan. L’ atterraggio avviene il 24 maggio dopo 159 giorni, 7 ore, 17 minuti.

Al ritorno dalla spedizione ISS-26/27, Paolo riceve dalla NASA un’eccellente valutazione sulle sue performance a bordo e ottiene luce verde per un ulteriore volo spaziale con il ruolo di comandante della stazione spaziale. Le condizioni in Italia, però, gli sono sfavorevoli e, dopo l’anno di post-volo a Houston dove completa gli esperimenti scientifici e compie le attività di routine di riabilitazione e di pubbliche relazioni, gli viene interrotto il mantenimento delle sue qualifiche da astronauta e nel 2013 viene prima distaccato all’European Space Research Institute (ESA/ESRIN) di Frascati e nel 2014 al Centro Astronauti (ESA/EAC) di Colonia, in Germania.

In questo periodo è limitato a dare supporto ad attività tecnico-educative-istituzionali, partecipa a simulazioni sulle performance e dinamiche di gruppo in ambiente ad alto stress come ESA CAVES (Cooperative Adventure for Valuing and Exercising human behaviour and performance Skills) e NASA NEEMO (NASA Extreme Environment Mission Operations) dove gli viene assegnato il ruolo di CAPCOM (Capsule Communicator al Centro di Controllo in superficie).

Nel 2015, in concomitanza con il cambiamento del governo in Italia e dei vertici dell’Agenzia Spaziale Italiana, la NASA assegna all’Italia una missione di lunga durata, missione che viene pre-assegnata a Paolo. Nell’agosto del 2015, Paolo rientra a Houston per riprendere l’addestramento e rinnovare le qualifiche di ingegnere di bordo della stazione e EVA. Inoltre, è inviato all’Agenzia Spaziale Canadese a Montreal in Canada per acquisire la qualifica di operatore del braccio meccanico della stazione spaziale (SSRMS). Dopo aver completato con successo le qualifiche e ri-qualifiche, nell’ottobre 2015 viene ufficialmente assegnato all’equipaggio della missione ISS-52/53 e comincia l’addestramento di missione tra StarCity, Houston, Giappone ed Europa, addestramento che è completato nel luglio 2017.

La missione viene lanciata da Baikonur il 28 luglio 2017, sulla navetta Soyuz MS-05, e dopo un lancio nominale e 4 orbite terrestri (6 ore) si aggancia senza problemi alla stazione spaziale. Sulla navicella Soyuz, Paolo ha il compito di FE-2, il secondo in ingegnere di bordo che ha il ruolo secondario di supporto al comandante e l’ingegnere primario nei compiti di controllo della navicella.

Nei 138 giorni passati sulla ISS, Paolo svolge i tipici compiti dell’ingegnere di bordo: manutenzione ordinaria e straordinaria della stazione, carico e scarico dei vari veicoli di rifornimento, esecuzione di esperimenti e attività tecnico-scientifiche-educative, collegamenti con la stampa, video collegamenti istituzionali. Durante la missione si agganciano e sganciano alla stazione numerosi veicoli: 2 Soyuz (Soyuz-MS04, Soyuz-MS-06); 4 veicoli di rifornimento: (RSA Progress MS-06, SpaceX Dragon CRS-12, RSA Progress MS-07, Cygnus CRS OA-8E). Inoltre vengono eseguite 4 passeggiate spaziali nominali: 1 EVA russe e 3 EVA americane. A Paolo viene assegnato il ruolo di operatore del braccio meccanico SSRMS per lo sgancio del veicolo di rifornimento SpaceX Dragon, l’aggancio del veicolo di rifornimento Cygnus, il supporto alle passeggiate spaziali. La missione è completata il 14 dicembre 2017 e rientra con il solito “atterraggio morbido” nella steppa del Kazakhistan dopo 138 giorni, 16 ore, 57 minuti.

Al rientro dalla sua terza missione, Paolo è impiegato nelle attività di post-volo: completare gli esperimenti scientifici, compiere attività di riabilitazione, dare feedback tecnici sulle attività di bordo, svolgere attività istituzionali, educative e pubbliche relazioni. Il 31 ottobre 2018, 1 anno e mezzo prima della scadenza naturale, l’ESA termina d’ufficio il suo contratto collocandolo in pensione. In quel momento, dopo aver compiuto 1 missione di corta durata sullo Space Shuttle, 2 missioni su Soyuz, 2 missioni di lunga durata sulla stazione spaziale per un totale di 313 giorni, 2 ore e 36 minuti, Paolo è il secondo astronauta europeo con più esperienza di volo.

Come esperienza di lavoro Paolo vanta 8 anni con l’Esercito Italiano come Incursore, 1,5 anni come ingegnere disegnatore, 6,5 anni come ingegnere addetto all’addestramento di astronauti, 20 anni come astronauta. In questi anni ha lavorato sia nel campo teorico e pratico nella preparazione e gestione di attività tecniche sia in operazioni in ambiente complesso e ostile. Con questo patrimonio, Paolo ha fondato la società ASTROPAOLO srl, per potersi dedicare appieno alla trasmissione delle sue di esperienze, competenze e conoscenze “spaziali” sia in campo educativo sia in campo professionale. Paolo si immagina un futuro a stretto contatto con le persone, in dialogo con chiunque voglia scorgere un punto di vista diverso e particolare sul mondo. Il confronto con gli altri, la condivisione e l’ascolto sono alla base di ogni scoperta, anche per chi ha realizzato il suo sogno di bambino.