giovedì 15 maggio 2008

GIOVE-B - Satellite europeo di navigazione

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La notte del 27 aprile l'ESA ha compiuto un ulteriore passo avanti verso il dispiegamento del sistema globale di navigazione satellitare europeo Galileo, grazie al lancio perfettamente riuscito del secondo elemento del sistema satellitare Galileo dell'ESA, il satellite GIOVE-B (Galileo In-Orbit Validation Element), che trasporta l'orologio atomico più preciso mai lanciato nello spazio.

Il satellite GIOVE-B è stato inserito in un'orbita di media altitudine attorno alla Terra con un razzo Soyuz/Fregat, partito dal cosmodromo di Baikonur in Kazakistan grazie all'operatore di lancio Starsem.
Il decollo è avvenuto alle 04:16 ora locale del 27 aprile (00:16 ora solare dell'Europa Centrale).

L'ultimo stadio del Fregat ha eseguito una serie di manovre per raggiungere un'orbita circolare a un'altitudine di circa 23.200 km, con un'inclinazione di 56 gradi rispetto all'Equatore, prima di effettuare in sicurezza l'inserimento del satellite in orbita circa 3 ore e 45 minuti più tardi. I due pannelli solari che generano l'elettricità necessaria all'alimentazione sono stati correttamente dispiegati alle 05:28CEST.

Questo satellite di 500 kg è stato realizzato da un team industriale europeo guidato da Astrium GmbH. Thales Alenia Space si è occupata dell'integrazione e del collaudo a Roma.

Due anni dopo il grande successo della missione GIOVE-A, questo ultimo satellite segnerà la continuità nella dimostrazione di tecnologie fondamentali per i carichi utili dei futuri satelliti operativi di Galileo.

Il 7 maggio il satellite GIOVE-B ha iniziato a trasmettere i segnali di navigazione. Forse la definizione di “giornata storica” è un po’ logora, ma certamente è stata una giornata importante, a lungo attesa dell’Europa.

Facciamo il punto della situazione.

Dopo il lancio, GIOVE-B ha completato le manovre di assestamento in orbita e il 7 maggio ha iniziato a trasmettere dati che vengono raccolti in varie strutture, come per esempio il GIOVE-B Control Centre della Telespazio, Fucino, il Galileo Processing Centre, presso il centro ESTEC dell’ESA, in Olanda, la stazione di terra dell’ESA di Redu, in Belgio, e la Rutherford Appleton Laboratory (RAL) Chilbolton Observatory del Regno Unito. Redu e Chilbolton sono grandi antenne che ci danno la possibilità di controllare la bontà del segnale ricevuto in tempo reale. E siamo tutti soddisfatti, al momento.

Uno degli aspetti più rilevanti è che GIOVE-B trasmette secondo la modalità MBOC (multiplexed binary offset carrier), sul quale si sono accordati Unione Europea e Stati Uniti nel luglio 2007. Tecnicamente si tratta della scelta di un’opportuna forma d’onda per trasportare il segnale, ma nella pratica significa semplicemente che i satelliti del sistema di navigazione europea Galileo e quelli della futura generazione del sistema GPS statunitense parleranno lo stesso linguaggio.

Dunque, almeno in teoria, un ricevitore potrà utilizzare sia i dati di Galileo che quelli del GPS III. La stabilità dei segnali di GIOVE-B è poi garantita dal funzionamento di un orologio atomico che si basa su un maser passivo a idrogeno.

GIOVE-B

GIOVE-B

Al di là dei dettagli tecnici, questo significa che Galileo sarà più preciso dell’attuale GPS e che fornirà indicazioni affidabili anche in luoghi difficili, come per esempio gli interni o i centri cittadini. In che modo?

In generale la qualità del segnale dipende dall’ambiente intorno al satellite in orbita e dal percorso compiuto dal segnale per arrivare fino al ricevitore. Per esempio la presenza di molti edifici vicini, specialmente se piuttosto alti, determina una serie di eco e di interferenze che ne degradano la qualità: ne sanno qualcosa coloro che usano il GPS in centri cittadini come New York, per fare un esempio.

Il problema, almeno in linea di principio, è che per esser identificati con esattezza da un sistema di navigazione satellitare occorre essere individuati da almeno quattro satelliti contemporaneamente. Nei centri cittadini o negli interni, a causa delle interferenze, ciascun satellite è in grado di determinare la distanza tra satellite e ricevente in modo meno accurato. Poiché la determinazione finale della posizione in modo preciso dipende dalle quattro diverse misure di distanza, le incertezze su queste misure determina un errore maggiore sul risultato finale.

C’è anche un altro ostacolo da superare legato alle interferenze: in prossimità della frequenza usata dal segnale di navigazione satellitare, esistono altre frequenze usate per altri servizi. La scelta fatta sul segnale hanno dovuto tener conto di tutto ciò e con un discreto successo, visto che Galileo permette una risoluzione, cioè una indeterminazione massima, dell’ordine del metro contro le decine di metri del GPS. Inoltre l’altissima stabilità degli orologi atomici a bordo dei satelliti, come ho già detto, rende affidabili nel tempo le caratteristiche del segnale stesso.

Galileo Zigzag
La tecnologia del sistema Galileo applicata alla vita quotidiana

A che punto siamo, dunque, con lo sviluppo di Galileo dopo il lancio di GIOVE-B?

GIOVE B-fa parte della fase di convalida in orbita del sistema progettato a terra. Come accennavo, la bontà del segnale dipende anche dall’ambiente in cui i satelliti si trovano a operare. I 30 satelliti che compongono la costellazione Galileo sono distribuiti a gruppi di 10 su tre orbite diverse, ciascuna delle quali inclinata di circa 56° rispetto all’equatore. Le tre orbite hanno una quota di circa 23mila km e su ciascuna orbita i satelliti sono equispaziati.

Questa scelta è la migliore per l’operatività complessiva del sistema, tuttavia l’ambiente spaziale che caratterizza le varie orbite rimane da studiare in dettaglio. Il problema, per esempio, è che le cariche elettriche presenti possono dar luogo a correnti che modificano, peggiorandolo, il segnale. Gli studi su questo tipo di fenomeni non può che essere fatto sfruttando i due satelliti già in orbita.

Allo stesso modo, GIOVE-B sarà fondamentale per mettere alla prova concreta la comunicazione fra satellite per la navigazione e navigatori veri e propri. Se questa fase, come ci attendiamo, sarà soddisfacente, passeremo a quella successiva, che prevede entro il 2010, il lancio di quattro satelliti operativi utilizzati per la validazione del segmento spaziale di base di Galileo e il relativo segmento terrestre. Una volta completata la fase di validazione in orbita (IOV), verranno lanciati e resi operativi i rimanenti satelliti necessari a raggiungere la piena capacità operativa (FOC), che prevede il dispiegamento di una costellazione di 30 satelliti identici.

Payload fairing of the Soyuz-Fregat launcher

Il lanciatore Soyuz-Fregat con a bordo GIOVE-B
Perché la Commissione Europea ha voluto così fortemente questo programma satellitare? Certamente non solo per fornire di navigatori satellitari le auto, no?

In primo luogo, con Galileo, l'Europa è indipendente da USA e Russia per questo tipo di servizi. Non solo: a differenza di quello erogato da quei due paesi, Galileo sarà totalmente sotto controllo di istituzioni non militari, anche se – ovviamente – anche i militari potranno accedervi come utenti. In questo modo il servizio di posizionamento globale sarà garantito e non soggetto a decisioni esterne.

Questo ci permetterà di estendere il servizio a sistemi ad altissimo valore aggiunto: gli aerei, le navi, i trasporti stradali su grande e piccola scala. Un esempio banale: integrando il posizionamento con la conoscenza del traffico cittadino in tempo reale, permetterà al navigatore satellitare di indicare le soluzioni migliori per evitare ingorghi o rallentamenti. Significa meno tempo speso in automobile, più sicurezza e risparmio di carburante.

Analogamente, gli aerei potranno essere assistiti nelle operazioni di decollo e atterraggio anche in remoto, con elevatissima affidabilità e certezza del servizio. A queste applicazioni dirette, possono seguirne moltissime altre, come per esempio servizi per la pesca, per l’agricoltura, per l'edilizia.

Sta arrivando il momento in cui ci aspettiamo che chi sa fiutare affari scateni la propria fantasia per offrire servizi al cittadino di altissima qualità e di grande impatto. Un esempio: è già stato
realizzato un navigatore satellitare per non-vedenti, che complementi le capacità dei cani guida, per esempio attraverso il sonoro.

(articoli/intervista realizzati da ESA)

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