Costellazioni satellitari: il settore privato conquista lo spazio

Costellazioni satellitari: il settore privato conquista lo spazio
Costellazioni satellitari: il settore privato conquista lo spazio
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Di Guy Perrin

Astronomo dell’Osservatorio di Parigi, Guy Perrin ha contribuito notevolmente allo strumento Gravity del Very Large Telescope e allo studio del buco nero supermassiccio al centro della Via Lattea. Membro dell’Accademia delle Scienze, è coautore del rapporto “Grandi costellazioni di satelliti: problemi e impatti” (vedi “Scopri di più”).

“Costellazione”: questa parola designa un insieme di stelle, nel senso etimologico del termine. Tra le più conosciute ci sono le 12 costellazioni dello zodiaco, che nell’antichità fungevano da segnatempo. Le costellazioni visibili dall’emisfero settentrionale furono nominate dagli astronomi delle civiltà mediterranee; quelli visibili solo dall’emisfero australe furono battezzati più tardi, in particolare dall’abate Lacaille nel XVIII secoloe secolo. “Costellazione” designa per estensione un gruppo, allo stesso modo di “Pleiadi”, che proviene da un gruppo di stelle della costellazione del Toro.

È così che il termine “costellazione” veniva naturalmente utilizzato per designare insiemi di satelliti operanti congiuntamente o per conto di un unico operatore. Queste costellazioni vengono posizionate dai lanciatori su traiettorie che vanno da orbite basse, a poche centinaia di chilometri di altitudine, a orbite geostazionarie che offrono il vantaggio di satelliti fissi rispetto al suolo e di altitudine molto più elevata, a 36.000 km. Altri occupano anche orbite intermedie comprese tra 1.000 e 20.000 km, alcuni distribuendo i loro satelliti tra quote basse e medie.

L’emergere del “Nuovo Spazio”

Il primo satellite artificiale della storia, lo Sputnik 1, fu lanciato nel 1957 dall’URSS. Seguirono gli Stati Uniti nel 1958 con Explorer 1, poi la Francia con il suo primo satellite, Asterix, nel 1965. Questi precursori, destinati essenzialmente a dimostrare la capacità spaziale degli Stati, suscitarono molto presto interesse scientifico.

Tuttavia, non ci volle molto perché il loro interesse commerciale si manifestasse nel settore delle telecomunicazioni. Nel 1962, Telstar 1, lanciato da Cape Canaveral, finanziato con fondi privati 1, è il primo satellite per telecomunicazioni messo in orbita, una svolta storica (compresa la prima trasmissione televisiva in diretta in mondovisione) e elemento sperimentale di una primissima costellazione di satelliti commerciali, Intelsat. Sviluppato a partire dal 1965, è rappresentativo delle costellazioni dagli anni ’60 al 2000, composte da poche decine di satelliti. Il tasso annuale di lanci orbitali dalla metà degli anni ’70 all’inizio degli anni 2000 variava da 75 a 100.

Questo tasso è aumentato fortemente dalla fine degli anni 2010, arrivando a 300 nel 2019, superando i 1.000 nel 2020 e raggiungendo i 2.900 nel 2023. All’inizio del 2024 sono stati individuati 14.000 satelliti, la maggior parte quindi lanciati negli ultimissimi anni. E l’aumento della capacità dei lanciatori fa ben sperare per un aumento della velocità.

Gli ultimi dieci anni hanno visto l’avvento di una nuova era nell’uso dello spazio, il New Space (nuova era spaziale) che unisce nuovi attori – in particolare del settore privato, tra cui l’emblematico SpaceX di Elon Musk –, riduzione dei costi di lancio grazie a vettori riutilizzabili e riduzione dei costi di produzione dei satelliti che utilizzano componenti economici e/o piccole piattaforme lanciabili con razzi alla portata delle start-up (di cui il numero è quintuplicato in dieci anni). Questo sconvolgimento nel settore spaziale offre la possibilità che costellazioni a bassa quota da diverse migliaia a diverse decine di migliaia di satelliti beneficino del progresso tecnologico e della ricerca descritta in un rapporto dell’Accademia delle Scienze pubblicato il 30 marzo 2024.

Il sito web dell’Accademia delle Scienze: www.academie-sciences.fr

“Grandi costellazioni di satelliti: problemi e impatti”, di François Baccelli, Sébastien Candel, Guy Perrin e Jean-Loup Puget, rapporto dell’Accademia delle Scienze, 30 marzo 2024. Online e riassunto sul suo sito web.

Il sito web dell’Accademia delle Scienze: www.academie-sciences.fr

“Grandi costellazioni di satelliti: problemi e impatti”, di François Baccelli, Sébastien Candel, Guy Perrin e Jean-Loup Puget, rapporto dell’Accademia delle Scienze, 30 marzo 2024. Online e riassunto sul suo sito web.

Il sito web dell’Accademia delle Scienze: www.academie-sciences.fr

“Grandi costellazioni di satelliti: problemi e impatti”, di François Baccelli, Sébastien Candel, Guy Perrin e Jean-Loup Puget, rapporto dell’Accademia delle Scienze, 30 marzo 2024. Online e riassunto sul suo sito web.

Servizi forniti dalle costellazioni

Lo spazio è l’unico modo per dare uno sguardo esterno alla Terra con un gran numero di applicazioni, a partire dal monitoraggio ambientale2 al monitoraggio dei disastri, alle previsioni meteorologiche e alla geolocalizzazione, comprese le applicazioni agricole e militari, per le quali esistono un gran numero di costellazioni, ma costituite da un piccolo numero di satelliti. Un’altra importante applicazione, le telecomunicazioni, collegano qualsiasi punto del globo utilizzando i cosiddetti telefoni “satellitari”. A ciò si aggiungono le costellazioni per la diffusione dei programmi televisivi ricevuti tramite parabole.

La rivoluzione del Nuovo Spazio apre la strada a costellazioni non più composte da poche decine di satelliti, ma da migliaia, addirittura decine di migliaia. Questa densità consente la nascita di applicazioni con una latenza molto bassa, che è una funzione del tempo di percorrenza delle onde radio tra un trasmettitore e un ricevitore alla velocità della luce.3. Minore è l’altitudine dei satelliti, minore è il tempo di latenza. Dai 500 millisecondi per i satelliti geostazionari, si passa a 30 millisecondi per i satelliti in orbita bassa, con la chiave per telecomunicazioni e prestazioni Internet quasi istantanee paragonabili a quelle delle reti in fibra terrestre. Poiché i satelliti in orbita bassa si muovono molto rapidamente, sono necessari molti più satelliti collegati in rete per garantire un contatto permanente con gli utenti.

Queste nuove costellazioni sono quindi sinonimo di telefonia mobile e Internet ad alta velocità ovunque sulla Terra, indipendentemente dalle stazioni di ancoraggio locali a terra. Permettono così agli operatori di liberarsi da qualsiasi controllo locale sulle telecomunicazioni. E sono molto resistenti, la distruzione di uno o più satelliti non impedisce il funzionamento della rete, che può essere riconfigurata. Proprietà cruciali anche per applicazioni militari, che si applicano alle costellazioni di telecomunicazioni e alle costellazioni di imaging. Queste prospettive molto interessanti in molti ambiti, commerciali ma anche strategici, sono anche una questione di sovranità, avendo tali capacità conferire indipendenza e autonomia agli Stati a livello strategico.

Verso la sovrappopolazione in orbita

Ma ciò non è privo di effetti collaterali, potenzialmente molto preoccupanti visto l’attuale ritmo di lanci, di cui mettono in guardia un rapporto del Government Accounting Office (GAO, organismo di controllo del Congresso americano) e quello dell’Accademia delle Scienze. Il primo di questi è la conseguenza di questa crescita sull’ambiente. I cento o più lanci annuali futuri genereranno la loro quota di sostanze inquinanti. Inoltre aumentano il numero di detriti in orbita bassa che rappresentano un pericolo per i satelliti e per gli stessi lanciatori date le elevate velocità relative.4, diverse decine di chilometri al secondo. E per qualsiasi presenza umana. Di conseguenza, i satelliti devono correggere le loro traiettorie per evitare i detriti quando possono essere rilevati.

Ma, cosa ancora più preoccupante, la densità dei satelliti in orbita bassa sta diventando tale che la prospettiva della sindrome di Kessler non può più essere esclusa. Secondo questo, dopo una densità critica, una collisione tra due satelliti scatenerà una reazione a catena incontrollabile che porterà alla produzione significativa di detriti, poi alla distruzione di un gran numero di questi satelliti colpiti da questi detriti, e così via. A ciò si accompagnerà l’impossibilità, almeno temporanea, di effettuare nuovi lanci senza rischi, comprese missioni spaziali per scopi scientifici.

Di fronte a prospettive preoccupanti, è necessaria una regolamentazione

Nel campo dell’astronomia, la presenza di un gran numero di satelliti in orbita bassa genera inquinamento dannoso per le osservazioni da terra. I satelliti riflettono la luce solare, diventando fonti luminose al tramonto e all’alba che degradano i dati della maggior parte degli osservatori moderni. Il 30% di quelli dell’Osservatorio Vera C. Rubin, telescopio ad ampio campo che sarà messo in servizio nel 2025 in Cile, rischiano di andare in parte perduti se il numero dei satelliti verrà triplicato. È anche la fine dei santuari che proteggono gli osservatori radio dalle emissioni delle telecomunicazioni terrestri, come i deserti del Karoo in Sud Africa e Murchison in Australia, dove la gigantesca rete Square Kilometer Array Observatory, dovrebbe essere la più efficiente mai progettata per le radio a bassa frequenza astronomia, è in costruzione: non sarà al sicuro da chi arriva dallo spazio.

Queste prospettive preoccupanti hanno portato l’Unione Astronomica Internazionale (IAU) a creare il Centro per la Protezione dei Cieli (CPS) e ad agire con le industrie spaziali ma anche con il comitato delle Nazioni Unite sugli usi pacifici dello spazio (Cupeea). che ha inserito l’argomento all’ordine del giorno per i prossimi cinque anni. Questa cooperazione sta iniziando a dare i suoi frutti: ad esempio, le ultime generazioni di satelliti della costellazione Starlink di SpaceX – che punta a 42.000 satelliti – sono molto meno brillanti.

Allo stesso modo, si stanno studiando protocolli tra astronomi e operatori per interrompere le emissioni dirette sopra i radioosservatori, anche se le emissioni proprie dei dispositivi elettronici di bordo rimangono un fastidio. Se alcuni operatori giocano al gioco della cooperazione, è necessaria la vigilanza, come dimostra l’esempio del prototipo del satellite per comunicazioni BlueWalker III messo in orbita nel 2022: i suoi 64 m2 l’antenna la rende la sesta sorgente più luminosa nel cielo!

Resta possibile che non tutte le principali costellazioni commerciali siano finanziariamente sostenibili e che la crescita attuale finisca per rallentare, evitando lo scoppio della sindrome di Kessler. Tuttavia, la pratica del “primo arrivato, primo servito” ha i suoi limiti e una regolamentazione internazionale basata su standard stabiliti da tutti gli stakeholder – alla quale l’Accademia delle Scienze, secondo la sua mission, intende contribuire attraverso il suo rapporto – è più che mai necessaria per tutelarsi da possibili abusi in questo settore in forte espansione.

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