GALILEO VS GPS. Collaborazione o confronto?

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1 CENTRO MILITARE DI STUDI STRATEGICI PALAZZO SALVIATI, ROMA GALILEO VS GPS Collaborazione o confronto? a cura di Bruno Picerno e Francesco Brindisi SUPPLEMENTO ALL OSSERVATORIO STRATEGICO N

2 Osservatorio Strategico CENTRO MILITARE DI STUDI STRATEGICI PALAZZO SALVIATI, ROMA L Osservatorio Strategico è una pubblicazione del CeMiSS, Centro Militare di Studi Strategici, realizzata sotto la direzione del C.A. Luciano Callini. Le informazioni utilizzate per l elaborazione delle analisi provengono tutte da fonti aperte (pubblicazioni a stampa e siti web) e le fonti, non citate espressamente nei testi, possono essere fornite su richiesta. L Osservatorio Strategico viene realizzato dal CeMiSS al fine di contribuire al dibattito culturale e all approfondimento della conoscenza delle tematiche strategiche. Quanto contenuto nelle analisi riflette, pertanto, esclusivamente il pensiero degli autori, e non quello del Ministero della Difesa né delle Istituzioni militari e/o civili alle quali gli autori stessi appartengono. Gli Autori, il Dr. Bruno Picerno e l Ing. Francesco Brindisi, prestano servizio presso il Dipartimento di Scienze, Tecnica, Economia e Politica Industriale. L Osservatorio Strategico è disponibile anche in formato elettronico (file PDF) nelle pagine CeMiSS del Centro Alti Studi per la Difesa: ANNO VII SUPPL. AL N 7 LUGLIO 2005 INDICE Prefazione 7 Introduzione 9 Sistemi di posizionamento Globale 11 La Politica Spaziale Europea 19 La Costellazione di Galileo 33 I Servizi 37 Le Applicazioni per la Difesa 45 Conclusioni 49 Note Bibliografiche 51 CeMiSS - Centro Militare di Studi Strategici Ufficio Relazioni Esterne Palazzo Salviati Piazza della Rovere, ROMA tel fax relest.cemiss@casd.difesa.it IL RAPPORTO È STATO CHIUSO A GIUGNO 2005

3 PREFAZIONE Dedichiamo questo supplemento dell Osservatorio del mese di Giugno al primo grande programma spaziale europeo, il Programma Galileo. Il titolo della presente monografia è senza dubbio provocatorio, evoca la forte delusione e le velate minacce di ritorsioni che ha provocato negli Stati Uniti il lancio di un programma che, almeno nella loro ottica, non fa che duplicare il Global Positioning System disponibile a tutti gli alleati in quanto vi erano, nella loro percezione, altri programmi comuni alle due sponde dell Atlantico da portare avanti. Per il livello degli investimenti, per il numero di paesi interessati, per l importanza che la componente tecnologica riveste e per la portata politica del progetto, esso rappresenta il più significativo programma che l Unione Europea abbia varato sino ad ora in campo aerospaziale. Di collaborazioni in tale campo abbiamo numerosi e significativi esempi oggi come nel passato, ma sempre su base bilaterale o multilaterale, fra paesi membri della Comunità che costituivano consorzi industriali finalizzati alla realizzazione di un dato programma. Per Galileo invece assistiamo al varo di un programma sotto l egida dell Unione, al primo vero grande e comune programma europeo. L importanza di questi grandi programmi, oggi come in passato, è stata ed è anche quella di creare una mentalità industriale e scientifica europea: si mettono a fuoco metodologie comuni per affrontare problematiche tecniche, si creano standard e norme di riferimento, tutto quello che rappresenta quel tessuto connettivo su cui si può creare una base industriale comune europea, ove un componente disegnato da un CAD a Manchester, può essere realizzato da un CAM collocato nei pressi di Torino, per essere poi assemblato in un sistema ad Amburgo. E il rafforzamento, quando non la creazione di questo tessuto connettivo di norme, procedure, metodologie e quindi di una comune mentalità, che applicato in tanti programmi e collaborazioni future, contribuirà concretamente, tanto piu in questi momenti di difficoltà politiche, a fare l Europa e gli europei di domani. Questo è anche quello che tutti ci aspettiamo dal Programma Galileo. IL CAPO DIPARTIMENTO SCIENZA, TECNICA, ECONOMIA E POLITICA INDUSTRIALE Brig. Gen. Pietro A. Giuliani 7

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5 INTRODUZIONE sistemi di posizionamento globale Dopo aver rappresentato un valido strumento in campo militare, essere diventato indispensabile nel campo delle previsioni meteorologiche e dell osservazione della Terra, aver cambiato il mondo della ricerca e quello delle comunicazioni, il satellite sta per diventare un alleato strategico per la mobilità e la sicurezza quotidiana. Infatti, la messa a punto di sistemi satellitari sempre più sofisticati, ci consentirà, in un futuro ormai prossimo, di viaggiare e muoverci in modo più celere e sicuro. I sistemi di posizionamento satellitare, tuttavia, non sono un'invenzione recentissima; benché nati all origine per soddisfare solo esigenze di tipo bellico e di ricerca come ad esempio il sistema satellitare Gps (Global Positioning System) americano o il meno conosciuto sistema satellitare russo Glonass (Globalnaya Navigatsionnaya Sputnikova Sistema ovvero Global Navigation Satellite System) utilizzato anche per il soccorso in mare. Un sistema concepito, invece, prevalentemente per usi civili sarà il sistema satellitare di posizionamento globale europeo Galileo. Nella tabella sono rappresentati i due sistemi di posizionamento globale attualmente funzionanti ed il futuro terzo sistema, quello europeo, con le loro principali caratteristiche tecniche : Gps Glonass Galileo Numero di Satelliti 24 attivi 8 di scorta 24 attivi 30 attivi (dal 2008) Orbita Km Km Km Precisione 100 metri * 60 metri * 4 metri Qualità del Segnale Non sempre garantita e forte attenuazione Sempre garantita e non vi è attenuazione Sempre garantita Esigenze Militari (ora anche Civili) Militari (ora anche Civili) Civili (prevalentemente) * i valori si riferiscono agli anni e quindi non contempla i successivi aggiornati 9

6 Già da questa semplice tabella di confronto si possono notare tutta una serie di similitudini (il numero di satelliti è lo stesso o l orbita quasi uguale) e di differenze (i valori di precisione o le esigenze che hanno spinto i vari Stati a realizzare tali dispositivi) che verranno esaurientemente spiegate nell articolo al fine di avere una piu chiara comprensione non solo degli aspetti tecnici e tecnologici per la realizzazione e la messa in orbita di queste costellazioni di satelliti, ma anche sulle motivazioni politiche che ci inducono a perseguire questi programmi con colossali investimenti di risorse e infrastrutture. 10

7 SISTEMI DI POSIZIONAMENTO GLOBALE le portanti L1 e L2 Entrambi i sistemi di posizionamento globale attualmente in uso, il russo Glonass russo e l americano Gps, sfruttano il medesimo meccanismo; infatti ciascuno dei satelliti che compongono le due costellazioni trasmette in continuazione due portanti a radiofrequenza. La prima portante L1 trasporta il segnale per la localizzazione grossolana ("course acquisition") ed il segnale di tempo, in Utc; la seconda portante L2 trasporta, invece, il segnale per la localizzazione di precisione. Nella tabella qui sotto sono riportati i valori delle due portanti per i tre sistemi considerati : Portante L1 (MHz) Portante L2 (MHz) Gps Glonass Galileo Valori delle due portanti per i tre Sistemi di Posizionamento Globale Grazie al fatto che il sistema russo Glonass non presenta nessuna degradazione del segnale utile, si ha che ad esempio che un tipico ricevitore differenziale di precisione per Gps necessita di circa minuti per arrivare alla precisione centimetrica, mentre ad un equivalente ricevitore Glonass bastano solamente da 5 a 15 minuti di acquisizione. Come è noto (vedi : La Triangolazione) per il posizionamento differenziale di precisione gli utenti hanno bisogno di almeno quattro satelliti in serie costante, ma ai fini pratici, a causa degli ostacoli e del continuo sorgere e tramontare dei satelliti, il minimo, realistico, è sei; vediamo ora piu nel dettaglio i due sistemi di posizionamento globale attualmente in uso. 11

8 La Triangolazione Il Sistema di Posizionamento Globale funziona sfruttando il concetto di triangolazione ed orologi atomici estremamente precisi. Consideriamo ora un esempio esplicativo chiarificatore, immaginando di essere in una pianura con una cartina senza riferimenti e di non sapere dove ci troviamo. Un automobilista di passaggio ci dice che proviene dal punto A ed ha percorso 600 Km (per semplicità consideriamoli in linea retta). Un altro automobilista ci dice, invece, di provenire dal punto B, diverso da A, e di averne percorsi 400. Sulla cartina disegniamo due circonferenze una da 600 Km di raggio centrata in A ed un altra di 400 Km in B. Le due circonferenze si incontreranno in due nuovi punti e molto probabilmente già con soli due riferimenti, punti A e B, sarà possibile determinare la nostra posizione visto che uno dei due nuovi punti potrebbe trovarsi in mare; nel caso in cui ciò non si verificasse, avremmo bisogno di un terzo riferimento (un terzo automobilista che ci dicesse di provenire da un punto C e di aver percorso un certo numero di Km). Passando a tre dimensioni si devono sostituire le circonferenze con le sfere, ma sostanzialmente il ragionamento è lo stesso, anche se a causa dell aumento di dimensioni, saremo costretti a considerare un ulteriore riferimento, il punto D, per determinare la nostra posizione. Quindi per determinare un qualunque punto posto sulla superficie della Terra, con una buona approssimazione, abbiamo bisogno di 4 satelliti (4 punti di riferimento), è implicito che aumentando il numero di satelliti, e quindi di informazioni in nostro possesso, la precisione tende a migliorare sensibilmente. 12

9 Glonass (1) caratteristiche tecniche Il Sistema Glonass nato per esigenze di tipo militare in contrapposizione al sistema americano Gps, è in grado di fornire informazioni relative sia alla posizione (longitudine, latitudine e altitudine) che al tempo riferito alle scale Utc (Universal Time Conversion, noto anche come Gmt, Greenwich Mean Time) del paese in questione. Il sistema in origine comprendeva 24 satelliti (attualmente né sono in funzione solo 6 di quelli originari), ma dalla metà degli anni 90, degli oltre 40 satelliti (tra satelliti veri e propri e quelli usati per i test) lanciati con successo, la maggior parte non sono piu funzionanti. Ciononostante la Federazione Russa, che ora è la proprietaria del sistema, a partire dal 1995 ha curato il lancio di 10 nuovi satelliti e 7 di questi stanno lavorando in modo affidabile. Altri tre sono stati aggiunti di recente e l anno scorso è stato assunto un impegno a ri-completare la costellazione originale (24 satelliti) entro il 2007, e possibilmente prima. Ci si aspetta inoltre che l attendibilità dei satelliti migliori con il lancio degli ultimi modelli di Glonass-M, per i quali è prevista una vita media piu lunga. La spinta per questa rinnovata attenzione sul Glonass, oltre che proveniente dall apparato militare, è commerciale. Il lancio dei primi satelliti operativi, risale al 1982 e risulta operativo dal 1996; le orbite ruotano su 3 piani, con 8 satelliti su ognuno di essi; ma l'inclinazione dei piani orbitali del Glonass e' leggermente superire (64.8 gradi) rispetto a quella del Gps (55 gradi). Le orbite sono in entrambi i casi circolari, con raggio analogo (Gps : Km, Glonass : Km), ma il Glonass non ha nessun tipo di degrado sulla precisione per cui si possono ottenere informazioni con accuratezze molto piu' elevate di quelle ottenibili con il sistema Gps. Gps (2) Il primo sistema di localizzazione, chiamato Transit (statunitense), diventò operativo nel 1964, poi seguiti altri sistemi, tra cui l'argos (nato da una collaborazione Usa-Francia), operativo dal 1978 ed il piu noto sistema di navigazione Gps (noto anche con il nome di NavStar - NAVigation Satellite Time And Ranging - Global Positioning System). Concepito dalla Difesa americana come mezzo efficace per determinare con grande precisione le coordinate geografiche di un punto nel quale e' posto il ricevitore del segnale. Il sistema funziona su tutto il pianeta e oltre ad un'accurata definizione della posizione geografica, permette di ottenere un campione di tempo molto preciso. Il completamento della costellazione Gps nei primi anni 90 portò ad un esplosione delle applicazioni commerciali. La decisione,assunta nel 13

10 maggio 2000 dall allora Presidente Usa Bill Clinton, di rimuovere la disponibilità selettiva dei segnali (alterazione e degradazione del segnale introdotta per prevenire eventuali attacchi terroristici contro gli Usa) ed un impegno ad estendere e migliorare la costellazione Gps, hanno spronato sviluppatori in tutto il mondo a cercare soluzioni per un posizionamento sempre migliore, e ad includere il Gps all interno di dispositivi apparentemente sempre piu piccoli. caratteristiche tecniche Satellite Gps Il sistema Gps si compone di tre parti: il segmento spaziale, il centro di controllo e i ricevitori. Il segmento spaziale e' costituito dalla costellazione di 24 satelliti, piu' 8 di riserva, posti in un orbita circolare a circa km di quota i quali compiono una rivoluzione orbitale in 12 ore. I piani orbitali su cui ruotano i satelliti sono 6, con 4 satelliti su ogni piano, sfasati di 60 gradi tra loro e inclinati di circa 55 gradi rispetto al piano equatoriale della Terra. Questa peculiare distribuzione delle orbite e dei satelliti in ciascuna orbita non e' stata scelta a caso, ma con il preciso obiettivo di far si che in ogni punto del pianeta sia sempre possibile ricevere i segnali di un numero di satelliti compreso tra 5 e 8 (vedi : Diluizione della Precisione). I segnali dei satelliti sono rilevati da varie stazioni riceventi poste su tutto il globo ed in particolare : sull'isola di Ascensione, a Diego Garcia, alle Hawaii e a Kwajalein. Le misurazioni vengono poi trasmesse alla Stazione Master di controllo a Colorado Springs dove i dati vengono elaborati per rilevare eventuali errori in ciascun satellite ed infine, ritrasmessi alle quattro stazioni di monitoraggio ed ai satelliti. Il lancio del primo satellite risale al 1978 ed il progetto è stato completato e risulta in piena operatività dal 17 luglio del Il Sistema Gps originario aveva una precisione sull errore pari a circa 100 metri poiché sfruttava una sola portante (L1); da quando è stata introdotta la seconda portante (L2, fine anni 90) la precisione è notevolmente migliorata consentendo di stabilire in tempo reale la posizione con un margine di soli 4 metri, ma solo per il 10% del tempo e senza alcuna garanzia di sicurezza del dato acquisito; per il restante 90% del tempo lo scarto rispetto alla posizione reale sale fino a 25 metri! In un futuro abbastanza prossimo (Gps3) sarà possibile installare ed utilizzare un nuovo tipo di software che ridurrà la precisione a qualche 14

11 confronto tra i due sistemi decina di centimetri (comparabile con le ultime versioni di Galileo!). Nella tabella qui sotto sono indicati il numero di satelliti e le inclinazioni dei due Sistemi di Posizionamento Globale : Gps Glonass Satelliti Totali Satelliti 4 operativi 8 operativi Per 1 / 2 di scorta (6 piani) Orbita (3 piani) Inclinazione orbitale 55 64,8 I due Sistemi di Posizionamento Globale attualmente in funzione Diluizione della Precisione I segnali dei satelliti con bassa elevazione, tipo quelli usati dal Gps o da Galileo, sono maggiormente soggetti a variazioni rispetto ai satelliti con maggiore elevazione. Ciò è dovuto alla maggiore distanza percorsa dal segnale attraverso l atmosfera (in particolare attraverso la ionosfera). Un parametro fondamentale per calcolare il minor numero di satelliti da lanciare ci è fornito dal Dop (Diluizione della Precisione) che ci permette di valutare la disposizione, la distanza e la posizione ottimale che i satelliti devono avere nel cielo. Quando i satelliti sono correttamente distanziati la posizione è individuabile nell'ambito dell'area in ombra e il margine di errore possibile è ridotto. Quando i satelliti sono eccessivamente ravvicinati le dimensioni dell'area in ombra aumentano e aumenta di conseguenza anche l'incertezza della posizione. I diversi tipi di diluizione della precisione sono calcolabili in base alle dimensioni :! VDOP(Diluizione verticale della precisione in verticale) : indice della degradazione dell'accuratezza nella direzione verticale;! HDOP(Diluizione della precisione in orizzontale) : indice della degradazione dell'accuratezza nella direzione orizzontale;! PDOP(Diluizione della precisione della posizione) : indice della degradazione della posizione in senso tridimensionale; 15

12 ! GDOP(Diluizione della precisione geometrica) : indice della degradazione della posizione in senso tridimensionale e del tempo; Il dato Dop più utile è Gdop, trattandosi di una combinazione di tutti i fattori; i ricevitori comunque calcolano Pdop, Hdop e Vdop che non includono la componente temporale. Il miglior modo per ridurre al minimo gli effetti del Gdop consiste nell'osservare il maggior numero possibile di satelliti. E' opportuno tuttavia rammentare che i segnali emessi dai satelliti a bassa elevazione sono in genere più soggetti all'influenza di gran parte delle fonti di errore. Come indicazione generale, quando si eseguono rilevamenti con il sistema Gps (e quindi anche con il Galileo o il Glonass), è meglio osservare i satelliti che si trovano a 15 sopra l'orizzonte (quindi 360 diviso 15 fa esattamente 24 satelliti); le posizioni più accurate si ottengono in genere quando il valore di Gdop è basso (solitamente inferiore a 8). 16

13 Un sistema combinato è meglio di due : Gps + Glonass Ashtech Anche se la maggioranza dei costruttori di ricevitori satellitari per la navigazione ed il posizionamento si è concentrata completamente sui segnali Gps, un piccolo numero ha creduto fermamente che si potessero ottenere dei vantaggi da ricevitori che associano i segnali sia Gps che Glonass; nonostante l insufficienza di satelliti e la scarsa affidabilità del secondo fino ad oggi. Javad Ashjee, fondatore della Ashtech, fu un pioniere nella costruzione di ricevitori doppio uso, ma nella metà degli anni novanta i vantaggi furono abbastanza ridotti, oggi questa situazione sta rapidamente migliorando. Topcon, che nel luglio del 2000 ha acquisito la Javad Positioning Systems di Ashjee, oggi propone ricevitori Gps + Glonass e dice che in molte situazioni i topografi saranno in grado di acquisire piu punti in minor tempo. Una ricerca eseguita da Swissat, una società che ha realizzato in Svizzera una rete di ricevitori satellitari per la navigazione ed il posizionamento basata su ricevitori che associano i due sistemi, offre un convincente attestato che questa combinazione accresce sostanzialmente la lunghezza del tempo di disponibilità nell arco di un giorno lavorativo, e migliora drasticamente la velocità di inizializzazione. La società svizzera ha misurato e confrontato la differenza di tempo necessario ad un sistema Gps + Glonass e ad un sistema solo Gps per risolvere le ambiguità. Per garantire risultati giusti, entrambi i ricevitori sono stati collegati alla stessa antenna attraverso uno sdoppiatore. Sono state misurate cento inizializzazioni in piu di sette giorni, usando otto diverse configurazioni dei satelliti. warm start Costellazione Gps Dopo un warm start il ricevitore Gps + Glonass ha richiesto 27 secondi per fissare l origine del segnale, rispetto ai 47 secondi richiesti dall unità solo Gps. Durante l ultimo warm start, i risultati sono stati ancora piu sorprendenti : il Gps + Glonass ha impiegato 13 secondi, mentre il ricevitore solo Gps ne ha impiegato 38 di secondi. 17

14 Le principali critiche al sistema Gps (3) Il Gps conta circa 100 milioni di utenti nel mondo da quando gli Stati Uniti lo hanno messo a disposizione dei civili (maggio 2000), però essendo nato per esigenze militari continua ad essere gestito da militari e questo presenta vari inconvenienti :! In occasioni di eventi bellici il sistema viene chiuso o ne viene limitato l uso; nulla, infatti, impedirebbe agli Stati Uniti, in caso di necessità, di far restare al buio alcune aree geografiche (si stima che nel 2006 un eventuale interruzione di 3 giorni del sistema americano e il conseguente black-out dei trasporti basterebbero a "bruciare" 2 miliardi di euro!) o, addirittura, fornire dati completamente falsati;! L accuratezza della localizzazione, che è volutamente imprecisa, talora di molte decine di metri, e l affidabilità, con una copertura aleatoria delle regioni situate a latitudini estreme e ridotta penetrazione del segnale nelle aree urbane (per lanciare un missile a testata nucleare 100 metri in piu o in meno contano poco!); certificazione delle critiche Un istituto di ricerca canadese ha segnalato il caso di un aereo vittima di un'interruzione non annunciata del segnale durata più di un ora e 20 minuti, peggiorata da un errore iniziale di posizionamento di 200 km al momento del suo ristabilimento. Le autorità aeronautiche islandesi hanno registrato molti voli transatlantici perturbati nello stesso modo nella loro zona di controllo; persino negli Stati Uniti, aerei civili hanno subito un'interruzione di segnale di 20 minuti in tre Stati del centro del paese; comandanti di navi hanno segnalato lo stesso fenomeno nel Mediterraneo, ecc. Nell'agosto 2001 la relazione dell'istituto Volpe National Transportation Center, richiesta dal governo americano, ha denunciato varie debolezze e il potenziamento del sistema previsto dagli Stati Uniti (Gps III) non risolverà tutte le sue carenze, anche se gli americani si ostinano a sostenere il contrario! 18

15 LA POLITICA SPAZIALE EUROPEA Lo spazio si sta dimostrando uno dei campi di maggiore successo dell integrazione europea, e difatti l Ue è sempre più decisa a procedere verso il coordinamento e lo sviluppo delle politiche spaziali, fondamentali per garantire all Europa il futuro da superpotenza che le dovrebbe competere. Gli sforzi compiuti in Europa negli ultimi decenni sono stati motivati ad un desiderio di autonomia in materia spaziale e finora sono stati condotti principalmente in un quadro intergovernativo e nazionale. Questi diversi sforzi hanno permesso di creare una solida base industriale e di conferire all Europa una capacità riconosciuta nel settore dei lanciatori, della scienza e tecnologia, ed in particolare dei satelliti di comunicazioni. successi e nuovi obiettivi I successi ottenuti finora a questo ambizioso programma, sono da attribuire a vari attori, in particolare grazie all azione dell Agenzia Spaziale Europea (Esa), la quale ha risposto con successo all obiettivo di raccogliere e coordinare le risorse e le esperienze disponibili nei singoli Paesi aderenti, permettendo all Europa il raggiungimento di traguardi scientifici molto importanti. L Esa costituisce e continua ad essere un modello di riferimento per l Ue, garantendogli non solo una solida base industriale, ma anche un autonomia strategica nell accesso allo spazio, grazie alle affermazioni nel settore dei lanciatori, nonché il conseguimento di notevoli capacità nella scienza, nella tecnologia e nelle applicazioni. Essa è ormai capace di prendere l iniziativa, di intervenire in condizioni di parità con i suoi partner e di svolgere un ruolo strategico nei grandi progetti spaziali realizzati in cooperazione. Sembra necessario riflettere sull insieme dei grandi programmi spaziali del futuro, relativamente all equilibrio che si dovrà trovare fra autonomia europea e cooperazione internazionale. Da qualche anno, infatti l Unione ha preso coscienza dell importanza dello spazio e interviene progressivamente come soggetto attivo, in funzione soprattutto delle applicazioni utili al perseguimento delle sue politiche. Lo spazio rappresenta uno strumento con caratteristiche uniche che può ormai essere messo al servizio di numerosi obiettivi e politiche, come i trasporti e la mobilità, la società dell informazione e la competitività industriale, lo sviluppo sostenibile e, più in generale, la strategia di Lisbona che mira a fare dell Unione Europea una società basata sulla conoscenza più avanzata del mondo. Le crescenti sfide in materia di sicurezza, associate agli usi polivalenti che offre lo spazio, portano oggi a riconsiderare nell insieme il ruolo dell Europa nel settore spaziale. A tale riguardo, il rapido Sviluppo della Politica Estera e di Sicurezza Comune (Pesc) e della Politica Europea di Sicurezza e di Difesa (Pesd) richiedono un attenzione particolare: il fatto che gli Stati Uniti dedichino allo spazio sei volte più risorse pubbliche di tutti i Paesi europei non può lasciare l Europa indifferente se vuole essere presente nello spazio. 19

16 L affermazione dell Europa come potenza spaziale è stata però possibile solamente a seguito di una precisa volontà politica che ha permesso di definire nella Costituzione europea, attraverso un accordo di cooperazione con l Esa nel 2003, lo Spazio come una materia di competenza comunitaria. Il varo dei progetti del sistema di navigazione satellitare Galileo e del sistema di osservazione Gmes (Global Monitoring for Environment and Security : controllo planetario per l ambiente e la sicurezza), reso possibile grazie alla straordinaria sinergia nata dalla fusione delle competenze tecniche dell Esa con gli stanziamenti finanziari e la volontà politica dell Unione, sono gli esempi più lampanti dei nuovi risultati della politica spaziale europea. La Pesd, che gradualmente completerà il processo di integrazione europea, sta mirando a dotare l Unione della capacità di decidere e agire in maniera autonoma in vista di un approccio globale della gestione delle crisi, compresa la prevenzione dei conflitti, per mezzo di diversi strumenti civili e militari. Essa tiene conto delle profonde evoluzioni del concetto di sicurezza registrate negli ultimi anni e del forte potenziale di progresso che potrebbe generare la sua dimensione scientifica, tecnologica e industriale. E quindi di primaria importanza che i servizi offerti dallo spazio in tempo normale e in periodi di crisi siano debitamente protetti. Una Pesd credibile ed efficace comporterà necessariamente una componente spaziale a sostegno di un processo decisionale rapido. lo spazio diventa materia di competenza dell Ue In Europa, lo spazio può svolgere un ruolo unico importantissimo per far convergere processi diversi verso scopi comuni. Le capacità strettamente militari rimangono infatti in gran parte sotto la sovranità degli Stati membri, con la conseguenza che esistono molti programmi satellitari differenti. Un esempio è dato nel settore militare spaziale: vi sono 5 programmi in Europa per i satelliti di comunicazione e 3 per i satelliti di osservazione, ciascuno basato su una tecnologia propria, cosa che rende delicata un eventuale interoperabilità. In pratica questi sistemi sono stati realizzati senza concertazione: in alcuno dei settori militari non esiste finora un sistema operativo europeo e a proposito, il rapporto Star21* raccomanda che l Unione sviluppi una capacità satellitare di difesa e di sicurezza su una base interamente europea. * Rassegna strategica del settore aerospaziale nel 21 secolo condotta da un gruppo di membri della Commissione Europea e di amministratori delegati delle maggiori società aerospaziali europee, insieme con l Alto Rappresentante per la politica estera e di sicurezza comune Ue e due membri del Parlamento Europeo (luglio 2002). 20

17 Molti stati maggiori nazionali si sono già associati per definire congiuntamente le necessità operative comuni al fine di ottenere un sistema globale europeo di osservazione via satellite allo scopo di sicurezza e difesa (Boc), che potrebbe essere esteso ad altri partner. Questo primo passo è già stato compiuto ormai, grazie all attivazione quasi completata del Gmes (Global Monitoring for Environment and Security). Le priorità del futuro in una Europa spaziale Dal 1980, l Europa dispone, con l Ariane** ed il Centro spaziale della Guyana francese***, di un accesso indipendente e affidabile allo spazio che le garantisce un ampia libertà di iniziativa nella realizzazione delle sue ambizioni spaziali. Tuttavia la competitività europea in questo settore richiederà nuovi sviluppi tecnici e nuove modalità di erogazione del sostegno pubblico e privato. Sarà quindi necessario garantire l accesso europeo allo spazio e il suo finanziamento a lungo termine, facendo convergere le responsabilità tra soggetti nazionali ed europei. L Europa deve innanzitutto prendere l iniziativa ed intervenire presso i suoi partner per svolgere un ruolo strategico nei grandi progetti spaziali realizzati in cooperazione, garantendo una base tecnologica vasta ed efficace e mantenendo il trasferimento di conoscenze e informazioni tra le generazioni di scienziati e ingegneri: si calcola infatti che in Europa quasi il 30% degli addetti del settore spaziale andrà in pensione nei prossimi 10 anni. Si tenga ben presente, quindi che in questo scenario futuro ad esempio, la gestione delle crisi sarà in diretto rapporto con il controllo delle tecnologie spaziali e questo avrà valore soprattutto nel campo spaziale militare. ** Vettore europeo progettato per portare in orbita veicoli spaziali pilotati. Lanciato per la prima volta nello spazio a fine 1979; da allora sono state costruite altre versioni ben più potenti e versatili, fino ad arrivare ad Ariane 5, il vettore europeo di ultima generazione costruito e già utilizzato per lanciare satelliti pesanti per comunicazioni su orbite Gto. *** Situato a Kourou nella Guyana francese dove operano 3 diverse organizzazioni:! l Agence Spatiale Europèenne (Agenzia Spaziale Europea);! Centre Nazionale d Etudes Spatiales (Agenzia Spaziale Francese);! Arianspace (un impresa commerciale privata cui è affidata la realizzazione del razzo Ariane); Complessivamente queste società totalizzano circa il 15% dell attività economica del paese, impiegano circa 1000 persone ed effettuano una decina di lanci spaziali l anno. 21

18 lo spazio come elemento chiave nella politica comunitaria Sono state inoltre avviate azioni per semplificare le procedure e limitare gli ostacoli normativi al fine di far evolvere l industria spaziale in un quadro normativo prevedibile e stabile che dia motivazione agli attori coinvolti (decisori e investitori). In questo contesto, nell ottimizzare il patrimonio spaziale europeo, nel rispetto del principio di sussidiarietà onde stabilire nuovi obiettivi e assicurare la convergenza dei contributi di diversi soggetti istituzionali verso obiettivi comuni, si dovranno definire le responsabilità dei soggetti istituzionali in materia spaziale, in particolare le agenzie di sviluppo e le strutture operative e le loro relazioni con il settore privato. Guardando all Europa : l Italia nel Programma Galileo Il 2003 è stato l anno dell avvio operativo di un progetto molto importante : il sistema di posizionamento globale europeo Galileo; ma molte altre sono state le iniziative che sono nate e si sono sviluppate, e molto è stato l impegno profuso nell ambito del semestre Europeo di Presidenza Italiana. Per arrivare, però, alla stesura definitiva del Progetto Galileo si sono dovute superare non poche difficoltà; non ultima il riacutizzarsi dei dissidi tra Italia e Germania in merito alle diverse prospettive su quale delle due potenze doveva assumere la leadership del progetto. posizione di rilievo dell industria spaziale Le prime avvisaglie si sono avute sul finire dello scorso anno (2002), con un primo allarme fatto risuonare dall agenzia spaziale europea (Esa) dopo che la Germania aveva accusato il nostro Paese di aver assunto un atteggiamento troppo rigido e intransigente nella ricerca di un compromesso per l individuazione del paese più idoneo a condurre lo sviluppo di Galileo. La contesa Italia - Germania era stata la punta di un iceberg che nei mesi precedenti aveva coinvolto anche gli altri due partecipanti al progetto, cioè Francia e Gran Bretagna, e che portò addirittura a un congelamento per mesi delle attività di sviluppo. Grazie ad una serie di fitti colloqui tra il Presidente del Consiglio Silvio Berlusconi e il Cancelliere tedesco Gerhard Schroder tutte le controversie sono state appianate e si è arrivati ad una fruttuosa collaborazione in funzione del bene comune. Galileo è, infatti, un progetto di grande importanza che prende le mosse dall azione congiunta dell Unione e dei suoi Paesi membri con una delle principali Agenzie, l Esa. Un progetto in cui imprese e consorzi privati entrano a buon diritto fin dall inizio come soci investitori e gestori, in misura pressoché pari a quella del tradizionale gestore pubblico. Galileo, va anche letto come azione di autonomia politica di un Europa che lancia una sfida strategica e tecnologica al gigante americano, che col suo sistema Gps ha detenuto il monopolio della navigazione satellitare su scala globale. 22

19 Di grande rilievo è anche il suo contenuto innovativo, il conseguente impulso che produrrà sul mondo industriale e il trasferimento di tecnologia in altri Paesi e verso altri settori non specificamente coinvolti, diversi da quello spaziale e delle telecomunicazioni. I servizi che Galileo introduce nella società sono un esempio della moderna cultura e della società informatica. Per questo il programma si pone come un potente strumento per collegare tutti i settori e superare il digital divide. nuovi scenari tecnologici e industriali il ruolo primario dell Italia in ambito Esa Le applicazioni del sistema Galileo sono infatti veramente destinate a moltiplicarsi e non sono limitate al settore dei trasporti, ma spaziano quasi in ogni campo: dall agricoltura, all ambiente, dalla ricerca agli affari interni di regioni e Paesi membri, dalla protezione del mercato alla sicurezza di uomini e beni. Argomento quest ultimo di grande attualità nel panorama politico-sociale e in quello della società dell informazione. In termini puramente finanziari le cifre che ruotano intorno al programma Galileo sono da capogiro. Miliardi di euro, sia come investimenti, sia come indotto e ricaduta pioveranno su industria e servizi e su tutto il tessuto economico dei Paesi membri. Un grande progetto Europeo, dunque, nato come un successo e destinato a rimanere tale. Un impresa della quale essere orgogliosi, in particolar modo come italiani, perché italiane sono le società, come Alenia Spazio e Telespazio, che partecipano a Galileo con ruoli di primario rilievo. A questo proposito riportiamo quanto detto dal Ministro Moratti dopo la Conferenza di Edimburgo del 14 novembre 2001 : La nuova politica dell Italia si è focalizzata strategicamente su progetti con la maggiore ricaduta sull industria nazionale con particolare attenzione alle piccole e medie imprese. Per quanto riguarda il programma Galileo di navigazione satellitare, definito centrale anche dall Unione Europea, l Italia ha confermato ad Edimburgo la propria volontà di aver la leadership del Progetto, svolgendo attraverso le proprie imprese anche la funzione di primo contatto industriale. Nella politica dei lanciatori - ha proseguito il Ministro Moratti - fondamentale per l accesso allo spazio, l Italia ha ottenuto la significativa adesione finanziaria della Francia, nel progetto Vega, relativo ai piccoli e medi lanciatori di satelliti, affermando la leadership italiana in un nuovo settore che si affianca alle iniziative già esistenti della Francia nell area dei grandi lanciatori di satelliti. Si aprono così per l Italia nuovi, importanti scenari per la collaborazione spaziale europea in cui il nostro Paese assume funzioni e ruoli di guida. 23

20 Le nuove alleanze extra-europee al Progetto (13) Per acquisire maggiore forza, economica e politica, l Unione Europea ha allargato il progetto anche a paesi extra-europei, concludendo importanti accordi con Cina (Ottobre 2003), India (Novembre 2003), Israele (Marzo 2004), Russia (Gennaio 2005), Brasile, Giappone, Canada e Corea del Sud (nel 2005). il gigante asiatico alla conquista dello spazio La Cina ha firmato con l Unione un accordo in base al quale Pechino contribuirà al progetto con uno stanziamento di 200 milioni di Euro Si tratta, almeno fino ad oggi, del più importante programma di cooperazione scientifica avviato dalla Cina con altri Paesi e proprio per questa ragione, la notizia ha suscitato non poco allarme negli Stati Uniti, dove la cooperazione tra il grande paese asiatico e l Ue, per di più abbinata alle non poche pressioni che l Unione stessa sta esercitando affinché venga eliminato l embargo sulla vendita di sistemi d arma alla Cina, è vista legittimamente o meno come un preoccupante indizio di possibile mutamento di indirizzi strategici, che non potrebbe che risultare molto pericoloso per gli Usa. I cinesi si aspettano un ottimo ritorno dall investimento e danno quindi ampio credito al progetto. Inoltre Pechino ha stretto alleanze con diverse imprese costruttrici di satelliti (come la francese Alcatel Space) e con singoli paesi europei tra cui Francia, Germania e Italia. Con il nostro paese già nel 1997 venne formato il protocollo per la Cooperazione scientifica e Tecnologica. I rapporti con gli Stati Uniti sono decisamente più difficili: l ala conservatrice si sente già minacciata dai movimenti cinesi in campo spaziale, e dalle sue nuove alleanze. Secondo Joan Johnson Frese, un esperta di politica spaziale, alcuni elementi dell amministrazione Usa mostrano una forte preoccupazione per la Cina e le sue ambizioni spaziali, spingendo verso un livello di cooperazione minimale in questo campo. Il sistema di regolazione delle esportazioni di tecnologie Usa, attivo dal 1999, proibisce il lancio di satelliti americani tramite i razzi cinesi Lunga marcia. Questo embargo ha causato seri problemi all industria cinese del settore, che è infatti in cerca di contatti internazionali alternativi. Le misure di restrizione nei confronti di Pechino sono motivati dal fatto che quest ultimo sembra vendere tecnologia missilistica a paesi giudicati instabili e strettamente legati al terrorismo come Pakistan e Iran. Tutte queste manovre non fanno altro che rafforzare la volontà cinese di raggiungere una propria via allo spazio, cercando nuove alleanze pericolose per gli Stati Uniti. Le prospettive di un rafforzamento della cooperazione tecnologica con la Russia e i vantaggi logistici derivanti per la Cina dallo sviluppo e dall uso del sistema Galileo potranno allertare seriamente il governo americano, che rischia di essere minacciato in ambito economico e allo stesso tempo in quello militare. 24

21 anche l India entra nel consorzio programma di joint-venture italo-israeliana accordi Ue-Russia Anche l India parteciperà al progetto europeo Galileo, contribuendo con uno stanziamento di ben 300 milioni di euro, superiore quindi ai 200 milioni che la Cina si è detta pronta a mettere a disposizione del progetto. Quote e modalità di partecipazione devono ancora essere negoziate e l India ha voluto sottolineare che devono essere definite su una base di equità. Secondo la stampa indiana tale evento rappresenta senza dubbio il massimo esempio dei legami rafforzati tra India e Ue. E molto recente il primo passo di Israele verso la partecipazione al progetto Galileo; infatti dovrebbero ottenere l approvazione dell Ue, alcune compagnie israeliane tra cui figurano le Industrie Aeronautiche Israeliane (Iai), Orbit e Rokar International, la cui decisione di proporre queste compagnie per la partecipazione al progetto, è stata raggiunta agli inizi di marzo 2004 in una riunione tra funzionari israeliani e italiani a Tel Aviv. Israele investirà almeno 15 milioni di euro in cinque anni, e una somma equivalente sarà fornita dagli europei in ordinazioni alle compagnie israeliane per attrezzatura e tecnologia. Matimop, il Centro dell industria israeliana per la Ricerca e lo Sviluppo presso l Ufficio dello scienziato Capo, guidato da Lior Amitai, è responsabile della gestione della partecipazione israeliana al progetto. Anche con la Russia è iniziata una cooperazione europea per quanto riguarda il settore dei lanciatori. Da sempre infatti lanciatori ed infrastrutture di lancio costituiscono elementi di base per ogni progetto spaziale: la loro presenza è indispensabile per garantire l autonomia nell accesso allo spazio. L accordo di Mosca del 19 gennaio 2005, con cui l Ue e la Russia hanno sancito un partenariato e una collaborazione a lungo termine per lo sviluppo, la realizzazione e l uso di esistenti e futuri lanciatori, segna quindi un passo significativo nelle strategie europee per l accesso allo spazio: autonomia dagli Usa e collaborazione con altre potenze mondiali. Secondo la Price Waterhouse Coopers, nel 2020 il mercato del posizionamento globale avrà fatturato circa 154 miliardi di euro e creerà 165 mila nuovi posti di lavoro nella sola Europa. Adesso è chiaro anche agli Usa che è preferibile cooperare con l Europa commenta l ingegner Giuseppe Viriglio, direttore dell Esa (European Space Agency) per i programmi dell Unione europea ed affari industriali, ed infatti, lo scorso giugno 2004 al summit Usa-Ue di Dublino Colin Powell e Loyola de Palacio hanno firmato un accordo di cooperazione tra Galileo e Gps per lo sviluppo di un sistema di navigazione satellitare integrato Gnss (Global Navigation Satellite System). 25

22 Strategia della navigazione (4) Galileo sulla rampa di lancio Il programma Galileo si inserisce, nell ambito delle attività dell Agenzia Spaziale Europea (Esa), in un più vasto programma di navigazione satellitare che ha preso avvio con Egnos (European Geostationary Navigation Overlay Service). Il satellite Egnos rappresenta il primo passo della navigazione satellitare europea, fornendo un complemento, sotto controllo civile, al sistema di navigazione e posizionamento americano (Gps). Si tratta di un programma frutto di un iniziativa congiunta dell Esa, della Commissione europea e di EuroControl. Lo sviluppo di Egnos è cominciato concretamente nel 1999 e gli utilizzatori già beneficiano in Europa di un segnale fin dal Dall inizio del 2004 il segnale operativo Egnos è disponibile rendendo possibile un gran numero di applicazioni utili a preparare il mercato a Galileo. Nel 2006 Egnos sarà certificato per le utilizzazioni Safety of Life in Europa. Costellazione Galileo Galileo rappresenta il secondo passo della navigazione satellitare europea, affrancando l Europa dalla dipendenza dagli Stati Uniti d America e in quanto sistema autonomo sotto controllo civile rappresenta lo strumento per una vera sovranità, indipendenza e garanzia di servizio globale per la la società di gestione e i privati navigazione satellitare. L impresa comune Galileo Joint Undertaking (Ju) è operativa da alcuni mesi e risponde alle esigenze manifestate dal Consiglio dei Trasporti dell Unione Europea e dal Consiglio dell Esa di disporre di uno strumento di coordinamento tra le due organizzazioni nella fase di sviluppo del sistema. Per la gestione della fase di sviluppo e qualifica del programma Galileo, è stata istituita una organizzazione ad hoc, la Galileo Joint Undertaking (Impresa Comune Galileo) di cui fanno parte : Eutelsat, Fdc, Indra, Kongsberg Seatex, Septentrio, Telespazio e Thales. Il Galileo Joint Undertaking sarà punto di contatto e portavoce delle industrie downstream (terminali, applicazioni e sevizi) e dovrà sviluppare il mercato potenziale di servizi basati sulla conoscenza della posizione e migliorare l offerta legata alla navigazione satellitare. Esso deve assicurare alle due organizzazioni internazionali che finanziano alla pari l impresa, Ue ed Esa, con i rispettivi organi di controllo composti da differenti Stati europei, il conseguimento degli obiettivi e l erogazione dei fondi comunitari. In particolare, mentre sono state avviate nel quadro della Ju le attività necessarie per strutturare l organizzazione delle 26

23 successive fasi di realizzazione dell intera costellazione e del suo esercizio, l Esa ha proseguito le attività di supporto all industria spaziale europea per lo sviluppo delle capacità tecnologiche e produttive necessarie alla realizzazione dell intera infrastruttura. L Agenzia Spaziale Europea è, infatti, responsabile della gestione delle risorse finanziarie messe a disposizione dalla Comunità Europea, tramite la Ju, e dall Esa stessa per la fase di sviluppo e qualificazione di Galileo e dell affidamento dei contratti industriali relativi. Tale fase comprende la realizzazione, il lancio e la qualificazione di un satellite sperimentale destinato prioritariamente all impiego delle frequenze radio indispensabili a Galileo e dei primi quattro satelliti operativi nella configurazione finale con lo scopo appunto di qualificare il sistema. i futuri investimenti spaziali i costi del Progetto A questo proposito il costo totale del Progetto Galileo è di circa 3400 milioni di euro (l equivalente di 150 Km di autostrada!), di cui 1100 (550 milioni di euro provenienti dal bilancio comunitario (Rte) e 550 milioni di euro provenienti dall Agenzia Spaziale Europea (Esa) per la fase di sviluppo ( ); questa fase ha il compito di realizzare il segmento spaziale e terrestre del sistema nonché di lanciare i primi satelliti per la validazione del sistema stesso. Nella fase successiva, quella di spiegamento ( ) saranno fabbricati e lanciati i satelliti, veri e propri, e saranno installate le strutture terrestri. L ultima fase è quella operativa che prenderà il via dal 2008; il costo, stimato, di manutenzione e gestione dell intero sistema sarà di circa 220 milioni di Euro l anno, ampiamente superato dai ricavi previsti (si stima che a regime si avrà un fatturato di circa 10 miliardi di euro l anno a salire!). Dopo aver portato a termine la fase di sviluppo e convalida ed aver scelto il concessionario, il Consorzio Galileo Services è destinato a sciogliersi. Nei diagrammi a torta che seguono vengono rappresentati i costi totali del Progetto e come questi sono ripartiti fra i vari Stati membri : 27

24 la cooperazione comune Le fasi di spiegamento e sfruttamento saranno gestite dal consorzio, sotto il controllo di due nuovi organismi : la Supervisory Authority e il Centre of Security and Safety. Per la costituzione di tali strutture la Commissione ha da tempo presentato una proposta di regolamento, secondo la quale la Supervisory Authority deterrà la proprietà dell intero sistema di radionavigazione satellitare nonché di tutti i beni, materiali e immateriali, ceduti al Ju o venutisi a creare in seguito alla sua attività. Essa stipulerà il contratto con il concessionario, il quale sarà il suo unico interlocutore per il funzionamento del sistema e sorveglierà l adempimento degli obblighi derivanti dalla concessione. Il Centre of Security and Safety avrà invece il compito di garantire la sicurezza (ivi compresa, quando necessaria, l interruzione del segnale) e l affidabilità del sistema. Un ridotto nucleo permanente, sempre operativo, curerà la tutela degli interessi dell Unione Europea e dei suoi stati membri. 28

25 Fase di Sviluppo e Spiegamento (2002 / 2007) Fase Operativa (dal 2008) Supervisory Authority Consorzio Galileo Services Centre of Security and Safety Il Centro sarà attivo anche per risolvere ogni problema di interoperabilità con il Gps americano. Anche se queste due strutture devono essere ancora approvate dal Consiglio dei Ministri della Ue, non c è dubbio che il programma Galileo è decisamente avviato e che il Joint Undertaking ne ha avviato lo sviluppo e la realizzazione. Prova ne è che è già operativo il consorzio Galileo Industries, società finalizzata alla gestione del programma Galileo, costituita nel 2000 a Bruxelles come joint-venture fra le maggiori aziende spaziali europee. Sono in corso negoziazioni tra Galileo Industries e Thales per l entrata di quest ultima come settimo azionista della società. La Galileo Industries che avrà sede a Roma sarà responsabile di tutte le attività di progettazione, ingegneria, sistemistica e approvvigionamento, fondamentali anche in previsione delle future evoluzioni, sia di tipo tecnico, sia economico del progetto. Sempre a Roma, nel Centro Integrazione Satelliti di Alenia Spazio, verranno assemblati i 30 satelliti della costellazione, con il completamento del primo a fine 2005, i successivi quattro entro il 2006 e i rimanenti 25 entro il Infrastruttura globale Galileo è concepito come un sistema autonomo europeo di radionavigazione satellitare il cui funzionamento sarà compatibile con gli altri sistemi esistenti quali Gps e Glonass ed offrirà una serie di servizi per la società civile. un Gps per l Europa? Dall utilizzo della tecnologia per i sistemi di navigazione satellitare si svilupperanno rapidamente tutti i settori della società dell informazione in stretta relazione con lo sviluppo delle telecomunicazioni, di Internet e di tutte le applicazioni dei servizi mobili. È per questo che la navigazione satellitare diventa indispensabile ad una vasta gamma di applicazioni, soprattutto nel settore dei trasporti (aeronautici, marittimi e terrestri) ma anche in tutti i settori dove la misurazione esatta del tempo e la localizzazione precisa sono indispensabili. La disponibilità dei due servizi di navigazione, Gps ed i suoi complementi locali, Egnos in Europa da una parte e Galileo dall altra, con le loro caratteristiche di interoperabilità e compatibilità funzionale a livello di utente, è considerata condizione essenziale per lo sviluppo di servizi di navigazione satellitare sicuri e affidabili. 29

26 Costellazione Galileo Galileo fornirà numerosi servizi grazie alla combinazione delle capacità di sistema di ciascun componente e settore della sua architettura: i componenti mondiali, regionali, locali e l utilizzatore. La costellazione Galileo fornirà la capacità di radio-diffondere su scala planetaria un insieme di segnali di navigazione utili a numerosi servizi. Ciascun segnale di navigazione si compone di uno o due codici per la misura della distanza e di dati di navigazione oltre che di altri codici in funzione del servizio specifico. L architettura di Galileo si basa su una componente globale che comprende:i una costellazione di 30 satelliti su orbita terrestre media (Meo, vedi : Geo, Meo o Leo?), con una copertura adeguata a garantire i servizi a livello planetario. Ciascun satellite avrà un carico utile per la navigazione e un ripetitore di ricerca e salvataggio. La costellazione fornirà una capacità di radiodiffusione mondiale di un insieme di segnali di navigazione nella banda L per i servizi ad accesso libero, commerciali, di salvaguardia della vita umana e ad accesso controllato. La misura della distanza tra il satellite e l utilizzatore basata sui codici e i dati di misure di distanza saranno sfruttati dai ricevitori di Galileo per i diversi servizi offerti; un centro di controllo e di missione connesso ad una rete mondiale di sensori e stazioni ricetrasmittenti che assicuri la gestione della costellazione dei satelliti controllando le funzioni principali della missione di navigazione, determinando e trasmettendo le informazioni d integrità a livello mondiale. 30

27 Geo, Meo o Leo? I più vecchi satelliti per telecomunicazioni occupano delle orbite geostazionarie o geosincrone, in cui il periodo orbitale è uguale a quello di un punto sulla superficie terrestre (satelliti Geo, Geosynchronous Earth Orbit). Quindi il satellite sembra rimanere fisso rispetto alla posizione sulla terra in quanto ruota insieme ad essa con lo stesso periodo di rotazione, ad un'altitudine di circa chilometri dalla superficie della terra su un piano passante per l'equatore. La distanza dei satelliti in orbita geostazionaria causa però una delle maggiori restrizioni delle comunicazioni satellitari. I segnali radio trasmessi verso un satellite viaggiano alla velocità della luce (circa chilometri al secondo); a quella velocità essi impiegano approssimativamente 125 millisecondi per raggiungere il satellite e altrettanto per ritornare sulla terra. Questo ritardo di 250 millisecondi (un quarto di secondo) nella propagazione del segnale è molte volte superiore al ritardo per un segnale trasmesso attraverso qualunque altro link terrestre e crea un effetto percepibile nelle comunicazioni vocali e impone l'adozione di sofisticati protocolli trasmissivi per la trasmissione di dati su un link satellitare. Inoltre le limitazioni imposte dagli organismi regolatori alla potenza dei segnali satellitari e le grandi distanze in gioco fanno sì che, in attesa di nuove tecnologie costruttive di satelliti ad alta potenza, le stazioni di terra necessitino di antenne di grosse dimensioni non facili da installare. Per ovviare ad alcuni degli inconvenienti sopra descritti l'industria aerospaziale ha sviluppato nuove tecnologie che permettono ai satelliti di orbitare a distanze più ravvicinate rispetto alla superficie terrestre: i satelliti Meo e Leo. I satelliti Meo (Medium Earth Orbit) orbitano a una distanza compresa nel range chilometri rispetto alla superficie terrestre. I satelliti Leo (Low Earth Orbit), invece, orbitano a un'altitudine compresa tra meno di e chilometri da terra. Come conseguenza del minor raggio orbitale il ritardo di trasmissione è minimo rispetto a quello di un sistema Geo, poiché le distanze che i segnali radio devono percorrere sono grandemente ridotte. I satelliti stessi sono poi di dimensioni più ridotte rispetto ai tipici satelliti per telecomunicazioni della precedente generazione e hanno pesi generalmente al di sotto dei 500chilogrammi e volumi inferiori ai 2 metri cubi. Per contro, le minori orbite dei satelliti Meo e Leo aggiungono complessità al sistema poiché i satelliti si muovono relativamente alla superficie terrestre (la loro orbita non è infatti stazionaria). In altri termini un'area terrestre non è sempre illuminata dallo stesso fascio. Questo implica che l'ingegneria delle comunicazioni satellitari deve affrontare una doppia mobilità, quella della stazione mobile e quella del satellite. 31

28 Nella tabella qui sotto sono riportate le principali caratteristiche delle tre orbite usate : Orbite Quota (Km) Peso (Kg) Volume (m 3 ) Leo inferiore a 500 Meo inferiore a 500 Geo circa superire a 500 Inferiore a 2 inferiore a 2 superiore a 2 32

29 LA COSTELLAZIONE GALILEO (5) Galileo è un sistema di navigazione satellitare progettato per fornire un servizio multimodale e a copertura globale, adatto cioè a servire varie tipologie di applicazioni, nei diversi domini di trasporto e altro, ed esteso a tutta la superficie del globo terrestre. Il sistema è inoltre pensato per essere completamente indipendente ed autonomo, ma compatibile ed interoperabile con il sistema americano Gps. Ciò vale a dire che Galileo, se da una parte deve essere in grado di funzionare autonomamente, senza l ausilio di sistemi esterni, dall altro le sue caratteristiche devono essere tali da non interferire con il funzionamento del Gps (compatibilità) ed anche di essere utilizzato congiuntamente con il Gps stesso (interoperabilità). Galileo dipenderà inoltre da un autorità civile, al contrario del Gps che invece nasce come un sistema militare e come tale è controllato dall autorità militare Usa. le potenziali caratteristiche fisiche satellitari L infrastruttura di Galileo è composta da due parti, i cosiddetti segmenti :! Il Segmento Spaziale;! Il Segmento Terrestre; Il Segmento Spaziale Il Segmento Spaziale ha la funzione di irradiare a terra i segnali di Galileo corrispondenti ai servizi di base forniti dal sistema. Esso è costituito da una costellazione di 30 satelliti, distribuiti su 3 piani orbitali distinti (10 satelliti per piano); i piani orbitali sono inclinati di un angolo di 56 rispetto al piano equatoriale terrestre. L altezza delle orbite è di circa km, i satelliti della costellazione di Galileo sono infatti satelliti Meo, un acronimo che deriva dall inglese Medium Earth Orbit, cioè satelliti che si muovono su orbite intermedie tra i satelliti Leo, bassi e veloci per l osservazione della terra e quelli Geo, geostazionari fissi, cioè apparentemente fermi a km dalla Terra (vedi : Geo, Meo o Leo?). In realtà i satelliti di Galileo operativi sono in totale 27 (9 per ogni piano orbitale), mentre i tre satelliti rimanenti (1 per piano) sono satelliti di riserva, pronti ad entrare in funzione in caso di guasto di un satellite operativo. I satelliti di Galileo sono di classe media, di peso pari a circa 700 kg e potenza di trasmissione dell ordine di 1.5 kw. Sono costituiti da un corpo principale di dimensioni: 2.7x1.2x1.2 metri ed hanno pannelli solari che aperti misurano circa 12 metri. Il tempo di vita di questi satelliti è stimato in circa 12 anni. Il satellite imbarca due equipaggiamenti elettronici diversi (payloads), oltre quelli per il controllo del satellite stesso (telemetria e telecomando). Il primo equipaggiamento è dedicato alla generazione dei segnali di 33

30 navigazione, mentre il secondo è dedicato alla ricezione e trasmissione dei segnali per la funzione di supporto di Ricerca e Soccorso. Nella tabella sono riportate le principali caratteristiche dei satelliti del Progetto Galileo : Caratteristiche Principali Galileo Satelliti totali 27 operativi 3 di scorta Satelliti per orbita 9 operativi 1 di scorta Peso (Kg) 700 Potenza di Trasmissione (kw) 1,5 Dimensioni (m) 2,7 x 1,2 x 1,2 Vita media (anni) 12 Costo per singolo satellite (milioni di euro) circa 72,3 Costo totale dei satelliti (milioni di euro) circa 2169 Inclinazione dell orbita 56 Quota media dell orbita (Km) Principali caratteristiche del Sistema Galileo Il Segmento Terrestre Il Segmento di Terra svolge due funzioni principali:! Il controllo della costellazione;! Il controllo di missione; sistemazione delle stazioni terrestri Di fatto il Segmento di Terra, composto da 14 stazioni sparse per il pianeta, è fisicamente suddiviso in due sottosegmenti dedicati rispettivamente alle due funzioni, detti per questo Segmento di Controllo e Segmento di Missione. Il centro di controllo (Scf - Satellite Control Facility) tramite le 5 stazioni TT&C riceve le telemetrie dai satelliti della costellazione ed invia a quest ultimi i telecomandi necessari per variare la configurazione delle apparecchiature interne del satellite e/o per correggere l assetto e l orbita del satellite stesso; l orbita, infatti, è soggetta a perturbazioni, principalmente dovute al Sole ed alla Luna, che con il tempo finiscono con il modificare la posizione del satellite e la configurazione della costellazione. Le stazioni sono collegate al centro tramite una rete dedicata (Sddn - Satellite Data Dissemination Network). Il controllo della missione del sistema consiste principalmente nella implementazione di una serie di funzioni le quali concorrono alla 34

31 generazione del messaggio di navigazione, che viene poi distribuito all utente tramite la costellazione del sistema. In altre parole il messaggio di navigazione, che porta all utente tutte le informazioni di navigazione e di tempo, deve essere generato a terra, perché solo qui possono essere elaborate tutte le informazioni necessarie allo scopo. Successivamente tale messaggio viene da terra spedito ai satelliti, dove è inserito nel segnale di navigazione e distribuito agli utenti. Costellazione Galileo Il funzionamento dell intera macchina è il seguente: esistono delle stazioni distribuite sulla superficie terrestre che ricevono continuamente i segnali trasmessi dai satelliti della costellazione, esse agiscono da sensori di questi segnali che sono gli stessi ricevuti dagli utenti. Tali stazioni, dette Gss (Galileo Sensor Station), effettuano delle misure sulla base dei segnali osservati ed inviano queste informazioni a due centri l Ospf (OD&TS Processing Facility) e l Ipf (Integrity Processing Facility). Il primo (Ospf) calcola con precisione le orbite dei satelliti e determina la sincronizzazione temporale del sistema, il secondo (Ipf) calcola l informazione di integrità1. I risultati di queste elaborazioni sono inviati all Mcf (Mission Control Facility) nel quale viene generato il messaggio di navigazione. Quest ultimo quindi viene trasmesso alle stazioni di up-link (Uls, Up Link Station), le quali hanno il compito di trasferire il messaggio di navigazione ai satelliti della costellazione. generazione del messaggio Sul satellite nel messaggio viene inserito il tempo di riferimento generato dagli orologi atomici di bordo, il messaggio viene incapsulato nel segnale di navigazione che infine è trasmesso a terra verso gli utenti. 35