TECNOLOGIA. La conquista dello spazio COL. ETTORE STORTI* *Comandante del Centro Interforze di Telerilevamento Satellitare

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1 La conquista dello spazio COL. ETTORE STORTI* *Comandante del Centro Interforze di Telerilevamento Satellitare 22

2 Satellites è il termine latino con cui venivano indicate le guardie del corpo degli imperatori romani, cioè quelle persone che erano sempre intorno al loro protetto. Oggi con il termine satellite si indica genericamente un corpo celeste che ruota attorno ad un pianeta, se il corpo in considerazione è poi una macchina creata e messa in orbita dall uomo allora si parla di satellite artificiale. Il principio teorico della propulsione a razzo è noto da lungo tempo; si narra che già nel 1232 la città di Kaifeng, in Cina, fosse stata difesa dalle orde mongole con l impiego di razzi che utilizzavano come propellente polvere da sparo. La possibilità teorica di mettere in orbita dei satelliti artificiali nacque però nel 1687, come conseguenza del lavoro teorico del grande fisico e matematico inglese Isaac Newton, ma solo nel XX secolo, vennero compiuti studi approfonditi in questo senso, ad opera del russo Konstantin Tsiolkovsky e dell americano Robert Goddard. Il lavoro di questi due scienziati, confermò la possibilità di mandare nello spazio una struttura artificiale sfruttando la spinta di un propulsore a razzo. La ricerca in questo campo fece passi da gigante durante la Seconda Guerra Mondiale, ad opera delle grandi potenze che incentivarono sempre più lo studio di razzi e missili, anche se lo scopo era ovviamente militare. Nell ottobre del 1954, in occasione dell International Geophysical Year (IGY), si riunì una commissione a livello mondiale che fissò come preciso obiettivo per le grandi potenze, la messa in orbita di piccoli satelliti per favorire una futura esplorazione spaziale. Gli Stati Uniti e l URSS accolsero la proposta e annunciarono, rispettivamente nel luglio e nell aprile del 1955, la loro precisa intenzione di mettere in pratica il progetto dell IGY. L antico sogno umano di conquista dello spazio si concretizzò il 4 ottobre 1957, con il lancio del primo satellite artificiale orbitante, lo Sputnik 1, effettuato dall Unione Sovietica. Lo Sputnik 1 era una sfera di alluminio di 58 cm di diametro e di 83 kg di peso. Orbitava attorno alla Terra in 96,2 minuti, compiendo una traiettoria ellittica che portava il satellite ad un apogeo di 946 km e ad un perigeo di 227 km. La sfera conteneva strumenti che per 21 giorni consecutivi trasmisero dati riguardanti i raggi cosmici e le meteoriti, e fornirono informazioni sulle condizioni di densità e di temperatura dei gas che compongono l alta atmosfera. Dopo 57 giorni il satellite rientrò nell atmosfera distruggendosi per il calore dell attrito. Il secondo satellite artificiale, lo Sputnik 2, venne lanciato il 3 novembre 1957 recando a bordo una cagnetta di nome Lajka. La missione permise di effettuare i primi studi sugli effetti del volo in orbita su organismi viventi. Il cosmonauta russo Jurii A. Gagarin Lo Sputnik 2 rientrò nell atmosfera terrestre, distruggendosi, dopo 162 giorni di volo. Il 31 gennaio 1958, mentre lo Sputnik 2 era ancora in orbita, gli Stati Uniti lanciarono il loro primo satellite, l Explorer 1. La sonda, un cilindro di 15 cm di diametro, lungo 203 cm e del peso di 14 kg, effettuò per 112 giorni precise misurazioni sui raggi cosmici ed i micrometeoriti; fornì inoltre i primi dati da satellite che condussero alla scoperta delle fasce di radiazione di Van Allen. Il 12 aprile 1961 l Unione Sovietica raggiunse l obiettivo del volo orbitale umano con la missione della navicella Vostok 1, che trasportava il cosmonauta Jurij A. Gagarin. Durante il volo, durato 1 ora e 48 minuti, egli raggiunse un apogeo di 327 km e un perigeo di 180 km, atterrando con successo in Siberia. Nei due anni seguenti vennero lanciate altre cinque Vostok, l ultima delle quali, pilotata dalla cosmonauta Valentina Tereškova, compì 48 orbite attorno alla Terra. 23

3 Nel 1969 l umanità raggiunse finalmente l obiettivo dello sbarco sulla Luna. Il volo storico dell Apollo 11 iniziò il 16 luglio. Dopo essere entrati in orbita lunare, Edwin E. Aldrin Jr. e Neil Armstrong si trasferirono nel LEM, il L Astronauta Neil Armstrong sulla luna modulo per l allunaggio, mentre il modulo di comando era affidato al pilota Michael Collins. Il modulo lunare toccò la superficie del satellite il 21 luglio, nei pressi del margine del Mare della Tranquillità e poche ore dopo Armstrong mise piede sul suolo lunare, pronunciando le storiche parole: Un piccolo passo per un uomo, un balzo gigantesco per l umanità. Dal primo Sputnik migliaia di satelliti sono stati costruiti e messi in orbita per i più disparati usi, non solo da USA e URSS, ma anche dall European Space Agency, Canada, Cina, India, Francia, Giappone, Italia e altri Paesi. Fra tutte vale la pena di ricordare la missione del Tethered Satellite System Reflight realizzata nel 1996, a cui ha partecipato il primo astronauta italiano, il Dott. Franco Malerba. Cenni storici sul progetto HELIOS Sono le del 7 luglio 1995, dalla piattaforma di Kourou nella Guyana Francese parte il vettore Ariane 4 con a bordo il satellite per l osservazione terrestre Helios. Ariane 4 È così che sette anni fa l Italia mise in orbita il suo primo satellite per il controllo del territorio. C erano voluti otto lunghi anni di studi, di prove, di riunioni fiume, ma finalmente il satellite volava. Tutto cominciò nel 1986 quando due Scud libici furono lanciati a poche centinaia di metri dalla costa di Lampedusa, fu allora che si incominciò a sentire l esigenza di un servizio informazioni strategico satellitare. Successivamente, il 25 settembre 1987, venne firmato un primo 24

4 accordo per lo sviluppo di un satellite da ricognizione, in cooperazione fra Italia e Francia, cui si aggiunse anche la Spagna nel novembre dell 88. Quattro anni più tardi venne posta sull aeroporto di Pratica di Mare la prima pietra della Componente al Suolo del sistema, ma fu solo nel 1994 che con decreto ministeriale nacque il CITS (Centro Interforze di Telerilevamento Satellitare) sotto il simbolo del dio ellenico del sole HELIOS. CITS - Centro Interforze di Telerilevamento Satellitare Aspetti organizzativi e finanziari I termini della cooperazione sono ancora oggi regolati dalle iniziali quote di ripartizione finanziaria: Francia: 78,9%, Italia: 14,1% e Spagna: 7%. In teoria quindi, i ritorni tecnico-industriali ed operativi, intesi come ammontare delle commesse alle ditte italiane e come tempi di utilizzazione del satellite, sarebbero dovuti essere commisurati alle percentuali di partecipazione al programma dei tre Paesi. Nella realtà, il buon clima di collaborazione ha portato l Italia a godere di un ritorno operativo molto al di là del proprio diritto, con una percentuale di immagini acquisite di oltre il 20% del totale, coprendo così interamente il fabbisogno nazionale; non di meno la qualità delle riprese è risultata complessivamente adeguata, anzi superiore sia alle aspettative sia a qualsiasi immagine satellitare allora acquisibile sul mercato. Anche il ritorno industriale è stato superiore al 14,1%, e per lungimirante scelta dell A.D., è stato essenzialmente concentrato sul segmento terreno; oggi infatti disponiamo in Italia di un know how di tutto rilievo che si sta riutilizzando nel nuovo programma COSMO- SKYMED. A seguito degli accordi trinazionali, le capocommesse francesi (CNES e ASTRIUM) hanno stipulato i contratti con le industrie italiane partecipanti all operazione (TELESPA- ZIO, SESA-ITALIA, CISET, DATAMAT, LABEN, FIAR, C. GAVAZZI, GALILEO) coordinate dalla capofila ALENIA SPAZIO. Il sistema opererà presumibilmente sino ai primi mesi del 2005 grazie al lancio del 2 satellite HELIOS IB avvenuto il 3 dicembre 99, cioè fino al termine della vita operativa dei satelliti, progettati per una life time di cinque anni, ma tutto lascia ben sperare a che i tempi si allunghino; HELIOS 1A tuttora vola ed ha una riserva d idrazina sufficiente ancora per qualche anno. Dal 99, come detto, i due satelliti operano in simbiosi sfasati di circa 180, con metodologie di gestione e programmazione più complesse ottenute con ammodernamenti progressivi della rete di terra. 25

5 Organizzazione tecnico - operativa Il sistema è strutturato su due settori: una Componente Spaziale (CSH) ed una Componente Suolo Utilizzatore (CSU). La Componente Spaziale comprende, ovviamente, i due satelliti (Helios 1A ed Helios 1B) e poi il Centro di Comando e Controllo (CMP) ubicato a TOLOSA e gestito operativamente dal CNES (Centre National d Etude Spatiale). Il CMP assicura il pilotaggio Componenti del Sistema del satellite per mezzo delle tre stazioni di telemisura e di telecomando situate ad Assaguel, vicino Tolosa, a Kourou in Guyana e nell isola di Kerguelen. La Componente Suolo Utilizzatore è invece il complesso d installazioni utilizzate dalle tre Nazioni per la gestione dei satelliti e lo sfruttamento delle immagini. È costituita da tre Centri Principali Helios (CPH) ed altrettanti Centri di Ricezione Immagini (CRI). Il CPH Francese nei pressi di Parigi, dove operano anche i rappresentanti dell Italia (AMI Antenna di Missione Italiana) e della Spagna (AME), esplica altresì le funzioni di controllo operativo dell intero sistema Helios. Le attività di questi Centri sono strettamente integrate e concatenate. Ciascun Paese riceve quotidianamente tutti i dati necessari per l elaborazione del piano di lavoro dei satelliti relativo al giorno successivo, quali le previsioni meteorologiche e l orbitografia di precisione. In funzione delle possibilità di ripresa, gli utenti nazionali scelgono gli obiettivi d interesse e depositano presso ciascun CPH le richieste di missione secondo un ordine prioritario. Le tre liste nazionali vengono quindi trasmesse via rete al Centro Principale Helios Francese dove i rappresentanti dei tre Paesi discutono e perfezionano il piano di lavoro finale, che viene prima verificato tecnicamente presso il Centro di Comando e Controllo di Tolosa e finalmente trasmesso ai satelliti. Una volta effettuate, le immagini vengono di norma scaricate nel corso delle ore notturne, quando i satelliti passano sui Centri di Ricezione Immagine; se la zona di ripresa è però nel cerchio di visibilità di una o più antenne allora l immagine viene scaricata in diretta. I dati ricevuti e registrati su apposite cassette Ampex, vengono infine inviati ai rispettivi Centri, dove ne viene effettuato il trattamento e l analisi operativa. La distribuzione delle fotografie e dei relativi rapporti agli utenti chiude il ciclo operativo del Sistema. 26

6 Un pò di tecnica sono legate da una relazione matematica, per cui una volta determinata l una, l altra è imposta. È così che un satellite orbitante a 200 km di altitudine, sarà eliosincrono se la sua orbita è inclinata di 96,3 sull equatore. A 400 km, l inclinazione dovrà essere di 97 ; a 800 km sarà di 98,5 ; e così via. Subentra qui il 2 postulato: Helios avrebbe dovuto permettere di vedere degli oggetti con una risoluzione di ordine metrico. Questa volta sono le leggi ottiche che fissano la distanza relativa fra punto a terra e piano di formazione dell immagine, l altitudine operativa media dei nostri satelliti fu pertanto regolata a 683,7 km. Ne consegue, come abbiamo precedentemente visto, che l inclinazione del piano orbitale sarebbe stata di 98. Per completare il nostro progetto mancava però un ultima cosa, legata questa volta non ad oscuri parametri spaziali, ma più che altro alle tasche del contribuente. È qui che interviene il concetto della life time, cioè della vita operativa del satellite, che venne fissata in almeno 5 anni (3 postulato). Il resto è, per così dire, prassi ingegneristica, Potrà sembrare lapalissiano, ma lo scopo di un satellite da ricognizione è di fotografare qualsiasi punto della terra nelle migliori condizioni di visibilità. Ciò implica che l apparato di ripresa deve avere il sole alle spalle in modo che il soggetto da riprendere sia in piena luce. Questo concetto estremamente semplice è stato il 1 postulato per la progettazione di Helios, il sensore avrebbe dovuto passare al di sopra di un determinato territorio ad un ora locale che fosse rimasta sensibilmente la stessa (± 15 minuti) nel corso di tutto l anno. La scelta del tipo di orbita si è quindi basata sul concetto dell eliosincronismo, il piano orbitale avrebbe cioè mantenuto sempre lo stesso orientamento rispetto al Sole. L aspetto affascinante di questa tecnica è che si basa interamente su di un fenomeno naturale che si chiama precessione orbitale. La particolare forma della Terra determina un geoide che provoca non poche perturbazioni al moto dei satelliti artificiali, ed in particolare una lenta rotazione naturale del loro piano orbitale, chiamata appunto precessione. Per rimanere in sincronismo con il Sole, il piano orbitale deve quindi ruotare di un giro completo (360 ) nell arco di un anno (365,24 giorni), in altre parole secondo una precessione giornaliera di 0,985. Le leggi gravitazionali affermano inoltre che l altitudine (h) di un satellite eliosincrono e l inclinazione (i) della sua orbita sull equatore legata alla progettazione di uno chassis che, compatibilmente alla capacità di carico del vettore Ariane 4, potesse ospitare il payload, gli apparati ricetrasmittenti, i giroscopi per il movimento sui tre assi, i sensori stellari utili alla determinazione della posizione assoluta nello spazio, i pannelli solari per l energia, i motori per il riposizionamento orbitale ed infine una scorta d idrazina sufficiente a garantire le necessarie manovre di riposizionamento orbitale nel corso dei preventivati 5 anni di vita. La massa equivalente ne risultò quindi di 27

7 2.500 kg e ciò permise di calcolare l ultimo parametro orbitale relativo alla velocità di rivoluzione, fissata in 98,43 minuti per orbita, pari a circa km/h, per un totale di 14,629 rivoluzioni giornaliere, con un ciclo di ripetitività di 27 giorni. domandare come mai si abbia riconosciuto al sistema Helios una valenza strategica tale da considerarlo strumento utile alla definizione di linee guida sia politiche sia militari. In effetti, un satellite della tipologia di Helios consente di raggiungere una serie di obiettivi generali e quindi strategici, tali da consentire, a chi ne possiede il controllo, di garantire alle proprie F.A. e al proprio apparato decisionale tecnico-politico di poter disporre d informazioni preziosissime sia in tempo di pace sia di tensione così come in aperto conflitto. Valore strategico Appare essenziale una definizione del termine strategia così da non generare incomprensioni, come sovente accade. La parola deriva dal greco strategós (generale), termine che ha dato luogo al proliferare di una copiosa letteratura sul suo significato militare. Quello che è certo, è come lo stesso Von Clausewitz non abbia voluto darne una definizione, se non limitandosi a dire, nella sua famosa opera Der Krieg, che la tattica insegna l impiego delle forze nel combattimento; la strategia, l impiego dei combattimenti per lo scopo della guerra (Edward Luttwak, Strategia. Le logiche della guerra e della pace nel confronto tra le grandi potenze, Rizzoli, 1989, pag. 336). Nell accezione moderna, risulta interessante la definizione della strategia come arte e scienza dello sviluppo e dell impiego di forze politiche, economiche, psicologiche e militari secondo necessità in pace e in guerra, allo scopo di accrescere la probabilità e le favorevoli conseguenze della vittoria e ridurre la possibilità di una sconfitta (cfr. Luttwak). Fatta questa premessa, ci si potrebbe Orbitografia e movimento coassiale sull orbita Grazie al satellite sono possibili azioni di intelligence a livello planetario, che la nuova dottrina denomina ISTAR (Intelligence, Surveillance, Target Acquisition e Reconnaissance). L obiettivo primario delle operazioni ISTAR è di fornire in maniera tempestiva una raccolta dati attraverso molteplici sensori, tra i quali quello spaziale è il più largamente impiegato. Queste informazioni sono usate al fine di conoscere le attività e le risorse di un nemico reale o potenziale, di scoprirne cambiamenti o anomalie, cosi come gli Indicatori e gli Allarmi (I & W - Indicators and Warnings) in relazione alle sue intenzioni. 28

8 Per le operazioni di sorveglianza e di ricognizione, come per molte altre operazioni, la chiave del successo è basata sul persistere nell azione fino a quando non si sono raggiunti risultati positivi, ed uno strumento militare ad altissimo valore aggiunto, quale appunto è Helios, garantisce la velocità, la flessibilità, la continuità e la precisione indispensabili per il raggiungimento degli scopi fissati dall ISTAR. In altri termini, Helios è un equipaggiamento superiore di sovranità perché contribuisce, in maniera sovente decisiva, alla valutazione autonoma delle situazioni. Le immagini Helios, integrate e valorizzate anche con informazioni provenienti da fonti diversificate, forniscono alle più alte autorità politiche e militari degli elementi attendibili per la valutazione delle situazioni, garantendo così il raggiungimento di molteplici risultati quali: la prevenzione delle crisi, la corretta gestione delle crisi, controllo del disarmo, aiuto all ingaggio delle forze, mantenimento dell iniziativa in campo militare. Uno sguardo al futuro Si è parlato della life time dei satelliti Helios I, è pertanto naturale che l esperienza acquisita non debba fermarsi a quest unico sistema, ma evolva verso tecnologie sempre più performanti, ma soprattutto non è più ipotizzabile privare la Nazione di strumenti di così elevato contenuto informativo. D altro canto lo stesso Presidente del Consiglio dei Ministri, nell ambito del Documento di programmazione economico-finanziaria deliberato il 5 luglio 2002, afferma che: il Governo intende...disporre di unità operativamente in grado di sostenere l azione della comunità internazionale nella prevenzione e gestione delle crisi e di fornire, sul piano interno, un adeguato concorso ai servizi di prevenzione e controllo del territorio, nonché alle esigenze di pubblica necessità e tutela ambientale. Già da alcuni anni è stato infatti avviato un programma di ammodernamento dell intero sistema che, oltre al cambiamento di tutta la componente hardware e software del segmento di terra, vedrà la messa in orbita della nuova generazione di satelliti Helios II. Ma è solo nel corso dell ultimo incontro di fine luglio fra gli Stati Maggiori della Difesa francese ed italiano, che è stato raggiunto l accordo di massima sui principi che regoleranno l accesso della Difesa italiana a Helios II. Progettato con tecnologie innovative, dotato di ottiche decisamente più potenti, il nascituro satellite consentirà di scendere ancor più nel dettaglio dei particolari con una maggiore flessibilità d impiego. La novità assoluta per l Italia è che finalmente si avrà la possibilità di effettuare delle riprese satellitari nel dominio dell infrarosso prossimo; questo consentirà non solo la capacità di analizzare lo stato di attività dei singoli elementi, ma soprattutto di effettuare anche riprese notturne. Sul piano delle eclittiche nulla è cambiato, e pertanto anche Helios II 29

9 sarà posto su di un orbita bassa polare eliosincrona. Per quanto invece riguarda le capacità di basculamento (movimento in pitch e roll) si sono fatti dei progressi sostanziali. Mentre il predecessore effettuava riprese fuori asse rispetto al piede dell orbita ruotando l intera massa del satellite per mezzo di pesanti ruote giroscopiche, Helios II manterrà immutata la sua posizione relativa, facendo ruotare un particolare sistema di specchi che convoglierà la radiometria direttamente sul piano focale dell ottica, permettendo così un abbattimento del momento inerziale e una riduzione dei carichi accessori, per un complessivo risparmio energetico unito ad un mantenimento dei pannelli solari sempre nelle migliori condizioni d illuminazione. Anche il sistema di registrazione della telemetria è stato sostituito; al posto degli obsoleti registratori a nastro, sono state caricate a bordo delle memorie di massa allo stato solido che, a peso quasi nullo; assicurano periodi di registrazione più lunghi e trasmissioni di dati rapidissime L altro grande programma che si sta portando avanti, e questa volta tutto italiano, è il satellite radar Cosmo Skymed. Nato in cooperazione civile e militare sotto il patrocinio dell ASI (Agenzia Spaziale Italiana), il sistema si baserà su di una costellazione di quattro satelliti del peso di 1500 kg., dotati di un radar ad apertura sintetica in banda X, che ci consentirà di effettuare delle riprese in ogni condizione di tempo (all weather/day-night), con la possibilità di controllare vaste aree in un singolo passaggio. L elevato numero di satelliti permetterà di raggiungere tempi di risposta contenuti dal momento della programmazione fino alla consegna all utente finale ed una programmazione, basata su regole di priorità e riservatezza, di quasi duemila immagini al giorno, così da soddisfare le molteplici esigenze di ripresa. Ed in effetti, è proprio questa grande capacità di ripresa che, unita alle non comuni qualità tecniche, ha permesso di raggiungere l accordo su Helios II con i colleghi francesi, attratti anche loro dalla possibilità d impiego di uno strumento così versatile. I termini dell accordo prevedono in grandi linee l accesso della Francia ad una parte del tempo di programmazione giornaliero di Cosmo, in cambio di un equipollente tempo di Helios II. A questi poi si aggiungerà anche la futura costellazione di satelliti ottici Pléiades. L Europa delle cooperazioni prende sempre più corpo, grandi programmi che sotto il patrocinio nazionale, si aprono ad uso comunitario e si adattano alle esigenze internazionali. Se in altri settori a livello Forze Armate, anche il solo concetto di Interforze si presenta ancora oggi come una meta da raggiungere, presso il CITS da sempre si veste un unica uniforme, ma soprattutto si parlano molte lingue, al servizio e per il futuro della Difesa. 30