L Impiego operativo del satellite COL. MAURO LANCELLOTTI - CAP. ALESSANDRO FUSCO Il Sistema SICRAL SICRAL (Sistema Italiano per Comunicazioni Riservate ed Allarmi) è il sistema di comunicazioni militari via satellite, fornito chiavi in mano dal Consorzio SITAB (consorzio SIcral Telespazio - Alenia Spazio BPD FIAT Avio) al costo di circa 900 miliardi. L obiettivo del sistema è, in linea di principio, quello di assicurare le comunicazioni strategiche e tattiche sul territorio nazionale e nelle operazioni fuori area, le comunicazioni mobili con piattaforme terrestri, navali ed aeree allo scopo di garantire l integrazione con le reti TLC fisse dell A.D. (Amministrazione della Difesa) e la compatibilità con gli standard internazionali ed alleati e, quindi, fornire un supporto alle funzioni del C4I. Per quel che riguarda la tempistica di implementazione, il contratto 3377 dell A.D. (Amministrazione della Difesa) è stato stipulato con il consorzio SITAB nel dicembre del 1995. Nel febbraio 2000 il satellite è stato trasferito a Tolosa (Francia) per le prove di termovuoto previste prima del lancio. Nel contempo, il 23 gennaio 2001, si è ufficialmente costituito il Centro di Gestione e Controllo SICRAL nella località di Vigna di Valle (Roma). L intero sistema sarà consegnato nel corso del 2001. 7
Il SICRAL è composto da due sottoinsiemi: il segmento spaziale ed il segmento terrestre. Il segmento spaziale è costituito sostanzialmente dal satellite con le facilities associate. Il segmento terrestre è composto dal Centro di Gestione e Controllo di Vigna di Valle, e dai terminali utenti. Nella tabella 1 viene mostrata l organizzazione del sistema dalla quale si può evincere anche l elenco della tipologia dei terminali disponibili. L Amministrazione della Difesa, in particolare con il Reparto TEI (Telecomunicazioni Elettronica Informatica) dello Stato Maggiore della Difesa, ha gestito tutte le attività di preparazione all impiego del satellite tra le quali l evoluzione del sistema di logistica integrata, preparato dal consorzio SITAB, e la formazione del personale che dovrà operare con il sistema. Per la gestione della logistica integrata vengono forniti all A.D. vari strumenti di lavoro tecnologicamente avanzati, quali un software per la gestione del supporto logistico (Logistic Support Analysis), la documentazione elettronica (ipertestuale), un corso sempre in linea per gli operatori del Centro di Gestione e Controllo di Vigna di Valle e dei terminali (Computer Based Training - CBT) ed infine il controllo di configurazione tramite database relazionale manutenuto dall industria. Il secondo argomento, di vitale importanza riguarda l addestramento del personale. La necessità di un accurato e puntuale programma di addestramento ha un duplice obiettivo: di formare del personale atto ad operare nel campo delle comunicazioni satellitari di SICRAL, ognuno per la propria competenza; di addestrare degli istruttori che riportando il know-how acquisito nell ambito della F.A. di provenienza, assicureranno nel futuro la continuità operativa. Per perseguire questi Centro di Gestione e Controllo di Vigna di Valle S I S T E M A S I C R A L SEGMENTO SPAZIALE SEGMENTO DI TERRA SATELLITE CENTRO DI GESTIONE E CONTROLLO TERMINALI UTENTE Trasportabili EHF Trasportabili SHF Fissi SHF Navali SHF Manpack SHF Navali UHF Avionici UHF Veicolari UHF Manpack UHF Portabili UHF 8 tab.1
Il satellite in camera anecoica per le prove operative (foto di Alenia Spazio) 9
Vettore Ariane 4 10 obiettivi, sono state previste varie tipologie di corsi, da quelli manageriali riguardanti il personale ufficiali, a quelli dedicati agli operatori di terminale e del centro di gestione satellitare, senza peraltro trascurare la parte riguardante la manutenzione degli apparati. Il Satellite Il SICRAL è un satellite per telecomunicazioni che è stato lanciato con il vettore Ariane 4 della ditta francese Arianespace, ed è stato posto in orbita geostazionaria (altitudine di circa 36000 km sull equatore) in posizione 16.2 est. Il satellite è stabilizzato sui 3 assi con un errore di puntamento massimo di 0.2 N/S ed E/W. Il sistema di telecomunicazioni opera su tre bande di frequenza EHF, SHF e UHF, mentre per il sistema di telemetria e telecomando verrà utilizzata la banda EHF per le normali operazioni e la banda S per la fase di LEOP (Launch and Early Orbit Phase) e l emergenza. Nella tabella 2 sono riportate alcune caratteristiche del satellite. Massa al lancio Peso del carico utile Esigenze di energia c/u Produzione celle solari Propulsione Vita operativa prevista 2500 Kg 450 Kg 1500W, 900W in eclisse 3000W liquido bipropellente 10 anni tab.2 La struttura del satellite (la cosiddetta carrozza ) è stata ampiamente collaudata, in quanto ha già volato con i satelliti ITALSAT F1 ed ITALSAT F2. Questa ha la forma di un parallelepipedo, irrigidito internamente da una struttura cilindrica, sede del motore principale per la manovra orbitale di apogeo. Su due lati della struttura sono montati i pannelli solari, ripiegati durante la fase di lancio e dispiegati completamente quando il satellite sarà dislocato nella posizione orbitale assegnata. Detti pannelli, dimensionati per soddisfare le richieste dei vari sottosistemi forniranno l energia all intero satellite. Nei periodi in cui il satellite sarà in ombra per l interposizione della terra (equinozi e periodi dell anno adiacenti), l energia sarà fornita da pacchi batterie al nichelidrogeno che assicureranno i servizi vitali per lo spacecraft e, contestualmente, sarà attuato un risparmio energetico mediante lo spegnimento di alcuni sistemi di bordo. Il controllo del satellite è assicurato dal sottosistema di calcolo asservito dai sensori di presenza di sole, di presenza di terra e dagli stars tracker e laser-gyro. Essi vengono utilizzati per rilevare la posizione del satellite rispetto a dei riferimenti certi come la terra, il sole e le stelle fisse e, tramite i giroscopi laser ad altissima precisione, viene stabilito in quale assetto si trova il satellite.
Il sottosistema payload, (il passeggero dello spacecraft per analogia con i voli spaziali che trasportano esseri umani) è costituito dalle antenne montate sulla faccia che verrà orientata verso la terra (Top Floor) e dai transponders. Ai lati di tale faccia sono ubicate le antenne UHF costituite da patch array. Le altre antenne sono delle parabole che lavorano in banda EHF ed SHF, la cui peculiarità tecnologica è costituita dalla sagomatura del fascio tramite il controllo delle deformazioni introdotte sul riflettore, e dalla possibilità di TECNOLOGIA PROFILO DI MISSIONE Il Conto alla rovescia del lancio del vettore Ariane 4 tiene conto delle operazioni finali relative al lanciatore e al satellite. La sequenza sincronizzata, controllata dai computer del centro di controllo di terra di Ariane a Kourou, inizia 6 minuti prima del lancio e conclude il conto alla rovescia (h.0) FINESTRA DI LANCIO 19,28/20,28 ORA LOCALE ORE MIN SEC ATTIVITA - 14 30 00 Inizio del conto alla rovescia - 5 55 00 Inizio del ritiro della piattaforma di supporto del lanciatore - 3 35 00 Inizio delle operazioni di riempimento del 3 stadio con idrogeno e ossigeno liquido - 1 05 00 Attivazione della telemetria, dei trasponditori e del telecomando del lanciatore INIZIO SEQUENZA SINCRONIZZATA DI LANCIO - 6 00 Green Status per tutti i sistemi - 3 40 Satelliti alimentati in potenza interna - 1 00 Il lanciatore alimentato in potenza interna - 5 Comando di rilascio del sistema di ritrazione dei bracci criogeni 00 00 00 Accensione del 1 stadio e dei propulsori addizionali a propellente liquido 4,4 Lift off 16 Termine della fase verticale di ascensione 2 28 Separazione dei propulsori addizionali 3 32 Separazione del 1 stadio 3 35 Accensione del 2 stadio 4 02 Separazione dello scudo termico 5 44 Separazione del 2 stadio 5 48 Accensione del 3 stadio 6 30 Il lanciatore è acquisito da parte della stazione Natal 13 26 Il lanciatore è acquisito da parte della stazione dell Isola Ascension 18 06 Il lanciatore è acquisito dalla stazione di Libreville 19 16 Sequenza di spegnimento del 3 stadio 20 55 Separazione del satellite SICRAL 21 01 Riorientamento di Ariane per Skynet 4 25 53 Separazione del satellite Skynet 4 26 33 Inizio della manovra di allontanamento del 3 stadio 27 33 Prima acquisizione del SICRAL da parte di TELESPAZIO mediante la stazione di Malindi 30 43 Termine della missione Ariane 2 55 00 Apertura di un pannello solare nord 3 01 00 Apertura di un pannello solare sud 36 53 00 Inizio della prima accensione del motore di apogeo 37 30 00 Primo spegnimento del motore di apogeo 60 21 00 Inizio della seconda accensione del motore di apogeo 61 46 00 Secondo spegnimento del motore di apogeo 63 39 00 Apertura totale dei pannelli solari nord 63 49 00 Apertura totale dei pannelli solari sud 64 54 00 Accensione del carico utile 66 24 00 Apertura delle antenne del carico utile 81 21 00 Satellite SICRAL in orbita di deriva a 36000 km dalla terra selezionare fasci differenti tramite una rete programmabile (Beam Forming Network) che afferisce ad un sistema di 11 feed. Tali antenne sono inoltre dotate di un sistema meccanico di ripuntamento sull intero emisfero visibile. I trasponder integrati all interno della carrozza, hanno la funzione di ricevere la comunicazione (tratta di uplink), di trasporla di frequenza e quindi ritrasmetterla a terra (tratta di downlink). I normali satelliti per telecomunicazioni hanno i trasponders a bordo in numero ben definito, mentre SICRAL ha, tra le sue peculiarità, la possibilità di predisporre il trasponder in base alle coperture delle antenne, alla scelta della banda ed ai servizi richiesti. Questo fa di SICRAL un sistema ad alta flessibilità che garantirà i collegamenti tra i vari utenti fissi, mobili e ad elevata mobilità. Le operazioni per il controllo satellite Quando il satellite ha raggiunto la sua orbita a 36.000 km dalla terra, il Centro di Gestione e Controllo di Vigna di Valle ha iniziato ad operare per il suo mantenimento nella posizione assegnata (Station Keeping). Tutti i satelliti in orbita subiscono delle variazioni della posizione orbitale dovute all ambiente circostante, alla nonsfericità della terra, alla posizione della luna, agli effetti del vento solare etc. Uno 11
dei due compiti operativi del Centro è il controllo satellite. Per espletare questa attività, il personale militare e civile del Centro si alternerà, in turnazioni di 24 ore, in modo da soddisfare costantemente tutte le necessità connesse alla vita operativa del satellite. Le manovre correttive relative all orbita possono essere di due tipi: automatiche o programmate da terra. Le manovre correttive automatiche vengono comandate dal computer di bordo che in base allo stato del satellite calcola l entità delle reazioni da applicare per correggere l assetto dello spacecraft mediante Reaction Wheel e Reaction control Thruster (ruota di inerzia, e motorini di reazione). Il compito del personale di terra, per questo tipo di manovre, sarà puramente di controllo per quel che riguarda parametri di spinta e consumi di carburante. Nel secondo caso, le manovre comandate da terra sono relative alla correzione della deriva del satellite durante l arco temporale di un mese. Esse verranno pianificate volta per volta ed eseguite dopo aver effettuato i calcoli della spinta e dell effettiva direzione. Questo tipo di manovre sono abbastanza delicate, in quanto implicano l intervento umano, ma soprattutto perché eventuali errori causerebbero danni irreversibili alla vita del sistema (ad esempio un eccessivo consumo di carburante calcolato per una vita media di 10 anni). Per questo motivo il Centro per il controllo del satellite dispone di software molto sofisticati, compreso un 1) Immissione in orbita di trasferimento e separazione da Ariane 4 2) Apertura parziale dei pannelli solari 3) 1 sparo del motore di apogeo per immissione in orbita intermedia 4) 2 sparo del motore di apogeo per immissione in orbita circolare 5) Apertura totale pannelli solari 6) Apertura antenne di comunicazione in UHF 12
Satellite SICRAL simulatore satellitare di ultima generazione in tre dimensioni, per fornire al personale, opportunamente preparato, i mezzi per operare in sicurezza durante la fase di pianificazione della manovra. Ultimo compito è il monitoring dello stato di salute dei sottosistemi e le variazioni dei parametri in funzione delle condizioni ambientali, quali eclissi o tempeste elettromagnetiche. I servizi di telecomunicazioni Dopo questa breve panoramica sul sistema, passiamo ad esaminare la parte relativa alle telecomunicazioni. Come accennato in precedenza, il SICRAL dispone di tre bande operative per le comunicazioni. In relazione a ciò le reti che possono essere realizzate sono essenzialmente di tre tipologie: FDMA (Frequency Division Multiple Access) PAMA (Permanent Assigned Multiple Access) in banda EHF o SHF per collegamenti punto-punto; SCPC (Single Carrier Per Channel) DAMA (Demand Assignament Multiple Access) in banda EHF o SHF per collegamenti di tipo tattico; TDMA (Time Division Multiple Access) DAMA in banda UHF con possibilità dell utilizzo del feeder link delle bande EHF/SHF da parte dei terminali satellitari non in possesso dell UHF. Per espletare questo compito, il Centro di Gestione e Controllo, si avvarrà di un centro per la pianificazione delle risorse, e di un centro di controllo delle telecomunicazioni. I due organismi saranno resi operativi mediante la turnazione del personale nell arco 24 ore. Il personale preposto alla pianificazione delle risorse (Centro di Controllo della Missione), dovrà essere supportato dal personale di controllo di rete (Centro di Controllo di Rete) per ciò che riguarda la gestione del sistema di telecomunicazioni, e dal personale preposto al controllo satellite per quanto riguarda il governo del segmento spaziale. Questa attività di lavoro tra pianificatori e tecnici non si limita ad un semplice coordinamento in virtù del fatto che la parte innovativa e caratterizzante 13
del SICRAL è la possibilità di assegnare risorse diversificate per capacità di traffico, potenza telecomunicazioni terrestri in ponte radio la cui capacità è stabilità a priori), ma fortemente legata allo scenario operativo contingente. Questo implica l introduzione di una nuova variabile legata all impiego temporale di vari sottosistemi del satellite e del gateway di comunicazioni. L impiego operativo trasmessa dei terminali, posizione geografica e mobilità di questi ultimi. Questi elementi introducono un nuovo concetto di capacità totale di traffico del sistema di comunicazioni, non più legato a parametri di tipo infrastrutturale (come necessariamente è per sistemi di Per quel che riguarda l impiego operativo, non possiamo prescindere dalla tipologia di missione che deve compiere il SICRAL. Il sistema infatti è stato concepito per garantire le operazioni connesse con l attività di gestione delle crisi in aree dove le comunicazioni sono difficili da realizzare con i sistemi convenzionali, ed in particolare dove vengono svolte operazioni real world, (ivi compresi, peace keeping/enforcing, disaster relief, Search And Rescue). Quindi l impiego attuale di SICRAL consentirà di: supportare le esigenze di Comando, Controllo, Comunicazioni Computer ed Intelligence (C4I) degli SSMM e dei Comandi Operativi nazionali (COI, COMFOTER, CINCNAV, COFA) realizzando, ove necessario, l estensione fuori area della Rete Numerica Interforze (RNI); integrare gli esistenti sistemi di comunicazioni tattici per il comando e controllo dei mezzi mobili terrestri, navali ed aerei; costituire, entro il territorio nazionale, il supporto trasmissivo del Comando e Controllo dei Reparti impiegati in operazioni tipo disaster relief ; supportare, eventualmente le comunicazioni di Organizzazioni Multinazionali 14
LA MISSIONE (NATO, WEU, ecc.) o di Nazioni alleate Le citate Operazioni Militari, ovviamente, potranno svilupparsi in contesti eterogenei che vanno dall impiego in campo nazionale all impiego in campo NATO o multinazionale. Queste caratteristiche multipurpose implicano (insieme alla complessità intrinseca del sistema ed alla flessibilità che si prospetta nell impiego) la necessità di elaborare delle procedure operative intese a disciplinare sia l accesso ai servizi di SICRAL, sia le azioni da intraprendere in caso di interferenze. Queste procedure saranno sviluppate dal Centro Interforze di Gestione e Controllo di Vigna di Valle. Conclusioni I principali eventi dopo la separazione dal vettore Ariane 4 sono i seguenti: Apertura parziale dei pannelli solari: per permettere la carica delle batterie di bordo. L apertura è prevista dopo circa 3 ore dal lancio 1 sparo del motore di apogeo (LAEF1): il passaggio da orbita di trasferimento a orbita circolare avviene in due tempi mediante attivazione del motore di apogeo: il 1 sparo è previsto alla 4^ orbita di trasferimento dopo circa 37 ore dal lancio. La durata dell accensione è di 37 minuti L orbita di trasferimento su cui Ariane 4 lascia il satellite ha le seguenti caratteristiche: Perigeo 200 km Apogeo 37586 km Inclinazione 7 Velocità 1605 m/sec Con il primo sparo del motore il satellite viene immesso su un orbita intermedia con le seguenti caratteristiche: Perigeo 4615 km Apogeo 35786 km Inclinazione 4,2 Velocita 1990 m/sec 2 sparo del motore di apogeo (LAEF2): il 2 sparo è previsto alla 6^ orbita di trasferimento dopo circa 60 ore dal lancio. La durata dell accensione è di 86 minuti. Con il 2 sparo del motore il satellite viene immesso su un orbita circolare, ma non ancora geosincrona, con le seguenti caratteristiche: Perigeo e apogeo 35786 km Inclinazione 0,15 Velocità 3060 m/sec Apertura totale dei pannelli solari: i due pannelli solari vengono rilasciati completamente per permettere l alimentazione del satellite nella configurazione operativa. L apertura è prevista dopo circa 63 ore dal lancio Apertura delle antenne di comunicazione: le antenne UHF sono aperte dopo circa 65 ore dal lancio. Da tale momento il satellite viene posto nella configurazione operativa e iniziano le verifiche elettriche sui vari sottosistemi per la conferma della piena operatività Acquisizione del punto di stazione: dopo l apertura delle antenne di comunicazione e l accensione del carico utile, il satellite si trova su un orbita circolare, ma non ancora sincrona rispetto alla terra. In circa 15 giorni vengono effettuate un certo numero di manovre atte ad annullare l inclinazione dell orbita e portare il satellite alla posizione nominale operativa di 16,2 E. Dopo il programma di lancio dalla base del Kenya del Gen. Broglio con il progetto S. Marco, il volo nello spazio del T.Col. Cheli con lo Space Shuttle, con il SICRAL l A.D. continua a ribadire un forte interesse in campo spaziale, tanto da acquisire professionalità nel campo della gestione dei satelliti. Concludiamo dicendo che il notevole sforzo in termini di uomini e mezzi finanziari, nel portare a termine il progetto SICRAL, avrà sicuramente più di un ritorno. Per le F.A. ci sarà un incremento di operatività e la possibilità di aprire un nuova era in campo spaziale. Per l industria il ritorno di immagine a livello internazionale per ciò che riguarda il know-how acquisito nel campo delle telecomunicazioni spaziali ed in particolare nel settore militare. Quindi possiamo sicuramente affermare che SICRAL pone l Italia alla stregua dei maggiori Paesi industrializzati per quanto attiene alle nuove tecnologie nel campo satellitare, rappresentando un salto di qualità notevole per l intero sistema Paese. 15