Detriti spaziali: combinare dati radar e ottici per individuarli meglio

Realizzare un software in grado di combinare dati radar e ottici per acquisire informazioni più accurate sui detriti spaziali in orbita terrestre. Il tutto con l’obiettivo di prevedere eventuali collisioni con le infrastrutture in orbita e sulla Terra. È questo il perno attorno a cui ruota il progetto “Sviluppo di una piattaforma di Multi Sensor Data Fusion per monitoraggio e tracking di detriti spaziali”, un’iniziativa finanziata da Sardegna Ricerche e condotta, in collaborazione, dall’impresa sarda Nurjana Technologies e dal Dipartimento di Ingegneria Elettrica ed Elettronica (DIEE) dell’Università di Cagliari. In particolare, i ricercatori dell’ateneo sardo si occuperanno dello sviluppo di sistemi RADAR per il monitoraggio dei detriti e della correlazione dei dati ottenuti con le informazioni rilevate da telescopi ottici.

Insieme al Professor Giorgio Montisci, del Dipartimento di Ingegneria Elettrica ed Elettronica dell’Università di Cagliari, abbiamo approfondito alcuni aspetti del progetto.

Quali sono gli obiettivi del progetto?

Gli obiettivi comuni del progetto possono essere riassunti nella ricerca di una nuova capacità di “Space Situation Awareness”, basata sull’elaborazione avanzata di dati acquisiti mediante sensori RADAR e Ottici. In particolare, saranno monitorati i detriti spaziali presenti nell’orbita terrestre bassa, una zona che si chiama LEO (Low Earth orbit), dove solitamente per le rilevazioni vengono utilizzati i sistemi RADAR. Il progetto si compone di due parti: una di competenza prioritaria del DIEE, che riguarda l’acquisizione di dati RADAR, e una di competenza di Nurjana, che si occuperà del dimensionamento di opportuni sensori ottici e dello sviluppo di tecniche innovative di elaborazione che consentiranno, attraverso la combinazione dei dati RADAR e ottici, di ottenere dati più accurati sulla localizzazione dei detriti e sulla predizione orbitale. Il focus è quindi la fusione di dati ottici e radar che si può realizzare nella Low Earth Orbit. In questo senso, quindi, l’obiettivo del progetto è la valutazione delle performance di questo algoritmo di fusione di dati. 

Può darci qualche dettaglio in più sul significato del processo di fusione dei dati?

Per fusione si intende la capacità di miscelare dati che hanno origine diversa (nel nostro caso RADAR e ottici) per ottenere un contenuto informativo maggiore rispetto all’acquisizione di un singolo sensore. È un processo tutt’altro che banale su cui Nurjana Technologies ha competenze specifiche, che parte dalla capacità di modellare i fenomeni fisici di interesse e si sviluppa attraverso la progettazione di una rete di sensori capaci di misure coordinate.

Quali saranno le strumentazioni che utilizzerete?

Nell’ambito del progetto, e in accordo con quanto detto prima, Nurjana Technologies utilizzerà un telescopio ottico capace di integrarsi con un sistema di acquisizione RADAR. A tal proposito il nostro gruppo di ricerca attualmente si sta occupando del progetto del sistema ricevente di un RADAR bistatico. Per quanto riguarda la trasmittente del RADAR il sistema sarà dimensionato per ricevere in modo “pulito” le riflessioni delle onde trasmesse da sistemi trasmittenti distribuiti e operanti autonomamente, come, ad esempio, una trasmittente che già esiste in Francia e si chiama ‘GRAVES’, o altri sistemi disponibili. 

Il contenuto innovativo del progetto sarà la capacità di integrare i dati RADAR con quelli ottici in una piattaforma software che implementa gli algoritmi di fusione e che verrà messa a punto da Nurjana Technologies. Saranno le prove sperimentali a dirci quanto saranno funzionali il progetto del nostro ricevitore RADAR e il sistema integrato da Nurjana Technologies.

Quali sono i rischi legati alla presenza di questi detriti nello spazio?

Se non si hanno dati precisi sull’orbita dei detriti e, ad esempio, viene mandato in orbita un nuovo satellite, si potrebbero verificare delle collisioni che potrebbero portare alla completa distruzione del satellite. Pensiamo, solo per fare un esempio, che un frammento del diametro di un centimetro che viaggia a 10 km al secondo (velocità tipica di un detrito in orbita LEO) può avere l’effetto di un’esplosione di una granata. Un frammento di qualche centimetro potrebbe distruggere un satellite, e questo, oltre al danno economico, avrebbe a sua volta l’effetto di generare ulteriori detriti.

Tra i primi risultati del progetto c’è l’osservazione e la stima dell’orbita, tramite un telescopio ottico, della stazione spaziale cinese TIANGONG1. Come è stato ottenuto?

La stazione spaziale è stata osservata costantemente. Non è stato difficile vederla, è bastato avere un telescopio potente, il problema era puntarla con precisione mediante un algoritmo che ci dicesse dove si trovava in un determinato momento. Quello che è stato ottenuto è un risultato iniziale: attraverso un software di puntamento è stato possibile identificare la posizione della stazione spaziale cinese e fotografarla. Questo risultato ci consente di dire che l’algoritmo di puntamento usato è preciso e lascia ben sperare per le successive rilevazioni sia ottiche che radar che, come detto, potranno contribuire ad una determinazione orbitale piu’ accurata.

Quali ricadute economiche legate alle applicazioni tecnico-scientifiche, commerciali e di protezione civile sono attese in base ai risultati ottenuti dal progetto?

Il nostro contributo nella progettazione e sperimentazione di sistemi RADAR consentirà a Nurjana Technologies di poter valutare l’integrazione dei dati provenienti dai sensori RADAR con quelli provenienti da altre tipologie di sensori e di sviluppare una capacità di elaborazione avanzata di Multi Sensor Data Fusion. L’obiettivo di Nurjana è, infatti, la realizzazione di una piattaforma che potrà essere il cuore di un centro di supervisione e controllo per la gestione delle varie fasi di attività, che si collocano nella cosiddetta “space economy”: dalla fase di pianificazione delle missioni, alla predizione delle possibili collisioni o per attività di deorbiting. Naturalmente si tratta di un target di nicchia, ma in generale penso che sia molto importante identificare l’orbita di questi detriti, anche per capire con precisione quando cadranno sulla terra. 

Questo progetto dimostra come la collaborazione tra ricerca scientifica, in particolare la ricerca industriale e sperimentale, se ben integrata con le competenze e le strategie industriali, possa innescare un processo virtuoso tra organismi di ricerca e impresa.