Expo 2015 è iniziato il 1 Maggio. Grazie alla manifestazione, sono stati portati in primo piano temi importanti per il nostro pianeta. In questo “speciale” della rubrica sullo spazio analizziamo come i satelliti possono dare un importante contributo all’agricoltura e all’analisi del cambiamento climatico
PERCHÉ I SATELLITI? – L’uomo ha sempre cercato di posizionarsi più in alto possibile per avere una migliore visione d’insieme di un contesto territoriale/geografico. Ciò è valido sia per il campo di battaglia sia per questioni meno bellicose, ma in ogni caso molto importanti, come la distribuzione e posizione dei terreni agricoli o le previsioni meteorologiche basiche (ad esempio, più in alto si va più è possibile osservare in anticipo un eventuale temporale in arrivo). I satelliti in orbita terrestre portano all’estremo il concetto di “altezza”, rendendo possibile un’osservazione accurata quanto più ampia possibile. Inoltre, gli strumenti a bordo possono, se necessario, “scendere nel dettaglio” per l’analisi di aree più delimitate. Le macro tipologie di orbite sono tre:
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· Orbita terrestre bassa (Low Earth Orbit – LEO), da 120 a 2000 km;
· Orbita terrestre media (Medium Earth Orbit – MEO), da 2000 a 35.786 km;
· Orbita terrestre geostazionaria (Geostationary Orbit – GEO) 36.000 km circa.[/box]
In base alle leggi fisiche di moto orbitale, più è bassa un’orbita di un oggetto più questo sarà “veloce” rispetto al suolo e i dati avranno maggiori dettagli. In questo caso, per monitorare aree determinate è necessaria una costellazione (più satelliti), in modo da garantire più passaggi al giorno e avere una maggiore quantità di dati. Nella GEO il moto orbitale del satellite è sincrono con quello della rotazione terrestre, perciò la piattaforma spaziale sarà “fissa” rispetto al terreno. In questo caso, basta un solo satellite per coprire circa un terzo della superficie terrestre, a scapito però del livello di dettaglio.
Fig. 1 – Immagine satellitare ottenuta tramite il radar ad apertura sintentica (SAR)
AGRICOLTURA – I satelliti possono fornire al settore agricolo diversi tipi di servizi. Tramite immagini dallo spazio è possibile evidenziare aree problematiche, in modo tale da avviare ulteriori analisi sul terreno. Inoltre, è possibile comparare i dati presi anno per anno per studiare eventuali trend e, tramite la combinazione di immagini e modelli agronomici, si possono ottenere previsioni piuttosto accurate dei rendimenti dei terreni analizzati. In caso di anomalie o variazioni degli andamenti, i dati satellitari possono contribuire alla formulazione di previsioni su eventuali variazioni dei prezzi dei generi alimentari. L’osservazione dallo spazio può essere utilizzata anche per la gestione delle risorse idriche e per preparare piani d’irrigazione.
Il monitoraggio per l’agricoltura è basato su una combinazione di immagini satellitari, dati meteorologici modelli agro-meteorologici e biofisici e, infine, modelli statistici.
Un ulteriore contributo all’agricoltura è fornito dai satelliti per la navigazione e il posizionamento globale. Dietro questa definizione altisonante, si nasconde una costellazione di satelliti ormai entrati nel linguaggio comune: il sistema GPS (Global Positioning System – Sistema di posizionamento globale) Navstar. Situati in MEO (a circa 20.000 chilometri di altitudine), questi satelliti, oltre ai servizi maggiormente noti come la guida e navigazione (civile e militare), possono contribuire all’agricoltura di precisione, ad esempio per la guida di macchinari agricoli o per verificare la posizione dei prelievi dal terreno a scopo di analisi nel caso si desideri ripeterli o evitare di effettuare un ulteriore prelievo nello stesso punto.
Fig. 2 – Lancio di una coppia di satelliti Galileo con un vettore Sotuz
CAMBIAMENTO CLIMATICO – I satelliti sono le principali fonti dei dati sul cambiamento climatico. Fonte primaria sono le piattaforme di tipo meteorologico, posizionati in GEO per avere un quadro più ampio possibile delle variazioni di temperatura e del movimento di flussi d’aria e delle perturbazioni. A quote più basse, solitamente in LEO sotto gli 800 chilometri, operano invece i satelliti lanciati appositamente per la misurazione dei cambiamenti nella composizione dell’atmosfera terrestre, i quali vengono poi divisi tra quelli provocati dalla mano dell’uomo e quelli risultato della normale attività del nostro pianeta.
IL CONTRIBUTO EUROPEO – L’Unione Europea e l’Agenzia Spaziale Europea (European Space Agency – ESA) hanno avviato due programmi spaziali distinti: uno per l’osservazione della Terra denominato Copernicus (in precedenza GMES, Global Monitoring for Environment and Security – Monitoraggio globale per l’ambiente e la sicurezza) e uno per la navigazione e posizionamento globale denominato Galileo. Entrambi i programmi sono gestiti dall’ESA per quanto concerne la costruzione, il lancio e il controllo dei satelliti in orbita. L’erogazione dei servizi è invece a carico dell’Unione Europea. Copernicus ha tre diverse componenti: i satelliti della serie Sentinel, i satelliti nazionali che contribuiscono al programma (le cosiddette Contributing Missions) e le infrastrutture di ricezione dei dati a terra (gestite dai Paesi membri). La piena operatività del Copernicus è prevista per la fine del decennio.
Il programma Galileo si pone come obiettivo di rendere l’Europa indipendente per quanto concerne i servizi di navigazione e posizionamento globale. L’ESA e l’UE prevedono la messa in orbita di 30 satelliti entro il 2020 anno in cui è prevista la piena operatività. La Commissione Europea (organo UE a cui è demandata la gestione dei programmi spaziali) aveva previsto (probabilmente con eccessivo ottimismo) la capacità operativa iniziale per il 2014. Ad oggi in orbita ci sono otto satelliti, non ancora sufficienti a garantirla.
Fig. 3 – Il pianeta Terra visto dall’orbita geostazionaria
IL CONTRIBUTO ITALIANO – L’Italia si è guadagnata una posizione di tutto rispetto nell’ambito dei satelliti per l’osservazione della Terra grazie al programma COSMO-SkyMed. Il sistema si compone di quattro satelliti in orbita bassa polare e di infrastrutture a terra. Per l’osservazione viene usato il radar ad apertura sintetica (Synthetic Aperture Radar – SAR), in grado di fornire un alto livello di dettagli in qualsiasi situazione di luce (giorno o notte) e in quasi tutte le situazioni meteorologiche (la pioggia battente potrebbe causare interferenze e diminuire la qualità dell’immagine). COSMO-SkyMed è stato spesso indicato come un programma militare. In realtà è ad uso duale, ossia civile/militare a seconda delle esigenze (la Difesa ha l’accesso prioritario ai dati e proprie infrastrutture di ricezione). I dati del sistema possono essere usati per il controllo delle risorse agricole e forestali e per l’analisi dello stato dei mari. COSMO-SkyMed fa parte delle Copernicus Contributing Missions.
Emiliano Battisti
[box type=”shadow” align=”aligncenter” class=”” width=””]Un chicco in più –
Orbita bassa polare: si tratta di un particolare tipo di LEO dove il satellite compie un’orbita attorno alla Terra passando per i due poli. Questo permette al satellite di poter monitorare, teoricamente, l’intera superficie terrestre nell’arco di 24 ore grazie alla rotazione terrestre.
Radar ad apertura sintetica: il sistema usa onde elettromagnetiche che riflesse dall’oggetto o dall’area da analizzare consentono di elaborare un’immagine in bianco e nero. Ogni materiale ha un diverso grado di riflessione radar, perciò grazie al SAR è possibile determinare anche la composizione dell’oggetto o del terreno osservati.
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Foto: ESA_events
