Come l’osservazione dello Spazio aiuta a proteggere il Pianeta

Tracciare e analizzare gli oggetti presenti nello Spazio, attraverso strumenti posizionati a Terra e tramite assetti spaziali in orbita. È l’obiettivo della Space Situational Awareness (SSA), che si focalizza sull'osservazione e comprensione degli oggetti spaziali, soprattutto in orbita bassa (Low Earth Orbit), quella maggiormente sovraffollata.

Le attività legate alla Space Situational Awareness includono il tracciamento degli oggetti, la caratterizzazione delle minacce e l’analisi dei dati raccolti. L’utilizzo di sistemi di Space Surveillance and Tracking (SST) consente alla SSA di rappresentare il fattore abilitante cruciale per raggiungere una efficace Space Domain Awareness (SDA), concetto di derivazione principalmente militare che indica la consapevolezza complessiva di tutto ciò che avviene nello Spazio.

In ambito civile, la SSA si concentra principalmente sulla gestione delle cosiddette minacce non intenzionali, gli space debris, cioè i detriti spaziali che orbitano intorno alla Terra. Questi possono includere frammenti di satelliti, componenti di razzi – dette stadi – originatisi in seguito a collisioni o a esplosioni (fragmentation), e satelliti non operativi o dismessi, che possono a loro volta causare collisioni con satelliti ancora operativi. Senza dimenticare gli effetti dello space weather, come i brillamenti solari (flare), che possono influenzare l’ambiente spaziale e le operazioni a esso collegate. Il ruolo dei sistemi di SST applicati agli scenari civili è quello di sorvegliare e tracciare tali oggetti, senza necessità di identificarli, al fine di prevenire le collisioni e di garantire il funzionamento sicuro e continuo delle infrastrutture spaziali.

In questo contesto, Telespazio sta sviluppando per conto dell’Agenzia Spaziale Italiana un’innovativa Infrastruttura Hardware e Software (IHS), presso il Centro di Geodesia Spaziale di Matera, per il processamento di dati SSA e l’erogazione di servizi di Space Traffic Management. Il sistema sarà in grado di erogare servizi di allerta in caso di possibile collisione tra satelliti (collision avoidance), avvenuta frammentazione in orbita e rientri in atmosfera, oltre a servizi innovativi a supporto di campagne operative di In-Orbit Servicing e per manovre evasive in caso di collisione (Collision Avoidance Manouvre). IHS interfaccerà i sensori dell’ASI installati a Matera già impiegati nell’ambito della sorveglianza spaziale, come il telescopio Spade e il laser MLRO (Matera Laser Ranging Observatory), e la futura rete di sensori, che include i telescopi Flyeye e la stazione osservativa Space Debris Laser-Ranging.

Dal punto di vista militare, la Space Situational Awareness è chiamata ad affrontare minacce intenzionali provenienti da attori ostili. Si tratta di satelliti spia, missili antisatellite e attacchi cyber o elettronici, il cui obiettivo è distruggere i sistemi e le infrastrutture spaziali o interferire con essi. Oltre a tracciare gli oggetti, è in questi casi necessario anche identificarli, riconoscerli e valutarne il potenziale di pericolo. La protezione degli asset spaziali da queste minacce è cruciale per la sicurezza nazionale e per il corretto svolgimento delle operazioni militari.
 

Dalla Terra allo Spazio

Il cuore delle attività di Space Domain Awareness e Space Situational Awareness risiede nei sistemi di Comando e Controllo (C2) i quali, anche grazie ad algoritmi di intelligenza artificiale (AI), elaborano e analizzano i dati provenienti da sensori sofisticati fornendo una visione integrata e in tempo reale delle attività spaziali.

In questo contesto, Leonardo ha sviluppato l'Italian SST Operations Center (ISOC), situato presso il Comando Operazioni Aerospaziali (COA) di Poggio Renatico (FE). Si tratta di un centro operativo che coordina l'impiego dei vari sensori nazionali per monitorare lo Spazio, al fine di ottenere una solida Recognized Space Picture (RSP), contribuendo all'identificazione degli oggetti in orbita e alla previsione delle collisioni.

L’attività dei sistemi C2, che consentono di processare, lavorare e trasformare i dati grezzi in informazioni utili, è integrata da quella dei sensori, necessari all’acquisizione, in prima istanza, dei dati stessi. Le diverse tipologie di sensori prodotte da Leonardo – radar, telescopi ottici, sensori ottici e infrarossi, LIDAR (Light Detection and Ranging) – sono cruciali per il tracciamento degli oggetti e la raccolta di dati spaziali, oltre che per ridurre la dipendenza da fonti terze, come i Paesi stranieri.

Con questo obiettivo, nel dicembre del 2023, Leonardo e il Ministero della Difesa italiano hanno firmato un contratto per la produzione di un innovativo radar multifunzione AESA (Active Electronically Scanned Antenna), progettato per la sorveglianza e la difesa contro minacce balistiche, che da terra permette di effettuare l’osservazione dello Spazio e il tracciamento degli oggetti. Si tratta di un radar di derivazione navale basato sul KRONOS Power Shield. Quest’ultimo radar, parte della famiglia KRONOS, si caratterizza per un'antenna completamente digitale alimentata da una tecnologia già collaudata nei radar multifunzione AESA in servizio. Il KRONOS Power Shield costituisce il singolo elemento della nuova architettura, composta da “mini-radar” che vengono integrati tra loro dando vita a un pannello delle dimensioni di circa 200 mq. Il radar multifunzione AESA, che raggiunge l’orbita LEO, ha la possibilità di generare una quantità di dati molto elevata. L’obiettivo del nuovo strumento è creare un “catalogo” di oggetti per fare in modo che anche l’Italia possa disporre a livello Paese della capacità di generare dati, attualmente provenienti da altri cataloghi o, in misura minore, da sensori dotati di funzionalità più limitate.

Dallo Spazio allo Spazio

Se, al momento, la maggior parte dei sensori per la sorveglianza e la sicurezza spaziale sono basati a terra, la sfida per il futuro è quella di trasferire e integrare tali tecnologie su assetti Space-based, garantendo e aumentando le capacità di osservazione direttamente dallo Spazio. Attraverso Thales Alenia Space, Leonardo sviluppa e gestisce satelliti equipaggiati con sensori avanzati per l'osservazione e il tracciamento degli oggetti spaziali. Questi satelliti possono essere equipaggiati con sistemi Space-born, come radar, sensori ottici, infrarossi e LIDAR, utilizzati per tracciare la posizione e il movimento di altri satelliti, nonché per monitorare il comportamento dei detriti spaziali direttamente dallo Spazio.

In questo contesto nasce il progetto europeo EMISSARY (European Military Integrated Space Situational Awareness and Recognition capabilitY), guidato da Leonardo e finanziato nell'ambito dell'European Defence Fund. Coinvolgendo 28 partner industriali, 12 piccole e medie imprese, cinque università ed enti di ricerca provenienti da 13 Paesi europei, mira a potenziare la sorveglianza del dominio spaziale a livello europeo. L’obiettivo è sviluppare una rete di sensori (radiofrequenza e ottici) e un sistema di Comando e Controllo per supportare operazioni multi-dominio. Lo sviluppo dei sensori, basati a terra e nello Spazio, consentirà di rilevare, tracciare, identificare e caratterizzare oggetti spaziali nelle orbite LEO, MEO e GEO.
 

Quale futuro per la Space Domain Awareness?

La gestione e l'elaborazione dei dati, attraverso strumenti dalle capacità di processamento avanzato, sono aspetti essenziali per una SDA completa ed efficace. Ecco perché tecnologie disruptive come il super-calcolo, il cloud-computing e l’intelligenza artificiale svolgono un ruolo decisivo per migliorare la qualità e la rapidità di veicolazione delle informazioni generate dai dati spaziali.

Su queste premesse si basa il progetto Military Space Cloud Architecture (MILSCA), assegnato a Leonardo da TELEDIFE nel febbraio 2024 nell’ambito del Piano Nazionale della Ricerca Militare (PNRM). L’obiettivo è creare un’architettura cloud che fornisca alle istituzioni governative e alle Forze Armate nazionali capacità di calcolo e memorizzazione ad alte prestazioni direttamente nello Spazio, mediante l’integrazione di supercomputer, AI e cloud in una costellazione di satelliti orbitanti intorno alla Terra e progettati per essere cyber-secure-by-design. Un vero e proprio Space Cloud, in grado di immagazzinare oltre 100 terabyte di dati generati sulla Terra e nello Spazio a bordo di ogni satellite della costellazione. Capace, inoltre, di effettuare elaborazioni con una potenza superiore a 250 TFLOPS (250 mila miliardi di operazioni al secondo) a singola precisione, utilizzando avanzati algoritmi basati su intelligenza artificiale, machine learning e big data, comunicando e scambiando autonomamente i dati con gli altri satelliti.

La presenza di un sistema di archivio sicuro e di processamento dati nello Spazio garantirà agli utenti accesso a elementi strategici – non solo Space Situational Awareness, ma anche comunicazione, osservazione della Terra, navigazione – ovunque e in qualsiasi momento, anche nei luoghi più remoti, riducendo significativamente i tempi di elaborazione dei dati, che saranno processati direttamente in orbita, e fornendo informazioni in tempo reale.

Il progetto, guidato da Leonardo con la partecipazione di Telespazio e Thales Alenia Space, avrà una durata di 24 mesi. La prima fase riguarderà la definizione dell’architettura del sistema, mentre la seconda culminerà con la realizzazione di un gemello digitale del satellite con l’High Performance Computing (HPC) davinci-1 insieme al dimostratore del terminale satellitare multi-costellazione, che verranno impiegati per simulare, in un ambiente digitale, i diversi scenari di applicazione. Questi test precederanno una fase sperimentale successiva che, se confermata, porterà al dispiegamento di una costellazione di satelliti dimostrativi in orbita.