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INNOVAZIONE – Thales Alenia Space Italy: lo Spazio al Servizio del Mare

Del 4 Agosto 2016

Thales Alenia Space Italy: lo Spazio al Servizio del Mare

Vantaggi delle sinergie tra i sistemi spaziali COSMO, Copernicus e future missioni di micro-satelliti per sorveglianza marittima e applicazioni di monitoraggio

logo Thales Alenia Space-Leonardo

Thales Alenia Space (TAS) è la più importante azienda europea per i sistemi spaziali. Questa è una joint venture tra la francese Thales e l’italiana Finmeccanica (Leonardo), due dei leader mondiali nel settore dell’alta tecnologia.

TAS è in grado di realizzare Sistemi, piattaforme, payload, sottosistemi ed equipaggiamenti spaziali per Satelliti di Telecomunicazioni, Osservazione, Navigazione e Scienza, per Veicoli di trasporto spaziali, per Elementi di Esplorazione dello spazio umani e robotici.

 

Sorveglianza marittima e monitoraggio dell’ambiente marino attraverso satelliti per l’Osservazione della Terra

I sistemi spaziali per l’Osservazione della Terra sono sempre più usati come fonte dati per l’erogazione di servizi in ambito marino. Negli ultimi anni sono stati progettati e sviluppati diversi sistemi per l’osservazione remota di aree marine e terrestri con diversi sensori.

Questo sviluppo è giustificato dalla particolare utilità nell’impiego di sensori spaziali per l’acquisizione di dati o immagini senza dover ricorrere a sensori in situ. Inoltre, i sistemi spaziali permettono di abbattere vincoli temporali e spaziali dovuti, ad esempio, alla necessità di acquisire periodicamente vaste aree in mare aperto con un’elevata accuratezza.

I sensori che possono essere utilizzati per l’Osservazione della Terra in ambito marino sono: sensori radar d’immagine (Synthetic Aperture Radar – SAR) a differenti bande e polarizzazioni, sensori ottici multi-spettrali, sensori nell’infrarosso o ultravioletto, radiometri, scatterometri e altimetri. Ognuno di questi strumenti permette di misurare determinate caratteristiche della zona osservata, spesso la complementarità tra i sensori è utilizzata per fondere i dati e ricavare informazioni a valore aggiunto.

Tra le applicazioni di sorveglianza marittima e monitoraggio dell’ambiente marino, risultano particolarmente supportate da sistemi spaziali le seguenti:

  • Monitoraggio imbarcazioni cooperanti e non cooperanti
  • Monitoraggio attività di pesca, legale ed illegale
  • Monitoraggio e previsione di condizioni metereologiche
  • Monitoraggio dei venti, delle correnti e delle maree
  • Monitoraggio emergenze naturali in ambiente marino
  • Monitoraggio aree costiere e qualità delle acque
  • Monitoraggio cambiamenti climatici

Vediamo una per una le caratteristiche di queste applicazioni marine utilizzanti sistemi spaziali.

 

Monitoraggio imbarcazioni cooperanti e non cooperanti

Le tecnologie satellitari per l’osservazione remota forniscono la possibilità di individuare vascelli e navi in mare aperto e negli oceani. I sistemi di osservazione sono talvolta accompagnati da capacità AIS per individuare e comunicare con le imbarcazioni cooperanti.

Al momento esistono svariati sistemi per il tracciamento di navi cooperanti (VMS, AIS, LRIT) al fine di fornire informazioni alle navi vicine o alle autorità costiere. Questo tipo d’informazione contiene dati sulla tipologia, posizione e rotta della nave.

La necessità di dover monitorare aree di mare eventualmente attraversate da navi non cooperanti, porta all’utilizzo di sistemi per l’osservazione che siano indipendenti da apparecchiature a bordo delle stesse.

Le immagini SAR acquisite dallo spazio sono generalmente utilizzate per individuare navi e per stimarne la velocità con tecniche Doppler o tramite interpretazione della scia. Inoltre, la capacità di sensori SAR di acquisire sia di notte che di giorno e senza dipendenza dalle condizioni meteo, fornisce un punto di forza per attività di monitoraggio che siano quasi permanenti sull’area interessata.

 

Monitoraggio attività di pesca, legale ed illegale

Negli ultimi anni l’industria della pesca è cresciuta così tanto da causare un impoverimento delle riserve mondiali. Il controllo delle attività di pesca è diventato una necessità al fine di assicurare il rispetto degli ecosistemi marini.

In questo contesto, l’osservazione remota è di notevole supporto nell’identificazione di zone adatte alla pesca e nella stima delle riserve ittiche. Immagini ad alta risoluzione acquisite sistematicamente con vari sensori sono essenziali al fine di poter derivare degli andamenti in grado di influenzare la crescita dei banchi di pesci.

Oltre al supporto e al monitoraggio degli ambienti di pesca, l’utilizzo di sensori per l’osservazione remota è di particolare utilità al fine di identificare attività di pesca illegale, come nel monitoraggio di imbarcazioni non cooperanti.

 

Monitoraggio e previsione di condizioni metereologiche

L’utilizzo di sistemi spaziali per il monitoraggio e la previsione delle condizioni meteo, affonda le sue radici negli ultimi decenni del secolo scorso.

A livello internazionale il WMO (World Meteorological Organization) coordina svariati programmi (spaziali e non) con lo scopo di sviluppare e mantenere una rete operativa di osservazione per il meteo ed il clima.

 

Monitoraggio dei venti, delle correnti e delle maree

Sistemi radar spaziali possono monitorare parametri come altezza e direzione delle onde, velocità del vento ed elevazione della superficie marina.

Lo studio delle maree e delle correnti è necessario per la comprensione dei flussi marini e della distribuzione del calore che potrebbe influenzare il clima del nostro pianeta. Le tecniche per la misurazione da spazio di questi fenomeni possono usufruire di misure altimetriche da satellite.

 

Monitoraggio emergenze naturali in ambiente marino

Ogni anno nei nostri mari avvengono migliaia di fughe di petrolio causate da incidenti e disastri naturali. A volte queste fughe sono volontarie per svuotare e lavare scafi in mare aperto, andando contro le norme ambientali. Fuoriuscite di petrolio danneggiano l’ambiente, devastano le risorse naturali, il benessere pubblico e l’economia.

Per mitigare questo fenomeno e poter gestire con efficacia eventi naturali e disastri, l’utilizzo di misurazioni spaziali si mostra ancora una volta adatto al compito richiesto.

 

Monitoraggio aree costiere e qualità delle acque

Il monitoraggio dell’ambiente costiero marino e terrestre è alla base dell’economia del turismo, del trasporto e della pesca. Misurazioni qualitative e quantitative sulle acque delle aree costiere sono generalmente realizzate con campioni di acqua prelevati in loco, spesso legate a ritardi per i vincoli su tempi e costi associati a questo processo.

I parametri misurabili con sensori imbarcati su satelliti sono:

  • Concentrazione di clorofilla in μg/l
  • Trasparenza o torbidità
  • Concentrazione di sedimenti in μg/l
  • Monitoraggio della proliferazione delle alghe
  • Temperatura della superficie marina in K

 

Monitoraggio cambiamenti climatici

L’importanza di comprendere fenomeni su scala locale e globale è sempre stata chiara. Il legame che esiste tra i fenomeni misurati ed i cambiamenti climatici è così stretto da rendere necessario l’impiego di sensori spaziali in grado di controllare vaste aree.

Esempi di applicazioni dirette sono il monitoraggio dei ghiacci e degli iceberg, monitoraggio dell’inquinamento marino, monitoraggio del ciclo termico e previsioni meteorologiche e marine.

 

Cosmo SkyMed

COSMO-SkyMed (Constellation of small Satellites for Mediterranean basin Observation), CSK, è il più grande investimento italiano in Sistemi Spaziali per l’Osservazione della Terra commissionato e finanziato dall’Agenzia Spaziale Italiana (ASI) e il Ministero della Difesa (MoD), concepito “dalla nascita” come un Sistema end-to-end di Osservazione della Terra ad uso duale (civili e difesa) con lo scopo di creare un servizio globale in grado di fornire dati, prodotti e servizi con prestazioni in linea agli standard internazionali e di rilievo per un grande ventaglio di applicazioni, come Gestione dei Rischi, Applicazioni Scientifiche e Commerciali e Applicazioni di Difesa/Intelligence.

Il sistema è formato da una costellazione di quattro satelliti di medie dimensioni in orbita LEO (Low Earth Orbit), che trasportano a bordo un sensore SAR (Synthetic Aperture Radar) di tipo multi-modo e ad alta risoluzione, operante in banda X. Il sistema COSMO-SkyMed sarà seguito ed integrato con il sistema COSMO Seconda Generazione, CSG, comprendente due satelliti sulla medesima orbita, che incrementeranno le performance della missione.

 

Il sistema è completato da infrastrutture dedicate di Terra per la gestione della costellazione e per garantire servizi ad-hoc di raccolta, archiviazione e distribuzione dei dati di telerilevamento acquisiti.

La Missione COSMO-SkyMed offre oggi una risposta efficiente alle attuali esigenze del mercato di Osservazione della Terra, fornendo uno strumento caratterizzato da copertura globale, indipendente da condizioni meteorologiche, in grado di acquisire giorno e notte una grande quantità d’immagini, ad alta risoluzione e grande accuratezza, con alta qualità d’immagine, rapidi tempi di rivisita/risposta, con capacità di tipo interferometrico/polarimetrico e con facili e veloci procedure per ordinare e consegnare dati, prodotti e servizi.

La costellazione è in orbita nella configurazione completa dal 2010, mentre il primo satellite è in orbita dal 2007.

Il sistema COSMO di acquisizione immagini radar in banda X si è dimostrato di notevole utilità e spesso indispensabile per applicazioni come il monitoraggio del traffico marittimo, la salvaguardia delle riserve protette e il monitoraggio di emergenze naturali in ambiente marino.

 

Copernicus

Il programma europeo per l’osservazione Copernicus, precedentemente noto come GMES (Global Monitoring for Environment and Security), consiste in un complesso gruppo di sistemi che raccolgono dati da diverse fonti: satelliti per l’osservazione della Terra (Sentinel) e sensori in situ. Copernicus processa i dati per fornire agli utenti informazioni affidabili e aggiornate attraverso un gruppo di servizi legati a problematiche ambientali e di sicurezza.

Le sei aree tematiche indirizzate dai servizi di Copernicus riguardano: terra, mare, atmosfera, cambiamento climatico, gestione emergenze e sicurezza.

Il programma Copernicus è coordinato e gestito dalla Commissione Europea. Lo sviluppo delle infrastrutture per l’osservazione è svolto dall’ESA (European Space Agency) per quanto riguarda la componente spaziale, mentre l’European Environment Agency e gli Stati Membri si occupano di componenti in situ.

Con il lancio nel 2014 del primo satellite, Sentinel-1A, l’Unione Europea ha inaugurato la messa in orbita di una costellazione di poco più di una dozzina di satelliti nel corso dei prossimi dieci anni.

Sentinel-1 è attualmente operante con una costellazione di 2 satelliti, Sentinel-1A e Sentinel-1B, che verrà estesa a 4, condividenti lo stesso piano orbitale.

La missione Sentinel-1, sviluppata da un team industriale guidato da Thales Alenia Space Italia, permetterà lo sviluppo di nuove applicazioni, seguendo le necessità sempre in evoluzione del programma Copernicus, come ad esempio nell’area del cambiamento climatico e monitoraggio associato.

I modi operativi comprendono immagini con risoluzione di qualche metro e dimensione sotto i cento kilometri fino ad altre con risoluzione di qualche decina di metri e dimensione di circa quattrocento kilometri.

La diffusione dei dati raccolti dalla missione radar Sentinel-1, uniti con quelli provenienti dalla missione ottica Sentinel-2 e dai sensori di Sentinel-3, sta dimostrando la notevole capacità proveniente dall’integrazione di questi dati in diversi ambiti.

Il settore marino, con tutte le applicazioni che lo popolano, sta sempre più beneficiando dei dati raccolti da spazio con le missioni Sentinel, le principali applicazioni supportate sono: monitoraggio dei venti e delle correnti, monitoraggio rotte navali (iceberg, venti, correnti, etc.), supporto alla navigazione, monitoraggio delle emergenze naturali in ambiente marino, studio della qualità delle acque e monitoraggio dei cambiamenti climatici.

 

Il sistema integrato di osservazione con micro-satelliti

Un ulteriore sviluppo ed una naturale evoluzione dell’attuale programma italiano Cosmo SkyMed e dell’europeo Copernicus, è il sistema IMMEOS (Italian Mini/Micro-satellites for Earth Observation Services) per l’osservazione della Terra, focalizzato su Italia e Mediterraneo che Thales Alenia Space Italia propone di sviluppare.

IMMEOS potrebbe diventare parte integrante del sistema Copernicus, fornendogli una missione dedicata al monitoraggio con alta frequenza del sud Europa e del Mediterraneo.

Le missioni presenti in IMMEOS hanno come scopo quello di fornire un servizio complementare a quello già esistente. In particolare, l’adozione di tecnologie che permettono lo sviluppo di mini/micro-satelliti, rende possibile la realizzazione di costellazioni numerose permettendo un’osservazione quasi continua dell’area di interesse, abbattendo i vincoli in tempi di accesso e produzione del servizio che sono propri degli altri sistemi. Inoltre, l’adozione di sensori differenti come sensori multi-spettrali, all’infrarosso termico, radar ad apertura sintetica attivo/passivo ed AIS consente, in un unico sistema integrato, di sviluppare prodotti ed erogare servizi a valore aggiunto di interesse nazionale. Questa eterogeneità di informazione prodotta dai vari sensori rappresenta un punto di forza di questa missione per osservazione della Terra, rendendola unica nel settore.

L’utilizzo di questa costellazione sarà permesso agli enti statali, regionali e locali che avranno bisogno dei vari servizi.

Il sistema IMMEOS abbraccerà vari servizi appartenenti a differenti domini applicativi tra cui il monitoraggio di infrastrutture critiche, il controllo idrogeologico del territorio, la gestione delle risorse naturali, la pianificazione sostenibile del territorio, il supporto alle attività agricole e di pesca sostenibile, il controllo frontaliero, il monitoraggio di rischi naturali e la gestione di emergenze.

In particolare, il futuro sistema integrato di micro-satelliti sarà in grado di fornire servizi a valore aggiunto per tutta l’area del Mediterraneo nelle applicazioni marittime di monitoraggio imbarcazioni cooperanti e non cooperanti, monitoraggio attività di pesca, salvaguardia riserve protette, monitoraggio e previsione di condizioni metereologiche, monitoraggio dei venti e delle correnti, monitoraggio rotte navali, monitoraggio emergenze naturali in ambiente marino e studio della qualità delle acque.