L’elaborazione orbitale aiuta i piccoli satelliti a fornire grandi quantità di dati
Man mano che il numero di satelliti in orbita che osservano il nostro pianeta continua a crescere, aumenta anche la quantità di dati che generano; trasmettere questi dati a terra, tuttavia, è un compito complesso. Il downlink dal satellite alla Terra rappresenta un collo di bottiglia, a causa delle limitazioni nella larghezza di banda delle frequenze radio. Il numero di stazioni di terra disponibili per la ricezione dei dati è contenuto e, laddove esistono, sono in grado di connettersi con i satelliti solo nel momento in cui essi passano sopra di esse. Anche il costo rappresenta un problema rilevante, poiché l’installazione di una nuova stazione di terra è proibitiva per le missioni basate su piccoli satelliti, il che frena la crescita dell’ecosistema dei servizi spaziali.
Ridurre i file, ampliare la copertura
Una soluzione a questo problema consiste nel ridurre la quantità di dati da scaricare. «L’idea alla base di SOPHOS è quella di consentire una maggiore elaborazione direttamente nello spazio», spiega Maike Taddiken, project manager presso DSI Aerospace(si apre in una nuova finestra) e coordinatrice del progetto SOPHOS. Nell’ambito di SOPHOS, un consorzio di partner industriali e accademici europei guidato da DSI Aerospace ha progettato e sviluppato nuove tecnologie che eseguono la compressione dei dati e la formazione delle immagini a bordo dei satelliti impiegando un modulo di elaborazione ad alte prestazioni, algoritmi ottimizzati e un sistema di archiviazione dati affidabile. «Il sistema riduce il volume dei dati trasmessi, consentendo di utilizzare in maniera molto più efficiente la limitata capacità di downlink», aggiunge Taddiken. Ciò risulta particolarmente utile per applicazioni ad alta intensità di dati come il radar ad apertura sintetica (SAR, synthetic aperture radar), una tecnica di osservazione della Terra (OT) ad alta risoluzione in grado di generare enormi quantità di dati grezzi. Grazie alla miniaturizzazione dei moduli hardware ad alte prestazioni e all’ottimizzazione degli algoritmi di elaborazione SAR per l’impiego sui satelliti (dove la potenza di calcolo e quella della batteria possono essere fortemente limitate), la tecnologia allevia in parte la pressione esercitata sulla capacità di downlink, il che consente di trasmettere i dati più rilevanti in una minor quantità di tempo. «Ciò è particolarmente rilevante per il settore in crescita dei piccoli satelliti commerciali, nonché per applicazioni quali la valutazione dei danni e il coordinamento della risposta alle catastrofi», osserva Taddiken.
Co-progettare nuovi hardware e software
I progressi hardware e software sviluppati da SOPHOS sono stati testati in un dimostratore a terra realizzato dal progetto. Per quanto riguarda l’hardware, SOPHOS si è concentrato su due moduli satellitari chiave: il modulo di elaborazione del carico utile (PPM, Payload Processing Module) è stato sviluppato dal partner Unibap(si apre in una nuova finestra), mentre un nuovo modulo di memoria di massa (MMM, Mass Memory Module) resistente alle radiazioni è stato sviluppato da DSI Aerospace. Il routing Ethernet ad alta velocità consente di elaborare immagini e dati online o offline, oppure di ritrasmetterli in formato grezzo al segmento di terra. Secondo quanto affermato da Taddiken, entrambi i moduli sono stati sviluppati per adattarsi ai fattori di forma SmallSat, un tipo di satellite sempre più diffuso per l’impiego in missioni commerciali e costellazioni. A supporto di questo lavoro, i partner del consorzio di SOPHOS del DLR Microwaves and Radar Institute(si apre in una nuova finestra) hanno inoltre sviluppato nuovi algoritmi per la formazione delle immagini SAR e la compressione dei dati grezzi, che sono stati ulteriormente ottimizzati al fine di aumentare le prestazioni e la velocità di trasmissione dei dati del sistema da un team di ricercatori attivo presso l’Università di Lubecca(si apre in una nuova finestra), in Germania. Il partner di SOPHOS TELETEL in Grecia ha sviluppato un’attrezzatura elettrica per il supporto a terra(si apre in una nuova finestra) (EGSE, Electrical Ground Support Equipment) di facile implementazione, utilizzata per le operazioni pre-lancio.
Potenziare le capacità europee nell’osservazione della Terra
Aumentando la larghezza di banda delle nostre connessioni con gli osservatori orbitali, SOPHOS mira a rafforzare la competitività dell’Europa nel settore dell’OT dallo spazio. La tecnologia standard del progetto offre una soluzione scalabile che potrebbe essere adattata per le future missioni nell’orbita terrestre bassa. Il progetto, che si è concluso all’inizio del 2026, sta già esercitando un impatto tangibile: come conclude Taddiken, «le tecnologie concepite da SOPHOS sono già in orbita su diverse missioni, mentre i partner continueranno a sviluppare i risultati del progetto sia individualmente, che nell’ambito di diverse collaborazioni».
