#AESASpazio: Hey Houston, dove sono finito? Il problema della navigazione nello Spazio
- Luca Niero
- 23 ott
- Tempo di lettura: 3 min
Aggiornamento: 3 nov
Dove si trova la pizzeria per la festa di Paolo di stasera?
Sono già le 17.30?
Guardiamo la partita oggi pomeriggio?
Se vi chiedete cos’hanno in comune queste domande, la risposta non è la birra, bensì i satelliti. Sono ormai più di 15 mila [1] i corpi artificiali che orbitano sopra di noi ogni giorno, fornendoci la posizione del nostro cellulare, permettendoci di calcolare un tragitto ottimale per spostarci in auto, scandendo il tempo con precisione e trasmettendo segnali da una parte all’altra del mondo per mostrarci l’ennesima strategia perdente della nostra scuderia preferita di Formula 1.
Ma come fanno i satelliti a sapere dove si trovano? Non fa di certo piacere a nessuno avere un oggetto del valore di svariati milioni di euro in una posizione generica ma non perfettamente nota!
La navigazione satellitare, così come quella terrestre, si basa su costellazioni di satelliti posizionati in orbita a circa 20 mila chilometri dal livello del mare; le più famose sono il Global Positioning System (GPS, americana), Galileo (europea), GLONASS (russa) e BeiDou (cinese). Questi satelliti formano il Global Navigation Satellite System (GNSS), un aggregato di costellazioni che trasmette ininterrottamente segnali radio contenenti informazioni sulla posizione degli oggetti orbitanti e sull’orario esatto di invio del segnale. I satelliti, così come i nostri smartphone e computer, sono dotati di ricevitori GNSS, i quali captano questi segnali e, grazie ad almeno quattro captazioni simultanee, sono in grado di ricostruire le distanze da ogni emettitore, valutando la propria posizione rispetto al centro della Terra con una precisione di pochi metri.
Oltre ai sistemi GNSS, la navigazione spaziale si affida anche a una serie di sensori di bordo che permettono ai veicoli spaziali di determinare il proprio orientamento nello Spazio [2]. Uno dei più affascinanti è sicuramente lo Star Tracker (tradotto letteralmente, “tracciatore di stelle”), il quale sfrutta una fotocamera per catturare immagini del cielo, per poi confrontarle con un vasto catalogo di fotografie stellari e determinare gli angoli tra lo scatto e la mappa in memoria. Nonostante l’estrema precisione degli strumenti, questi soffrirebbero la presenza di luce intensa come quella solare, qualora dovessero essere orientati verso un pianeta o una stella adiacente; per ovviare a tale difetto vengono utilizzati i sensori solari, dispositivi del tutto differenti nel loro funzionamento. Questi consistono infatti in celle solari, le componenti dei pannelli fotovoltaici, che hanno lo scopo di captare l’energia della stella e di trasformarla in un segnale elettrico, valutando gli angoli tra la cella e il Sole a seconda dell’intensità della corrente. Sono strumenti meno precisi dello Star Tracker, ma grazie alla semplicità progettuale permettono di ottenere la stessa funzione con costi estremamente inferiori.
Esistono metodi ancora più semplici per conoscere la propria posizione nello Spazio, come i magnetometri, circuiti estremamente elementari in grado di misurare il campo magnetico in un punto, e che grazie a modelli fisici che descrivono il campo terrestre riescono a risalire a monte del valore per determinare la propria posizione. Possiedono in generale prestazioni inferiori al GNSS, tuttavia in alcune applicazioni, come le missioni che coinvolgono piccoli satelliti, trovano il loro utilizzo per via della loro grande economicità.
Oltre ai magnetometri, non mancano poi gli intramontabili giroscopi e accelerometri, oggetti che già all’interno di uno smartphone raggiungono dimensioni di un microchip, i quali permettono di conoscere velocità e accelerazioni in ogni istante.
Le crescenti prestazioni nell’ambito della navigazione permettono oggi importanti missioni, dai viaggi in auto alla gestione di flotte navali, dalle missioni spaziali alla protezione civile [4], dall’agricoltura di precisione [3] alla difesa [5], i sistemi di posizionamento globale e i sensori di bordo rappresentano la spina dorsale della mobilità moderna, sia sulla Terra che nello spazio. È infatti necessario in tutti questi ambiti conoscere la propria posizione con precisione, così da poter sfruttare al meglio quest’ultima per scattare fotografie a ogni genere di scenario, dal pianeta in corrispondenza del campo da monitorare, a un vulcano in eruzione o perfino a una tempesta particolarmente pericolosa.
I moderni sistemi di navigazione sono ormai in grado di sfruttare tutta questa sensoristica, mischiandone le informazioni, scartando automaticamente le peggiori e fornendo una stima accurata di posizione e orientamento. Con l’espansione delle costellazioni satellitari e l’evoluzione dei sistemi di bordo, il futuro della navigazione si muove verso una maggiore precisione, autonomia e integrazione con l’intelligenza artificiale. In un mondo sempre più connesso, sapere dove ci troviamo, e dove stiamo andando, non è mai stato così importante.
A CURA DI
Luca Niero
Bibliografia:
Bibliografia immagini: Illustrazioni generate da IA
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