Envisat: in sala controllo, sommersi da un fiume di dati

Palle Sørensen è a capo del segmento di terra della missione Envisat. Spetta a lui controllare che l’attrezzatura di ricezione a terra, cioè i computer, le antenne, il software, le reti di comunicazione e soprattutto le squadre di controllo, siano perfettamente operativi. Circa cinquanta persone, tra ingegneri e scienziati, siedono ai tavoli della sala di controllo dotati di decine di monitor e di un mega-schermo che presenta immagini, dati e grafici. Il loro lavoro consiste nel controllare il satellite ambientale Envisat dal centro operativo spaziale europeo ESOC dell’ Agenzia Spaziale Europea (ESA) a Darmstadt, in Germania. L’ESA lancerà Envisat all’inizio del 2002 e lo gestirà per un decennio.

Il più nuovo, il più grande ed il più complesso satellite mai costruito dagli Europei è il loro orgoglio . Envisat orbiterà intorno alla Terra quattordici volte al giorno, sondando ogni angolo del nostro pianeta e rilevando fenomeni ambientali e cambiamenti climatici. Envisat misurerà ed analizzerà i gas serra nell’atmosfera, contribuirà alla identificazionedei responsabili di disatri ambientali, individuerà le correnti oceaniche e la crescita delle alghe; inoltre, terrà d’occhio il buco nello strato di ozono.

I dieci strumenti di cui è dotato sono tra i più sofisticati nella moderna tecnologia dei sensori. Sono in grado di identificare e comunicare immediatamente tutti i cambiamenti, anche i più impercettibili, che avvengono nei processi antropogenici sulla terra, nell’acqua o nell’aria. Sulla base di queste informazioni, gli scienziati potranno elaborare modelli affidabili del cambiamento climatico e addirittura migliorare le previsioni di fenomeni quali terremoti, eruzioni vulcaniche e inondazioni.

L’elaborazione di questi modelli è basata su un livello di precisione elevatissimo. E’ possibile eliminare gli errori di misurazione poichè il satellite rivisita la stessa zona dopo qualche giorno. Da un’altitudine di 800 km, Envisat è in grado di osservare se il suolo si è abbassato sia pure di pochi millimetri, come nel caso di Venezia, che secondo gli ultimi dati rilevati dai satelliti rischia di sprofondare rapidamente nel mare o di sollevarsi come avviene alla terra prima di un’eruzione vulcanica.

Per effettuare questo tipo di osservazioni è necessario che le orbite dei satelliti siano estremamente precise. "Il posizionamento di Envisat è il più preciso possibile", afferma Sørensen. I suoi collaboratori sono impegnati a definire i sentieri orbitali del satellite. "Se non definiamo precisamente l’orbita di Envisat, avremo dei grossi problemi. Ed è per questo che abbiamo simulato qualsiasi possibile evenienza".

La massima precisione dell’orbita é un requisito particolarmente importante per uno degli strumenti: l’ASAR, il radar ad apertura sintetica di seconda generazione, che appare come una grande tavola montata sulla parte inferiore del satellite. Esso trasmette un debole segnale radar alla terra e ne riceve il riflesso. Grazie ad esso, sarà possibile calcolare l’altezza dei ghiacciai, individuare le aree soggette a disboscamento nella foresta pluviale ed identificare anche il più irrilevante versamento di petrolio in mare aperto. E non è poco ad una velocità di quasi 20.000 chilometri all’ora. Se il satellite dovesse perdere l’esatto angolo di osservazione della terra, il riflesso rimbalzerebbe nello spazio.

"Bisogna tenere conto della presenza di campi gravitazionali diversi, dell’atmosfera residua e del vento solare. Tutto ció fa variare enormemnete la frequenza delle correzioni da apportare", dice Sørensen, riferendosi alle procedure automatiche di bordo. Envisat è dotato di cinquanta diversi computer indipendenti, in grado di riconoscere automaticamente la posizione ed operare gli strumenti ed i giroscopi grazie ai quali il satellite mantiene il suo esatto orientamento. "La posizione è una questione di sopravvivenza", aggiunge Sørensen.

Cosa succede quando il veicolo spaziale dal peso di otto tonnellate va fuori rotta? "La questione non si pone" afferma Sørensen. "Se dovesse succedere, ce ne renderemmo immediatamente conto dagli strumenti o dal pannello solare che non eroga corrente a sufficienza."

Sørensen ha dedicato dieci anni allo studio di quest’eventualità. Ha progettato l’infrastruttura, procurato l’hardware ed ha testato il software ripetutamente. Dopo vari test ed innumerevoli simulazioni, i frutti di questo duro lavoro sono tangibili. "Non è la prima volta che portiamo a termine un progetto come questo" afferma con orgoglio.

In una situazione di emergenza, gli ingegneri hanno esattamente 400 minuti di tempo a loro disposizione. Il satellite è in grado di compiere quattro volte il giro della Terra senza energia solare. "Finito questo periodo, il satellite andrebbe perso", dice accigliato Sørensen. Ma aggiunge prontamente "abbiamo definito tutte le procedure; abbiamo delle regole e degli scenari di azione precisi per ogni singolo caso ed abbiamo effettuato varie simulazioni per ogni emergenza". L’apertura del pannello solare, poco dopo il lancio, è stata provata centinaia di volte. Tutte le possibili emergenze e tutti gli errori sono immagazzinati nei computer e possono essere richiamati in qualsiasi momento.

Gli ingegneri di Darmstadt intervengono regolarmente e secondo i piani ogni qualvolta si rende necessario apportare una correzione all’orbita. Secondo la valutazione del responsabile del segmento di terra, l’orbita del satellite deve essere messa a punto ogni dieci giorni. “Abbiamo una vasta esperienza in questo campo” dichiara Sørensen, riferendosi al riuscito innalzamento dell’orbita del satellite per telecomunicazioni Artemis. Il team di Envisat è stato particolarmente entusiasta di questo successo, perché senza Artemis, la gestione del traffico di dati proveniente da Envisat sarebbe problematica.

Envisat raccoglie un quantitativo tale di dati che riempirebbe in poche ore due dischi rigidi da 160 gigabyte. Per ovviare a ciò, il satellite trasmette il suo carico di dati ad ogni giro della Terra, quando è in vista della stazione dell’ESA ubicata a Kiruna, nella Svezia settentrionale. La stazione ha esattamente dieci minuti per scaricare i dati immagazzinati a bordo prima che Envisat sparisca all’orizzonte. Se per qualche motivo la stazione di Kiruna fosse fuori uso, entrerebbe in servizio la seconda stazione nelle Svalbard, tra i ghiacci eterni della Norvegia.

Artemis rappresenta un’alternativa ad una gigantesca parabola di terra. E’ un satellite di telecomunicazione, posizionato a 36000 km dalla terra, che ritrasmetterà i dati di Envisat. Da un’altezza in orbita pari a 45 volte quella di Envisat, Artemis dispone, per ogni orbita, di quasi tre quarti d’ora di visibilità sui satelliti ambientali che orbitano sotto di lui e può ricevere facilmente tutti i dati che Envisat scarica. Successivamente, Artemis invia i dati alla stazione terrestre che si trova nella sua area di copertura.

Da qui, un ampio e continuo flusso di dati viene trasmesso direttamente al Centro elaborazione dati dell’ESA-ESRIN di Frascati, vicino a Roma. Durante tutta la sua missione, Envisat raccoglierà un milione di miliardi di dati, l’equivalente del contenuto dei dischi rigidi di un milione di PC. Gli esperti di software hanno sviluppato centinaia di programmi per rendere disponibili queste importanti informazioni nel minor tempo possibile e con la massima efficacia.

La politica dei dati esclude trattamenti preferenziali a favore di certe utenze. I dati verranno inviati dall’ESRIN direttamente a sei centri di elaborazione ed archiviazione in Inghilterra, Germania, Italia, Francia, Svezia e Spagna, a garanzia di parità di trattamento verso tutti i partner e di un archivio sicuro e a lungo termine.

In questi centri, migliaia di ricercatori nel mondo avranno accesso a dati grezzi non elaborati per le loro ricerche climatiche, la prevenzione delle ctastrofi naturali, le previsioni del tempo e le osservazioni ambientali. Grazie ai rapidi canali di trasmissione, in sole tre ore saranno spesso disponibili rilevazioni come quelle effettuate da GOMOS, lo strumento di misurazione dell’ozono, utili all’osservazione dello stato del buco dell’ozono con frequenze superiori a quelle utilizzate per le previsioni del tempo.

L’analisi dei dati richiede tempo. Nessun ricercatore prenderebbe sul serio un valore senza aver calcolato il margine di errore. Nella scienza solo questo metodo è valido. Fintanto che non si dispone di un punto di partenza certo dal quale cominciare, non è possibile giudicare quanti errori di misurazione che influenzano i risultati si accumulano. Allo scopo di soddisfare le esigenze di tutti gli utilizzatori, gli esperti di Frascati hanno sviluppato quattro livelli di qualità dei dati.

Nei casi in cui è richiesta la massima precisione, la consegna dei dati potrà avvenire anche a distanza di un mese. E’ il tempo necessario ad Envisat per rivisitare la stezza zona e confermare così l’esattezza delle misurazioni.

Gli enti scientifici partecipanti riceveranno i dati al semplice costo di riproduzione, con l’obbligo di utilizzarli integralmente e solo a scopi scientifici. In questa categoria rientrano tutti i ricercatori che hanno proposto un’idea di progetto ad un comitato scientifico e ne hanno ricevuta approvazione. Negli ultimi anni, si è creata in Europa e nel mondo una vasta comunità di parecchie migliaia di osservatori. Per tutti, il centro di elaborazione dati dell’ESA-ESRIN, fungerà da coordinatore della distribuzione dati.

Envisat è interessante anche per l’economia. Gli analisti sono convinti che l’osservazione ambientale potrebbe diventare un giorno un nuovo ramo dell’industria al pari della navigazione satellitare. Si tratta di un’ipotesi realistica, dal momento che, proprio come è avvenuto con il GPS, la tecnologia di osservazione della Terra potrebbe stimolare l’immaginazione degli utenti.

I consorzi presposti alla commercializzazione dei dati di Envisat sono : EMMA, coordinato dall’azienda italiana Eurimage e SARCOM, diretto dalla Società francese SPOT. I dati di Envisat potrebbero rivelarsi interessanti per la navigazione negli oceani, aiutando le navi ad evitare le tempeste ed i forti venti e a circumnavigare i ghiacci. L’analisi dei dati raccolti sulle acque ad elevato contenuto di plancton dovrebbero evitare che le navi mercantili effettuino operazioni di zavorramento nel punto sbagliato.

I dati rilevati dai tre strumenti ASAR, MERIS e AATSR saranno messi a disposizione del pubblico via Internet e a mezzo CD-Rom. Per la pianificazione delle vacanze, tutti potranno consultare bollettini regionali che informeranno sulle elevate concentrazioni di raggi ultravioletti nell’atmosfera o di alghe lungo alcune spiagge. Ed i patiti di vela o di surf potranno presto consultare apposite mappe per conoscere le zone in cui c’è il vento o ci sono le onde più adatte per il loro sport preferito.

Dieci anni intensi attendono sia i gestori dei dati di Frascati che i timonieri dello spazio di Darmstadt. "Dobbiamo coordinare e gestire ogni cosa" afferma Sørensen, "ma di solito è lavoro di routine" aggiunge soddisfatto. E poi si lascia sfuggire: "Nel frattempo stiamo già lavorando alla generazione successiva di satelliti ambientali che saranno molto più piccoli". Il tono di sollievo nella sua voce non dà adito a dubbi.

Nota per i redattori:

La presente relazione informativa fa parte di una serie di articoli dedicati al programma Envisat ed alle sue applicazioni. Le immagini relative ad Envisat sono disponibili sul sito, sotto Image Gallery.