Previsioni meteorologiche operative per missioni satellitari di spazio profondo

Gli effetti atmosferici di degradazione dei segnali elettromagnetici sono fra i principali problemi che affliggono le comunicazioni satellitari. Tali effetti aumentano all’aumentare della frequenza del collegamento. Per frequenze fino a 10 GHz (bande S, C o X), storicamente usate per missioni satellitari, gli eventi meteorologici più impattanti sono le piogge intense. Recentemente, le missioni satellitari stanno migrando verso frequenze sempre più alte (sia per problemi di congestione delle bande allocate per queste applicazioni, sia per la necessità di aumentare il volume di dati trasmesso) dell’ordine dei 20 - 30 GHz (bande K e Ka). A tali frequenze anche la presenza di piogge deboli e di coperture nuvolose può causare la perdita di dati trasmessi. In particolare, le missioni di spazio profondo, dove le distanze sono dell’ordine di centinaia di milioni di chilometri, necessitano di lavorare a tali frequenze che garantiscono un’elevata capacità di canale e, contemporaneamente, consentono di avere antenne satellitari più piccole (a parità di direttività) e antenne riceventi a terra più direttive (a parità di dimensioni). Per questo tipo di applicazioni è dunque molto importante prevedere in modo affidabile il canale atmosferico per poter impostare la trasmissione dati da satellite a terra nel modo più efficiente possibile: massimizzando i dati ricevuti e minimizzando quelli persi. In questo lavoro presenteremo una catena predittiva progettata nell’ambito di una collaborazione con l’Agenzia Spaziale Europea (ESA). Tale catena è composta da un modello di previsione meteorologica le cui uscite sono l’ingresso di un simulatore satellitare che trasforma le previsioni meteorologiche in variabili radiopropagative (attenuazione e temperatura di rumore atmosferica) che determinano la perdita dei dati trasmessi. Queste vengono usate per dimensionare in anticipo il collegamento satellitare sulla base della scena meteorologica prevista durante il collegamento stesso. Questa catena, il cui studio di fattibilità è stato effettuato per la missione Bepi Colombo dell’ESA su Mercurio (lanciata a ottobre 2018), è al momento operativa per la missione Hayabusa2 dell’agenzia spaziale giapponese (JAXA) che sta studiando l’asteroide 162173 Ryugu: il giorno prima della trasmissione (che avviene ogni sabato) il dimensionamento del collegamento satellitare calcolato attraverso le previsioni meteorologiche, fatte nelle 24 ore precedenti la trasmissione, viene inviato agli ingegneri e tecnici JAXA che gestiscono le operazioni di trasmissione. In questo lavoro mostreremo i confronti tra il segnale misurato dal ricevitore satellitare e quello simulato dalla catena predittiva.