Verso previsioni radiometeorologiche: modellistica atmosferica e radiativa per l'ottimizzazione dei sistemi di comunicazione spaziale a microonde

Nei sistemi di comunicazione spaziale, l’atmosfera terrestre gioca un ruolo cruciale in quanto il suo accoppiamento con il segnale elettromagnetico che la attraversa viaggiando dal satellite alla stazione ricevente di terra può degradare il segnale stesso causando gravi perdite di dati trasmessi. L’entità di questi effetti di accoppiamento è determinata dalla composizione atmosferica in termini di variabili meteorologiche quali pressione, temperatura, umidità, presenza di diversi tipi di idrometeore (precipitanti e non) e loro concentrazione, intensità di pioggia, intensità del vento ecc. Queste variabili meteorologiche interagiscono con il segnale elettromagnetico che le attraversa causando su esso degli effetti che, soprattutto nello spettro delle microonde (compreso circa tra 1 e 300 GHz), dipendono dalla frequenza del segnale e sono descritti da variabili radiometeorologiche (direttamente legate a quelle atmosferiche) quali l’attenuazione, la temperatura di rumore emessa dall’atmosfera, l’eccesso di percorso e la scintillazione. In questo contesto, l’uso delle previsioni meteorologiche risulta essere un’innovazione vincente in quanto consente di prevedere lo scenario atmosferico che ci si aspetta durante una trasmissione satellitare. Questo scenario, convertito in uno scenario radiometeorologico attraverso opportuni modelli di trasferimento radiativo, può essere utilizzato per pianificare in anticipo le operazioni satellitari e ottimizzare la trasmissione dei dati minimizzandone le perdite in base ai requisiti specifici della missione satellitare. In questo lavoro si mostreranno i risultati di una catena di previsione radiometeorologica messa a punto per ottimizzare collegamenti satellitari a microonde (principalmente in banda X, K e Ka). Questa catena modellistica è stata applicata a missioni satellitari di spazio profondo (come BepiColombo, la missione dell’agenzia spaziale europea su Mercurio, e Hayabusa-2, la missione dell’agenzia spaziale giapponese sull’asteroide 162173 Ryugu) ma anche a missioni di satelliti a bassa/media orbita terrestre (LEO/MEO) nonché geostazionari (GEO, come la missione Alphasat dell’agenzia spaziale europea). I risultati ottenuti hanno dimostrato come l’approccio modellistico proposto, basato su previsioni meteorologiche accoppiate con modelli radiopropagativi, consenta di dimensionare al meglio i collegamenti satellitari incrementando il volume dei dati trasmessi e ricevuti (rispetto alle classiche tecniche di dimensionamento basate su statistiche climatologiche dello scenario atmosferico) nonché di descrivere in modo affidabile quantità tipicamente complesse da misurare e stimare come gli effetti di scintillazione del segnale elettromagnetico dovuti a fenomeni di turbolenza atmosferiche.