Un satellite delle dimensioni di una cabina telefonica – che volerà a una velocità due volte inferiore rispetto ai satelliti in orbita terrestre bassa LEO – è pronto per essere lanciato a bordo del Transporter-13 di SpaceX, in una missione di condivisione del Falcon 9.
Si tratta del satellite in orbita molto bassa (VLEO) Clarity-1, realizzato dalla startup statunitense Albedo Space Corporation di Denver, progettato per raccogliere immagini ad una risoluzione in precedenza possibile solo con droni e aerei.
Il satellite Clarity-1: una rivoluzione nell’imaging spaziale
Come molti altri satelliti di imaging, la missione di Clarity-1 sarà, infatti, quella di scattare foto aeree ad alta risoluzione per clienti di vari settori economici, tra cui agricoltura, assicurazioni, energia, cartografia, servizi pubblici e difesa. Ciò che rende unico questo satellite è sia la risoluzione spaziale di 10 cm, leader del settore, sia l’orbita estremamente bassa di 200 km, molto più vicina alla Terra rispetto alle orbite di 450 km o più alte della maggior parte dei suoi simili.
Orbita VLEO: importanza strategica e sicurezza nazionale
Negli ultimi anni, l’orbita VLEO è divenuta sempre più importante, soprattutto per ragioni di sicurezza nazionale. Gli Stati Uniti (incluse diverse aziende e laboratori nazionali come il MIT Lincoln Laboratory), l’Unione Europea, il Giappone e la Cina, infatti, hanno tutti perseguito moderne dimostrazioni VLEO, come i satelliti spia. I principali progressi hanno permesso a questi satelliti di operare nei settori della propulsione elettrica, della navigazione, dell’elaborazione di bordo e nell’acquisizione di immagini digitali a basso costo.
Perché il Clarity-1 è così innovativo?
La potenza della telecamera ottica di un satellite è solitamente espressa come la lunghezza dell’elemento più piccolo che può risolvere, con la risoluzione delle prime telecamere satellitari misurata in decine di metri. I progressi tecnologici hanno portato questa unità di misura a decine di centimetri, rendendo le immagini più recenti centinaia di volte più rivelatrici. La risoluzione spaziale di 10 cm di Clarity-1 sarà nove volte migliore di quella dei suoi concorrenti più vicini.
Albedo ha dichiarato di essere pronta a lanciare il primo satellite della sua costellazione Clarity, il Clarity-1, in VLEO a un’altitudine inferiore ai 200 km. Il satellite catturerà immagini della Terra con una risoluzione di 10 cm, la più alta disponibile in commercio.
Tecnologia e innovazione: come funziona Clarity-1
I pannelli solari che ricoprono il corpo del satellite alimenteranno l’elettronica del veicolo spaziale, compresi i propulsori ionici utilizzati per contrastare la resistenza atmosferica derivante dalla sua orbita bassa.
Il Clarity-1 ha la dimensione di un frigorifero (circa 3 m di altezza e 1 m di larghezza), molto più grande di molti altri satelliti commerciali per l’osservazione della Terra che operano anche a quote più elevate. Un satellite così pesante garantisce stabilità, ma al costo di una maggiore resistenza atmosferica, scrive l’esperto Chris Palmer. I satelliti dell’azienda sono stati progettati per contrastare la resistenza aerodinamica utilizzando una propulsione elettrica ultra-efficiente da motori a ioni. “I motori a ioni hanno una spinta ridotta, ma possono essere utilizzati praticamente sempre e consentono di ottenere molti chilometri per gallone”, ha dichiarato Jonathan McDowell, astrofisico presso l’Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics di Cambridge e redattore di The Space Report, una pubblicazione mensile su internet molto letta che copre gli sviluppi spaziali civili e militari.
Mercati e applicazioni: oltre l’imaging tradizionale
I piani di Albedo prevedono una costellazione, chiamata Clarity, di 24 veicoli spaziali che offrirebbero cinque rivisitazioni al giorno di ogni luogo della Terra; oltre a una risoluzione di 10 cm per le immagini ottiche, i satelliti offriranno una risoluzione di 2 m per le immagini termiche.
Secondo Chris Palmer, oltre a utilizzare ottiche meno costose, Albedo riduce i costi utilizzando vettori più piccoli e impiegando apparecchiature disponibili in commercio senza l’elettronica resistente alle radiazioni necessaria per il funzionamento in orbite più alte. “Altri vantaggi per Albedo quando opera in vLEO sono che la vicinanza alle stazioni di terra riduce la richiesta di energia per le trasmissioni radio, eliminando la necessità di grandi pannelli solari simili ad ali che sporgono dal corpo principale del satellite”.
Esercito Usa e agenzie di intelligence tra i clienti Albedo
“Sembra esserci una notevole richiesta per i prossimi servizi di Albedo”, aggiunge Palmer. Tra i clienti iniziali dell’azienda ci sono l’esercito statunitense e le agenzie di intelligence nazionali. “Nel 2022, l’aeronautica militare statunitense ha assegnato ad Albedo un contratto da 1,25 milioni di dollari per valutare il suo sistema di imaging termico da 2 m per le condizioni notturne. Ad aprile 2023, l’azienda ha ricevuto altri 1,25 milioni di dollari per questo lavoro dall’US National Air and Space Intelligence Center, che valuta le minacce straniere. Alla fine del 2023, ha firmato un contratto per far valutare la sua tecnologia dall’US National Reconnaissance Office, che gestisce i satelliti spia della nazione”.
Oltre ai contratti governativi, all’inizio del 2024 Albedo aveva attirato quasi 100 milioni di dollari di investimenti privati, precisa l’esperto. “L’azienda ha già pre-venduto gran parte del tempo di imaging di Clarity-1 nei suoi primi due anni di attività a clienti come urbanisti che preparano progetti di costruzione, gruppi di conservazione che seguono la fauna selvatica e compagnie assicurative che valutano le richieste di risarcimento danni. Molti di questi clienti vogliono aggiungere o, in alcuni casi, sostituire le immagini attualmente effettuate da aerei e droni. Sebbene questi mezzi siano in grado di raccogliere immagini migliori di quelle che potranno mai raccogliere i satelliti, la loro portata è limitata. L’Amministrazione federale dell’aviazione degli Stati Uniti vieta il volo dei droni commerciali su gruppi di persone e impone zone di divieto di volo che includono aeroporti, basi militari ed eventi sportivi, ma non applica le stesse regole ai satelliti”.
Nel suo sito web, Albedo sostiene che le sue immagini possono aiutare i governi a “monitorare i punti caldi, eliminare l’incertezza e mobilitarsi con rapidità”. In un post sul blog che evidenzia i poteri di osservazione della flotta della sua azienda, Winston Tri, cofondatore di Albedo, ha dichiarato che le telecamere dei satelliti sono in grado di rilevare dettagli come il tettuccio apribile e le strisce da corsa di un’auto e gli oggetti in un camion a pianale. “In alcuni casi”, ha scritto Tri, “potremmo persino essere in grado di identificare particolari veicoli, cosa che finora non è stata possibile”.
VLEO e sicurezza nazionale: le immagini satellitari nella guerra in ucraina
La guerra in Ucraina ha messo in luce la potenza delle immagini satellitari in modi nuovi e ha già cambiato il modo in cui i militari utilizzano la ricognizione orbitale a livello tattico anche per modificare la percezione pubblica.
Nel panorama in evoluzione delle immagini satellitari per l’aerospazio e la difesa, l’importanza strategica dell’orbita terrestre molto bassa sta diventando sempre più evidente. In particolare, i satelliti che volano a un’altitudine pari alla metà di quella dei tradizionali satelliti in orbita terrestre bassa (LEO) – in genere da 250 a 350 km – sono due volte più vicini all’azione a terra e quindi in grado di osservarla meglio. La possibilità di posizionare i satelliti più vicino alla Terra ha aperto nuove possibilità per le operazioni militari e di intelligence in particolare. Sebbene l’orbita a questa altitudine abbia comportato sfide ingegneristiche da superare, i frutti del lavoro di R&S si stanno ora concretizzando. Tuttavia, VLEO non è un vero e proprio nuovo dominio.
Il programma Corona e le origini della ricognizione spaziale
Tra le prime attività degli Stati Uniti nella ricognizione spaziale durante l’epoca della Guerra Fredda c’è stato il programma satellitare Corona. CORONA è il nome in codice della prima missione satellitare spia fotografica degli USA, operativa dal 1960 al 1972.
Nel 1960, un aereo spia U-2 dell’Air Force fu abbattuto da un missile terra-aria mentre raccoglieva immagini sopra l’Unione Sovietica, accelerando i piani statunitensi per iniziare a raccogliere immagini dall’alto con satelliti anziché con aerei. Lanciata negli anni ’60 e nei primi anni ’70, Corona era una famiglia di satelliti di ricognizione strategica acquistati e gestiti dalla CIA in collaborazione con l’Aeronautica Militare. Questi satelliti erano in realtà stadi superiori di razzi Agena modificati e dotati di telecamere che volavano ad altitudini VLEO, generalmente inferiori a 150 km. All’epoca non esistevano fotocamere digitali, per cui i filmati venivano lanciati sulla Terra con i veicoli di ritorno dei satelliti, che venivano poi recuperati ed elaborati dagli analisti dell’intelligence negli Stati Uniti. Sebbene all’epoca si trattasse di un approccio innovativo al VLEO, oggi non è più possibile trasformare i razzi in satelliti.
Programmi VLEO moderni e collaborazioni internazionali
Negli ultimi anni, gli USA, l’Unione Europea, il Giappone e la Cina hanno avviato programmi di VLEO. Alcune missioni VLEO moderne di rilievo sono state il Gravity Field and Steady-State Ocean Circulation Explorer dell’Agenzia Spaziale Europea, che è stato operativo da marzo 2009 a novembre 2013. E’ stata progettata per mappare la gravità terrestre operando a un’altitudine di circa 255 km. Successivamente, nel 2017, la JAXA giapponese ha fatto volare il suo Super Low Altitude Test Satellite, che trasportava sensori e una telecamera. Ha completato la sua missione nel 2019. Più recentemente, l’Agenzia spaziale europea ha assegnato a Thales Alenia Space e Redwire il programma Skimsat, che mira a ridurre il costo delle osservazioni della Terra operando in VLEO. Inoltre, nel 2024 l’Agenzia europea per la difesa (EDA) ha riunito due Stati membri dell’UE, i Paesi Bassi e l’Austria, per sviluppare un satellite dimostratore in grado di manovrare dall’orbita terrestre bassa (LEO) all’orbita terrestre molto bassa (VLEO) – e viceversa. Il progetto da 10 milioni di euro – chiamato LEO2VLEO: Military Crisis-Response Satellite Constellation – “progetterà, svilupperà, lancerà e gestirà una costellazione da due a quattro satelliti”. Secondo l’EDA, il progetto, una volta operativo, avrà la capacità di supportare le operazioni militari.
Espansione cinese nell’orbita VLEO
Tra le aziende che intendono operare in VLEO c’è anche la China Aerospace Science and Industry Corporation, un attore chiave nel settore della difesa cinese, che nel 2024 ha lanciato i primi quattro dei 300 satelliti VLEO previsti, che orbiteranno ad altitudini comprese tra 150 e 300 km entro il 2030.
L’uso dei satelliti spia per fini commerciali
Nel 1994, gli Stati Uniti hanno approvato l’uso commerciale della tecnologia dei satelliti spia americani. Nel 1999, Space Imaging (Thornton, CO, USA), una filiale dei contraenti della difesa statunitense Raytheon (Arlington, VA, USA) e Lockheed Martin (Bethesda, MD, USA), ha lanciato IKONOS, il primo satellite destinato specificamente all’uso commerciale con una risoluzione di 1 m che rivaleggiava con quella dei satelliti spia militari dell’epoca. Il mercato dell’imaging satellitare a livello globale, attualmente stimato tra i 4,2 e i 5,7 miliardi di dollari, dovrebbe più che raddoppiare nel prossimo decennio, ha dichiarato Chris Palmer. “I più potenti satelliti civili per immagini oggi in funzione sono in grado di riconoscere oggetti a terra di 30 cm, con un potere di risoluzione sufficiente a distinguere la segnaletica stradale e i numeri di coda degli aerei”.
Secondo Palmer, solo pochi operatori commerciali – Airbus (Leiden, Paesi Bassi), Maxar (Westminster, CO, USA), ImageSat International (Or Yehuda, Israele) e SI Imaging Services (Daejeon, Repubblica di Corea) – hanno oggi in orbita satelliti in grado di acquisire immagini con una risoluzione di 30 cm.
Tra le altre aziende ci sono:
- la Earth Observant (Louisville, CO, USA) che sta progettando una costellazione di 60 satelliti Stingray progettati per una durata di vita di cinque anni a 250 km. Ogni Stingray catturerà quasi in tempo reale immagini ad alta risoluzione di 15 cm.
- la Skeyeon (San Diego, CA, USA) che sta sviluppando una costellazione di piccoli satelliti per fornire immagini giornaliere ad alta risoluzione della Terra da un’altitudine di circa 250 km.
Altre aziende che stanno progettando operazioni satellitari VLEO sono la Aerospace Corporation (El Segundo, CA, USA), la Kreios Space (Barcellona, Spagna), la Phase Four (Hawthorne, CA, USA), la Redwire (Jacksonville, FL, USA) e la Thales Alenia Space (Canne, Francia).
La riduzione del rischio di collisione in orbita VLEO
I detriti e gli stadi scartati da un numero di lanci commerciali in rapida crescita contribuiscono al problema dei detriti orbitali.
“La distanza di 500 km sta diventando terribilmente affollata”, ha detto McDowell. “SpaceX ha spostato alcuni dei suoi satelliti Starlink più in basso, in parte perché è preoccupata del rischio di collisione con tutti i satelliti cinesi in quell’orbita che manovrano senza avvisarli”.
La collisione di oggetti in LEO può provocare reazioni a catena e la nube di detriti nelle relative orbite può persistere per un decennio o più. L’orbita VLEO, invece, è meno rischiosa perché è “autopulente”. I detriti e i satelliti non propulsi rientrano naturalmente nell’atmosfera superiore della Terra e si disintegrano in modo sicuro, in genere nel giro di pochi giorni, riducendo così in modo significativo il rischio per altri satelliti VLEO operativi.
