I piccoli satelliti offrono opportunità uniche grazie ai tempi di sviluppo e costi ridotti, essendo realizzati all’interno di processi di produzione più snelli e standardizzati. Per piccoli satelliti intendiamo satelliti di piccole dimensioni e peso ridotto.

Per decenni la difesa ha utilizzato i satelliti geostazionari, satelliti di grandi dimensioni, posizionati nelle orbite lontane (GEO). Oggi abbiamo satelliti commerciali in costellazioni che si trovano nelle orbite più vicine alla terra (LEO). I satelliti in orbita geostazionaria si trovano a circa 35.000 km sopra l’equatore, hanno un periodo orbitale di circa 24 ore, risultando quindi “fissi” da un osservatore che li guarda dalla terra.

I satelliti che orbitano nella zona bassa (LEO) incrociano l’equatore diverse volte al giorno, permettendo ai satelliti di catturare immagini della superficie terrestre con cadenza regolare, operando da altezze che raggiungono i 2000 km dalla superficie terrestre.

Molte applicazioni satellitari che utilizzano i piccoli stelliti prevedono sistemi composti da costellazioni di centinaia o migliaia di satelliti, offrendo una serie di vantaggi, come l’aumento della risoluzione temporale, o il tasso di rivisitazione, nonché il volo in formazione.  Gli utenti militari possono trarre un vantaggio dall’utilizzo di questi sistemi. Le immagini del campo di battaglia potrebbero essere richieste e ricevute dai comandanti sul campo ed utilizzate per prendere decisioni in tempo reale. L’esercito americano ha sperimentato questa capacità nell’ottobre durante l’esercitazione Project Convergence 2020, ottenendo dei risultati molto sorprendenti.

Molte applicazioni satellitari che utilizzano i piccoli satelliti prevedono sistemi composti da costellazioni di centinaia o migliaia di satelliti. Tipicamente indicati come mega-costellazioni, questi sistemi offrono una serie di vantaggi. Forse il più significativo è l’aumento della risoluzione temporale, o tasso di rivisitazione per il sistema.

Dopo aver sorvolato un’area della Terra, in genere un satellite di grandi dimensioni impiega almeno alcuni giorni per ripassare (o rivisitare) quello stesso punto. Tuttavia, con molti satelliti che lavorano insieme, questo tempo può essere notevolmente ridotto.

Con la sua flotta di oltre 150 satelliti in orbita terrestre bassa (LEO), Planet può raccogliere immagini di qualsiasi luogo sulla Terra almeno cinque volte al giorno. Una volta completata, la costellazione Starlink di 42.000 satelliti di SpaceX sarà in grado di fornire un accesso costante a Internet in qualsiasi luogo sulla Terra. Questo tipo di copertura onnipresente e costante è fondamentale per applicazioni militari come il cloud di combattimento e per il processo di digitalizzazione delle forze armate.

Piccoli satelliti: stato dell’arte

I piccoli satelliti sono dispositivi che orbitano attorno alla Terra e si concentrano su una singola tecnologia o applicazione specifica, come ad esempio la raccolta di dati meteorologici o di immagini della Terra. A differenza dei grandi satelliti, che possono trasportare molte attrezzature e carichi utili complessi, i piccoli satelliti sono relativamente semplici e di dimensioni ridotte, il che significa che possono essere sviluppati in modo molto più rapido.

Infatti, mentre la progettazione e la costruzione di un grande satellite unico possono richiedere anni, i piccoli satelliti possono essere sviluppati in pochi giorni o settimane. Questi tempi di sviluppo più brevi hanno molte implicazioni importanti, tra cui la possibilità di aggiornare rapidamente i satelliti in orbita.

Ad esempio, se i dati raccolti da un piccolo satellite non sono soddisfacenti, è possibile apportare modifiche e miglioramenti e quindi inviare il satellite di nuovo nello spazio in breve tempo. Inoltre, la costruzione e il lancio di piccoli satelliti sono spesso meno costosi rispetto ai grandi satelliti, il che significa che è possibile sperimentare diverse tecnologie e applicazioni, riducendo i costi. I piccoli satelliti offrono quindi un’opportunità interessante per sviluppare tecnologie spaziali in modo più rapido ed economico. I piccoli satelliti sono classificati in base al loro peso:

Fonte: NASA

A differenza di quelli grandi, i piccoli satelliti hanno una durata della vita inferiore a quella dei satelliti di grande dimensione, da uno a tre anni; questa breve durata consente di testare nuove tecnologie nello spazio e di acquisire esperienza e conoscenza che possono essere incorporate in futuri progetti. Inoltre, la capacità di aggiornare rapidamente i piccoli satelliti consente di incorporare miglioramenti tecnologici più ampi, mantenendo costantemente aggiornata la tecnologia a bordo.

Questa caratteristica può essere particolarmente importante per le applicazioni militari, dove l’utilizzo di tecnologie all’avanguardia può fare la differenza. Poiché l’elettronica e la tecnologia spaziale si sviluppano rapidamente, la capacità di utilizzare tecnologie all’avanguardia piuttosto che tecnologie vecchie di un decennio o più può essere un vantaggio significativo.

In sintesi, i piccoli satelliti offrono la possibilità di sostituire rapidamente le risorse in orbita, testare nuove tecnologie, acquisire conoscenze ed esperienze, e incorporare miglioramenti tecnologici più ampi. Queste caratteristiche li rendono quindi ideali per molte applicazioni, soprattutto in campo militare, dove l’utilizzo di tecnologie all’avanguardia può essere fondamentale.

I piccoli satelliti possono essere utilizzati in tandem per creare nuove opportunità nel campo del volo in formazione. Ciò significa che più satelliti possono essere progettati per volare contemporaneamente nello stesso spazio aereo, creando una sorta di “squadra” di satelliti che lavorano insieme per raccogliere dati e informazioni sulla Terra.

Ad esempio, diversi satelliti che trasportano sensori diversi possono volare insieme e fornire una vista più completa e dettagliata di un’area specifica della Terra. Questo consente di integrare e combinare diversi tipi di dati (come immagini, temperatura, velocità del vento, ecc.) per ottenere un’immagine più completa e precisa della situazione.

Inoltre, i sistemi radar ad apertura sintetica (SAR), utilizzati soprattutto a fini militari, possono trarre vantaggio dall’uso di più satelliti che lavorano in tandem. Ad esempio, uno sciame di piccoli satelliti può circondare un grande satellite SAR, creando una sorta di “specchio” di satelliti che ricevono e trasmettono informazioni al satellite principale, migliorando così la copertura e la qualità delle immagini.

In sintesi, l’utilizzo di piccoli satelliti in tandem offre nuove opportunità per raccogliere dati e informazioni sulla Terra in modo più completo e preciso. Ciò consente di integrare e combinare diversi tipi di dati, migliorando la qualità e la copertura delle immagini e delle informazioni raccolte.

Utilizzo tattico dei piccoli satelliti

 Le costellazioni con molti satelliti e tempi di rivisitazione rapidi creano nuove opportunità per l’uso tattico dei satelliti da parte degli utenti militari. Gli utenti militari immaginano un momento in cui le immagini del campo di battaglia potrebbero essere richieste e ricevute dai comandanti sul campo e utilizzate per prendere decisioni in tempo reale.

L’esercitazione Project Convergence dell’esercito degli Stati Uniti ha sperimentato questa capacità nell’ottobre 2020. Durante l’esercitazione i militari hanno sfruttato i satelliti commerciali e governativi per acquisire immagini del campo di battaglia e hanno utilizzato i satelliti per le comunicazioni, comprese le costellazioni commerciali, per trasmettere rapidamente informazioni sul targeting. In combinazione con nuove capacità di fusione dei dati e intelligenza artificiale, l’esercito ha riferito di aver ridotto la sequenza temporale per il tiratore da 20 minuti a 20 secondi.

Ecco una spiegazione semplificata della sequenza operativa che si è realizzata dal sensore al tiratore utilizzata nell’esercitazione Project Convergence 2020:

• Un satellite riprende le immagini del campo di battaglia.
• Una stazione di terra riceve quelle immagini.
• Il sistema di intelligenza artificiale elabora le immagini, rileva le minacce e le trasforma in informazioni target
• I dati di targeting vengono inviati tramite comunicazioni satellitari.
• I dati di targeting vengono inseriti nel software di Assalto Tattico
• Il sistema di intelligenza artificiale consiglia qual è la soluzione di fuoco più adatta per rispondere alla minaccia.
• Un operatore umano conferma l’ok all’operazione, ed i dati di mira vengono inviati al sistema d’arma

Il team di Willie Nelson, direttore all’Army Futures Command, è stato in grado di ripetere la stessa sequenza operativa 350 volte durante Project Convergence 2020.

“Abbiamo individuato rapidamente la minaccia. Siamo stati in grado di inserire le coordinate in quasi tempo reale, e quindi inviarle digitalmente dall’unità surrogata TITAN, dalla base Lewis McChord nello Stato di Washington, fino alle unità di fuoco che si trovavano a Yuma tramite il satellite tattico, e tutto ciò è accaduto in pochi secondi”, ha spiegato Nelson.

Grandi costellazioni di satelliti offrono un altro vantaggio di particolare interesse per gli utenti militari: la resilienza. Il generale Hyten, ex vicepresidente del Joint Chiefs of Staff degli Stati Uniti, una volta si riferiva ai grandi satelliti militari come a “bersagli grandi e golosi” per gli avversari, date le loro grandi dimensioni, e la loro posizione “fissa” nelle orbite GEO. Al contrario, le grandi costellazioni di piccoli satelliti complicano il targeting da parte degli avversari.

Anche se un satellite venisse colpito, la costellazione continuerebbe a funzionare. In questo modo grandi costellazioni di piccoli satelliti possono fornire deterrenza: se un attacco non degradasse significativamente la capacità del sistema, un avversario potrebbe scegliere di non effettuare affatto un attacco.

I sistemi LEO implementati in aggiunta alle risorse esistenti possono anche aiutare a fornire ridondanza che contribuisce ulteriormente alla resilienza, poiché la funzionalità potrebbe essere mantenuta, anche in caso di attacco al sistema primario.

Oltre alle sfide del tracciamento e della gestione del traffico spaziale, la difficoltà di rilevare piccoli satelliti crea anche maggiori opportunità e minacce nel settore degli armamenti spaziali. I piccoli satelliti hanno la capacità di essere utilizzati nelle operazioni di rendez-vous e di prossimità. Ciò consente loro di avvicinarsi a un veicolo spaziale avversario per ispezionarlo. È importante notare che mentre ciò fornisce resilienza contro le armi cinetiche anti-satellite, i missili per esempio, che potrebbero prendere di mira direttamente solo un satellite, le costellazioni sono ancora vulnerabili ad altri tipi di attacchi.

Ad esempio, un’esplosione nucleare nello spazio creerebbe un impulso elettromagnetico e una radiazione residua che distruggerebbero indiscriminatamente un gran numero di satelliti, compresi quelli piccoli. Allo stesso modo, un attacco informatico potrebbe potenzialmente prendere di mira una costellazione nel suo insieme.

Foto: Wikimedia, Starlink e US DoD