Il proliferare delle costellazioni di satelliti per le telecomunicazioni pone un crescente problema di convivenza con le attività della radio astronomia e impone la necessità di trovare un compromesso che garantisca la coesistenza tra Tlc via satellite e esplorazione del cosmo.
L’Itu sottolinea come l’enorme aumento dei satelliti in orbita bassa (Leo) rischi di creare forti interferenze elettromagnetiche, indicando che la coesistenza con la radio astronomia “richiederà misurazioni rigorose, una condivisione tecnica operativa trasparente, innovazione sia nei telescopi che nei satelliti e un dialogo paziente a livello normativo”.
Un esempio è ciò che stanno facendo la Csiro (Australia’s national science agency) e la Nsf (U.S. National Science Foundation) con il loro impegno “per garantire che le future generazioni di scienziati possano continuare a esplorare il cosmo”, come scrivono Balthasar Indermuehle, Principal Scientist and Spectrum Manager, Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation del Csiro e Chairman dell’Itu-R Working Party 7D, e Ashley VanderLey, Senior Advisor, Nsf, Office of International Science and Engineering, United States, e Vice-Chair dell’Itu-R Working Party 7D.
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Boom dei satelliti Leo, interferenze col lavoro degli astronomi
Oltre 15.000 satelliti attivi orbitano attualmente attorno alla Terra e le richieste di autorizzazione per milioni di nuovi satelliti presentate all’Itu suggeriscono che la cifra potrebbe letteralmente esplodere nei prossimi decenni. Già dopo il 2030 il cielo potrebbe non essere più simile in alcun modo a quello finora studiato dai radio astronomi.
Il problema non è semplicemente che i satelliti sono più “rumorosi” dei sussurri del cosmo che i radio astronomi ascoltano. Il punto è che ormai i satelliti non geostazionari (Ngso) in orbita terrestre bassa (Leo) sono ovunque e posizionare stazioni radioastronomiche in località remote o istituire zone di silenzio nazionali con requisiti di coordinamento per i trasmettitori terrestri potrebbe non essere più sufficiente a proteggere dai segnali provenienti dallo spazio.
I nuovi satelliti Ngso includono trasmissioni dirette ai cellulari (D2D), progettate per raggiungere i telefoni cellulari commerciali e fornire connessioni Internet complementari dai satelliti. Vanno però considerate anche le radiazioni elettromagnetiche emesse dall’elettronica di bordo: anche queste possono interferire con le operazioni della radio astronomia.
La sfida: preservare cieli bui e silenziosi
Come riportato dall’Inaf, la Commissione delle Nazioni unite sull’uso pacifico dello spazio extra-atmosferico (Copuos) già nel 2024 ha deciso di inserire nella sua agenda per i prossimi cinque anni un punto dal titolo “Dark and Quiet Skies, astronomy and large constellations: addressing emerging issues and challenges”. In qualità di massimo organo delle Nazioni unite per le questioni spaziali, con delegati provenienti da oltre 102 Paesi, il Copuos si occupa di tutti i temi legati alla cooperazione internazionale e all’esplorazione dello spazio e dei corpi planetari, tra cui il dispiegamento di satelliti, la mitigazione dei detriti spaziali, la sostenibilità a lungo termine dello spazio e l’uso degli slot orbitali.
Questo riconoscimento riflette la consapevolezza dell’importanza di preservare cieli bui e silenziosi sia per la ricerca astronomica che per il patrimonio culturale dell’umanità. Il sostegno a queste iniziative è cresciuto costantemente in seno al Copuos negli ultimi anni.
Ma la proliferazione delle costellazioni artificiali negli ultimi due anni rende ancora più urgente intervenire: per questo astronomi e operatori satellitari stanno già collaborando allo sviluppo di tecniche di mitigazione che sfruttano tecnologie e misure come array di fase, fasci orientabili e coordinamento in tempo reale.
“La condivisione delle informazioni è fondamentale per la coesistenza e può portare a soluzioni tecniche che ancora immaginiamo”, secondo l’Itu.
La risposta australiana in tre pilastri
Presso l’agenzia scientifica nazionale australiana, il Csiro, la risposta si basa su tre pilastri.
Innanzitutto, la regolamentazione: “Collaboriamo con l’Autorità australiana per le comunicazioni e i media (Acma) e a livello internazionale tramite l’Itu per sviluppare limiti di emissione e procedure di coordinamento che tengano conto delle esigenze della ricerca scientifica passiva. L’Inyarrimanha Ilgari Bundara, l’Osservatorio radioastronomico Murchison del Csiro, ospita il radiotelescopio Australian Square Kilometer Array Pathfinder (Askap) e la componente a bassa frequenza dello Square Kilometer Array Observatory (Skao) all’interno della più grande zona di silenzio radio del mondo. Tale zona, tuttavia, è stata progettata prima dell’era satellitare e non offre alcuna protezione dall’alto”, indicano gli autori dell’analisi.
C’è inoltre la misurazione come base dell’attività di monitoraggio. Attraverso il progetto Sniffles, l’ente australiano ha completato la prima misurazione sistematica delle emissioni satellitari nella banda da 1 a 26 gigahertz, utilizzando il telescopio Mopra e l’Australia Telescope Compact Array. Le emissioni involontarie provenienti dalle piattaforme satellitari sono presenti praticamente in ogni banda analizzata, incluse alcune destinate al servizio di radio astronomia.
L’attività di mitigazione: collaborazione con le Tlc
C’è poi la complessa attività di mitigazione, che coinvolge l’elaborazione dei dati dei telescopi, il controllo del fascio satellitare e il coordinamento degli operatori del satellite.
“Il nostro sistema di condivisione dei dati osservativi, sviluppato in collaborazione con il National Radio Astronomy Observatory (Nsf Nrao) della National Science Foundation statunitense, comunica agli operatori partecipanti, in tempo quasi reale, la direzione di puntamento di ciascuno dei nostri telescopi, consentendo di deviare i fasci satellitari lontano da osservazioni sensibili. Attualmente, quattro operatori satellitari utilizzano il nostro sistema ODS per contribuire alla protezione dei nostri osservatori”, riferisce la Csiro australiana.
Nessuna di queste soluzioni rappresenta al momento una soluzione completa, ma insieme producono benefici tangibili. La prossima generazione di telescopi richiederà, fin dal primo giorno, una gestione integrata delle interferenze nei ricevitori, nelle antenne e nelle pipeline di dati, per poter coesistere in questo nuovo regime di interferenze che deve tenere conto di effetti di aggregazione senza precedenti.
La risposta degli Stati Uniti: la scienza dello spettro
Negli Stati Uniti la Nsf, nell’ambito della gestione dello spettro, si è concentrata sul finanziamento della ricerca che consenta un utilizzo più efficiente dello spettro di radiofrequenze. Nel 2020, la Nsf ha lanciato la Spectrum Innovation Initiative (SII) perché la ricerca fondamentale richiede sia l’accesso allo spettro wireless per le comunicazioni sia il trasferimento di dati scientifici e può portare a un utilizzo più efficiente dello spettro.
Il programma SII è implementato in collaborazione con gli enti regolatori dello spettro statunitensi, la Ntia e la Fcc. La Nsf ha finanziato oltre 100 milioni di dollari nel campo della “scienza dello spettro” per spingere i limiti della condivisione dinamica dello spettro e della coesistenza satellite-terrestre. Inoltre, la Nsf ha promosso test e prove sul campo per verificare sperimentalmente la compatibilità.
La coesistenza satellite-terrestre: il data sharing
L’Nsf Nrao ha sviluppato l’Operational data sharing, che consente la condivisione in tempo quasi reale delle informazioni relative alla frequenza e al puntamento dei radiotelescopi con gli operatori satellitari, migliorando la compatibilità e l’accesso allo spettro sia per i radio astronomi che per gli operatori delle Tlc satellitari.
“La prevenzione delle interferenze inizia con il coordinamento tecnico“, si legge nell’analisi pubblicata dal sito dell’Itu. “La Nsf funge da coordinatore tra le strutture radio astronomiche statunitensi e gli operatori satellitari, portando ad accordi sui limiti di spettro richiesti e al coordinamento volontario. L’utilizzo di Ods (Operational delayed systems) ha applicazioni che vanno oltre il servizio satellitare fisso, estendendosi alla copertura supplementare dallo spazio e potrebbe anche migliorare il coordinamento tra astronomia e ricerca terrestre in futuro”.
Tlc satellitari e radio astronomia, Itu al lavoro
Gli sforzi nazionali dovrebbero mirare a essere affiancati a livello internazionale, ove possibile, conclude l’analisi. Nell’ambito del Settore radiocomunicazioni dell’Itu (Itu-R), il gruppo di esperti per la protezione dello spettro radio astronomico internazionale, ovvero il Working group 7D, riunisce amministrazioni, operatori e scienziati per sviluppare le raccomandazioni tecniche che sono alla base di una solida regolamentazione.
Lo scambio di informazioni e la collaborazione sono fondamentali per trovare soluzioni innovative e permettere la coesistenza.
La prossima tappa è il WRC-27 in Cina
Il Working group 7D ha recentemente aggiornato la mappa delle zone di silenzio radio (ITU-R RA.2259) e, dopo l’ultima Assemblea delle radiocomunicazioni (RA-23), è stato istituito un database presso l’Itu-R allo scopo di condividere dati sui siti di radioastronomia di particolare importanza nazionale con gli operatori dei sistemi satellitari globali, in aggiunta alle informazioni reperibili nel Registro Internazionale delle Frequenze (MIFR).
“Continuare a collaborare per consentire scoperte astronomiche in futuro richiede uno sforzo internazionale”, conclude l’analisi firmata dai due esperti del Csiro e dell’Nsf alla guida del Working group 7D dell’Itu-R. “La prossima Assemblea delle radiocomunicazioni e la Conferenza mondiale delle radiocomunicazioni (WRC-27), che si terranno a Shanghai nel 2027 e saranno ospitate dalla Cina, includono entrambe importanti temi che richiedono azioni concrete in materia di servizi spaziali e scientifici. Una partecipazione attiva e basata su dati concreti, unitamente alla cooperazione, da parte delle comunità di radioastronomia e satellitari, è fondamentale per garantire la continuità delle scoperte astronomiche con la crescita dell’economia spaziale”.
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