Come investire in Optical communication nello Spazio

La comunicazione ottica non è un settore nuovo, anzi, conosciamo dall’800 la comunicazione ottica del codice Morse, mentre negli ultimi decenni si va affermando la fibra ottica per la trasmissione ad alta velocità dei dati e delle informazioni. Ed ancora l’utilizzo del laser.

Investire in Optical communication nello spazio, però, è qualcosa di abbastanza recente ed è legato alle nuove opportunità tecnologiche in fase di sperimentazione, o già commercializzate.

Vogliamo quindi scoprire in dettaglio cosa si intende per comunicazione ottica nello spazio e perché nel futuro potrebbe rivestire un ruolo importante nelle nostre capacità di comunicare.

Cos’è la Comunicazione ottica nello Spazio?

Partiamo dallo spiegare in breve cos’è la comunicazione ottica nello spazio. Attraverso la messa in orbita di satelliti per le telecomunicazioni dotati di laser, si effettua la trasmissione di dati tra veicoli spaziali e stazioni terrestri. Queste ultime sono appositamente progettate per captare il segnale laser proveniente dallo spazio.

Diversi i motivi per cui si sperimenta l’utilizzo di segnali ottici, a luce infrarossa o visibile, in sostituzione delle onde radio:

• Trasmissione più veloce;
• Maggiore larghezza di banda;
• Minori interferenze;
• Minore dispersione del segnale;
• Più difficile da intercettare;
• Utilizzo di antenne più compatte.

Gli aspetti positivi dell’Optical communication spaziale

Quali potrebbero essere gli impatti positivi sul futuro delle comunicazioni, grazie all’introduzione dell’optical communication spaziale?

Se guardiamo alle sole opportunità di comunicazione Spazio – Spazio o Terra – Spazio, ecco a seguire una breve lista di promesse offerte dalla comunicazione ottica nello spazio.

• Migliori comunicazioni con missioni su Marte e altri corpi del Sistema Solare.
• Telecontrollo in tempo reale di rover e strumenti scientifici (ad esempio sulla Luna).
• Trasmettere grandi quantità di dati dai telescopi spaziali e sonde interplanetarie, in tempi più brevi.

Gli ostacoli alle comunicazioni ottiche Spazio – Terra

Mentre le comunicazioni ottiche Spazio – Spazio possono essere relativamente più semplici da attuare, alcune sfide tecniche le riscontriamo nelle optical communication Spazio – Terra e viceversa.

• Serve un preciso allineamento tra trasmettitore e ricevitore per avere la comunicazione.
• Le interferenze atmosferiche della Terra sono un ostacolo alle comunicazioni ottiche: nuvole, polvere in sospensione, turbolenze.
• La gestione del puntamento su distanze astronomiche può presentare dei problemi di allineamento.

Altro aspetto rilevante da tenere in considerazione riguarda la regolamentazione dello spettro ottico. Attualmente lo spettro ottico non è regolamentato, tuttavia sono in corso interlocuzioni tra gruppi di lavoro internazionali sull’uso dello spettro ottico per finalità di comunicazione.

Come funziona l’Optical communication nello Spazio?

Illustriamo in brevi punti come funziona l’optical communication per essere più consapevoli del sistema di comunicazione prima di investire in comunicazione ottica.

1. Un trasmettitore laser a bordo della sonda o del satellite converte i dati digitali (immagini, video, telemetria) in impulsi luminosi. Questi impulsi viaggiano sotto forma di luce infrarossa o visibile, codificata in modo simile al codice binario.
2. Il fascio laser viene diretto con estrema precisione verso il ricevitore sulla Terra o su un altro veicolo spaziale. Anche un piccolo errore di allineamento può far perdere il segnale, soprattutto su distanze di milioni di chilometri.
3. Il ricevitore (spesso un telescopio con un fotodiodo o sensore ottico) cattura il segnale luminoso e lo decodifica per ricostruire i dati originali. Questo processo è simile a quello delle fibre ottiche terrestri, ma avviene attraverso lo spazio libero.

Perché le Agenzie aerospaziali vogliono passare all’Optical communication?

Come spiega bene la NASA, le comunicazioni radio potrebbero anche essere potenziate passando allo spettro radio a banda larga. Tuttavia, tale soluzione richiederebbe l’aumento delle dimensioni delle antenne oppure la potenza dei radio trasmettitori.

La soluzione dell’optical communication, invece, appare come più economica e vantaggiosa sotto il profilo delle dimensioni e del peso della strumentazione necessaria a effettuare la trasmissione di grandi quantità di dati.

Per comprendere meglio perché gli investimenti si stanno spostando sull’optical communication, riportiamo a seguire qualche esempio.

• Velocità di trasmissione dati: la capacità della comunicazione ottica è 40 volte più veloce delle radio frequenze. Mentre con queste ultime è possibile raggiungere i 5 Gb/sec di trasmissione dati Terra-Spazio e viceversa, con una trasmissione dati ottica (via laser) la capacità raggiunge i 200 Gb/sec.
• Sicurezza delle trasmissioni: viene considerata estremamente più sicura delle comunicazioni via radio frequenze, poiché il laser può inviare dati lungo un canale molto ristretto e dunque le intercettazioni sono possibili in un raggio d’azione geograficamente piccolo.
• Peso ed energia: dimensioni e consumi energetici si riducono di molto. Da un punto di vista del peso, si risparmia il 50% di massa e questo per il lancio di sonde e satelliti significa risparmio di costi. I consumi energetici, poi, si riducono del 25% sia per le stazioni a terra che per i satelliti e sonde spaziali, aumentando la vita utile di queste ultime e ampliando i tempi delle missioni.
• Flessibilità: per le missioni nell’orbita bassa della Terra, non servono grandi centri per la gestione delle comunicazioni. La gestione può essere effettuata a livello di siti missione o di data center.

Alcune società quotate che sviluppano sistemi per l’Optical communication

Se sei interessato a investire in optical communication, c’è una buona notizia. In Italia abbiamo Officina Stellare (OS) che si occupa anche di comunicazioni laser spaziali.

L’azienda italiana, quotata sul segmento Growth di Borsa Italiana, sviluppa e produce le stazioni terrestri per le comunicazioni ottiche.

Officina Stellare è coinvolta nel progetto EAGLE1 dell’Agenzia spaziale europea (ESA) e della Commissione Europea per lo sviluppo di comunicazioni quantistiche. Per il progetto OS sta fornendo le stazioni ottiche terrestri e altri sistemi.

Skyloom Global Corp. è, invece, una startup statunitense da tenere sotto osservazione che si occupa specificamente di comunicazioni ottiche Spazio-Terra. Skyloom non è ancora quotata in Borsa, ma potrebbe farlo in seguito. Per ora ha stretto una collaborazione con Officina Stellare (una lettera d’intenti) che dovrebbe portare alla nascita della joint venture Skyloom Europe. Il progetto prevede un impianto produttivo da stabilire nella Regione Veneto.

Nello specifico, Skyloom si occupa di creare piccoli nodi di comunicazione ottica in orbita geostazionaria intorno alla Terra, allo scopo di garantire bassa latenza ed elevata capacità di trasmissione dati per le costellazioni LEO e oltre.

Investire in Optical communication quale scenario è realisticamente più promettente?

Chi decidesse di investire in optical communication deve tenere in considerazione i limiti fisici di questo tipo di comunicazioni ottiche. La luce solare diurna e le nuvole sono un grande ostacolo all’optical communication Terra-Spazio e viceversa.

Dunque è plausibile immaginare che lo sviluppo maggiore riguarderà le comunicazioni ottiche Spazio-Spazio:

• Comunicazioni tra satelliti che orbitano attorno alla Terra o ad altro corpo celeste (Luna, Marte);
• Sviluppo di una rete di comunicazione spaziale Terra-Luna con satelliti in orbita intorno ai due corpi celesti che usano le comunicazioni ottiche.
• Comunicazioni a grandissima distanza tra satelliti in orbita attorno alla Terra e attorno ad altri corpi celesti (Giove, Saturno, Urano, Nettuno, Spazio interstellare).

Al netto di questi limiti, la NASA e l’ESA hanno effettuato un esperimento con risultato positivo che ha coinvolto la sonda Psyche della NASA e una stazione terrestre dell’ESA. La comunicazione ottica ha coperto 265 milioni di km.

Se sei interessato agli investimenti nel settore spaziale, leggi anche come investire in New Space Economy.