Storia delle comunicazioni satellitari

Nel 1948 la U.S. Army Signal Corp riuscì a far rimbalzare sulla luna segnali radar ed a riceverli nuovamente a terra. È stata la prima applicazione delle microonde per le comunicazioni spaziali.

Nel 1957 l’Unione Sovietica mandò in orbita il primo satellite artificiale: lo Sputnik, che era grande circa come un pallone da basket. Questo satellite ruotava attorno alla terra, passando sopra lo stesso punto ogni novanta minuti.

In risposta ad esso, nel 1958 gli USA inviarono prima Explorer 1 e poi Score, grazie al quale il presidente Eisenhower inviò gli auguri di Natale, primo vero messaggio via satellite.

Un satellite si dice geostazionario quando, orbitando nella cosiddetta cintura di Clarke, a 36.000 Km dalla terra, non sorge e tramonta, ma dal pianeta risulta fermo nel cielo.
I primi satelliti geostazionari furono

  • nel 1961 un satellite sperimentale della Hughes Aircraft Corporation e
  • nel 1962 il Telstar, da parte della AT&T, il quale collegò televisivamente gli USA con l’Europa, ricevendo i segnali e ritrasmettendoli a terra su frequenze diverse.

Grazie a Telstar II le olimpiadi di Tokyo del 1964 furono viste in diretta negli USA.

Oggi attorno al pianeta orbitano migliaia di satelliti, fra satelliti scientifici e satelliti utilizzati per altre applicazioni, come

  • fonia
  • dati
  • radionavigazione e radiolocalizzazione
  • operazioni militari/intelligence (i cosiddetti satelliti spia)

I satelliti per la televisione sono in orbita geostazionaria (con un solo satellite si serve ad esempio tutta l’Europa). Inoltre, rispetto all’analogico, grazie al digitale si possono avere più canali audio/video (bouquet) sulla medesima frequenza.
Altri satelliti per le comunicazioni si trovano ad orbite più basse; in tal modo:

  • riducono sensibilmente il ritardo nelle trasmissioni, ma
  • necessitano di una costellazione di satelliti (per dare copertura continua e omogenea)

Funzionamento di base della comunicazione via satellite

I componenti fondamentali sono

  1. la stazione trasmittente, in cui il segnale da trasmettere viene amplificato e inviato nello spazio per mezzo di un paraboloide trasmittente di grande diametro
  2. il satellite, che riceve i segnali inviati dalla stazione di terra e li ritrasmette, ad una frequenza portante inferiore a quella di ricezione, così da non interferire con il segnale in arrivo; il ricetrasmettitore che compie queste operazioni (ricezione e trasmissione) prende il nome di transponder; i segnali (ricevuti e ritrasmessi) si dicono downlinked. Ogni satellite ha una footprint: una zona di copertura all’interno della quale il suo segnale è ricevibile delle antenne di terra. Il segnale è più forte al centro della footprint e si fa sempre più debole spostandosi verso i suoi estremi.
  3. la stazione ricevente, che è posta a terra ed è formata da un’antenna a paraboloide (impropriamente detta “parabola”) che convoglia il segnale su un illuminatore/LNB (Low Noise Block Downconverter) che amplifica il segnale ricevuto e lo invia con una frequenza più bassa al ricevitore/decoder che converte a sua volta i segnali audio/video/dati a seconda dell’applicazione.

Fonia e dati satellitari

La telefonia satellitare, permette di parlare da e verso qualunque punto del pianeta, senza la necessità di ripetitori di terra, a differenza della telefonia cellulare.

INMARSAT (INternational MARitime SATellite organization) è il primo gestore delle comunicazioni satellitari, marine e terrestri, è stato creato alla fine degli anni ‘50 del secolo scorso come organizzazione parastatale, e sponsorizzato da circa 80 nazioni.

Altri gestori (corrispondenti ad altri sistemi) sono ad esempio THURAYA o IRIDIUM.

Come funziona la rete satellitare che permette di telefonare? Ad esempio IRIDIUM, ha realizzando una rete telefonica digitale a copertura mondiale, attraverso la messa in orbita di una rete di 66 satelliti che orbitano su traiettorie ellittiche attorno alla Terra, collocati su 6 piani orbitali differenti, a 780 km di altezza (in orbita, dunque, non geostazionaria); ogni satellite pesa poco meno 700 kg ed impiega poco più di un’ora e mezza per compiere un giro completo intorno al nostro pianeta.

STARLINK si concentra sulla trasmissione dati (accesso a Internet) e ha puntato sulla diminuzione dei tempi di latenza (ritardi) tipici della connessione satellitare; questo ha portato alla necessità di avere un numero molto più alto (migliaia) di satelliti, ma ha permesso di avere un servizio di connettività paragonabile a quello della fibra ottica.

Radiolocalizzazione e radionavigazione satellitari

Oltre ai servizi di telecomunicazione (fonia e dati per sistemi fissi o mobili) e di diffusione televisiva, sono stati realizzati sistemi di radiolocalizzazione e radionavigazione via satellite, utilizzabili per attività diverse, dall’aviazione civile alla marina militare, dalla protezione civile al turismo.

Nel dicembre 1993 il Dipartimento della difesa americana (DoD) ha messo in funzione il sistema GPS (Global Positioning System). Originariamente studiato e progettato esclusivamente per applicazioni militari (Guerra del Golfo), il GPS è un sistema di radiolocalizzazione e di posizionamento costituito da una costellazione di 24 satelliti in orbita circolare, a 20.000 Km di altezza. Il GPS è in grado di fornire con una precisione di pochi metri (precisione che aumenta per le applicazioni militari) la posizione di un oggetto (in latitudine e longitudine) ad una stazione ricevente, posta in un qualunque punto del nostro pianeta.

Oggi tutti noi sfruttiamo il GPS per una delle più diffuse applicazioni su smartphone: il navigatore.

Immagine di SpaceX da Pexels