Satellite Artificiale: Come Funziona e Come Viene Utilizzato

Un cenno storico (Sputnik I e corsa allo spazio).

Ci capita di osservare qualche scia luminosa sfrecciare in cielo durante il tardo crepuscolo o nelle ore notturne, pensando sia una remota stella cadente. E magari esprimiamo un desiderio. A volte è così, ma in altri casi si tratta di un satellite artificiale. Ti sei mai chiesto come funziona un satellite? Un satellite artificiale è qualsiasi oggetto non naturale che orbita attorno ad un corpo naturale, ad esempio il nostro pianeta Terra. Il primo satellite artificiale fu lanciato in orbita nel 1957, si trattava del veicolo sovietico Sputnik I, lanciato dai sovietici per dimostrare al mondo, ma soprattutto agli Stati Uniti, che loro avrebbero vinto la corsa allo spazio. Se da un lato mancavano pochi anni alla costruzione del Muro di Berlino (1961), d’altro canto lo spazio affascinava l’umanità per la sua assenza di confini. L’orbita terrestre era un primo importante passo verso il cammino spaziale. Sputnik I era dotato di una massa pari a 83kg e possedeva una forma sferica. Era grande quanto un pallone da calcio: metaforicamente l’uomo riuscì a calciare dalla superficie terrestre fino a fare goal nello spazio.

Il Primo Lancio

Il lancio del primo satellite artificiale fece subito comprendere all’URSS ma anche alle altre potenze mondiali le potenzialità militari e civili dei satelliti artificiali: impiego meteorologico, astronomico, intercettazione di missili intercontinentali e via dicendo. Un mese dopo seguitò Sputnik 2, celebre per ospitare un essere vivente a bordo, il famoso cane Laika (lett. Piccolo abbaiatore). Fu il primo animale nella storia ad orbitare intorno alla Terra. Il 31 Gennaio 1958 toccò all’Explorer-1, primo satellite artificiale degli Stati Uniti.

Poco più di trent’anni dopo, nel 1990 venne lanciato uno dei più grandi successi satellitari: il telescopio spaziale Hubble, il quale ci consentì di osservare lo spazio profondo senza filtri o disturbi meteorologici tipici del nostro pianeta. Ad oggi i satelliti attivi in orbita sono più di 4000, di strada ne abbiamo fatta tanta e, anzi, una problematica sempre più diffusa è quella dei detriti spaziali, ma questa è un’altra storia. Adesso cerchiamo di capire come funziona un satellite artificiale.

Come funziona un Satellite.

Rispetto allo Sputnik I, i satelliti degli ultimi decenni hanno una struttura più complessa. Un satellite viene spedito nello spazio per mezzo di un razzo, fino a raggiungere l’orbita terrestre. Se vi chiedete come mai non precipita sulla Terra, la risposta è la seguente: è dovuto dalla curvatura terrestre, perciò rimane alla stessa altezza da cui è stato lanciato. In sostanza la forza centrifuga viene bilanciata dall’attrazione gravitazionale terrestre. Questi oggetti ampiamente sofisticati sono dotati di diverse strumentazioni, tutto dipende dalle sue funzioni. Possono possedere una macchina fotografica, un telescopio, dei sensori. Ciononostante, i satelliti artificiali condividono alcune caratteristiche:

• Sono dotati di antenne che consentono di inviare e ricevere dati.
• La loro fonte energetica è il sole, infatti tutti sono dotati di pannelli solari e di una batteria interna, utile nei casi in cui le fonti solari sono deboli, ad esempio quando è in ombra. I pannelli hanno una lunghezza di diversi metri. Le celle solari presenti nel fotovoltaico forniscono alcuni kilowatt di potenza.
• Il nucleo madre del satellite è detto carico utile, mentre le antenne servono per la trasmissione di dati.
• Una piattaforma detta bus contiene tutti i sistemi cardine, compresi batterie, computer e propulsori.
• Hanno un radiatore che ha lo scopo di disperdere il calore dalle apparecchiature elettriche, così da evitare danni ad esse.

Quattro Tipi di Orbite

Oltre alle caratteristiche in comune dei satelliti, esistono quattro tipi di orbite intorno alla Terra che ospitano i satelliti. L’orbita terrestre bassa ospita la maggioranza dei satelliti, più di 3000. La stessa Stazione Spaziale Internazionale è un satellite dalla struttura complessa capace di ospitare astronauti. Gran parte vengono usati per le comunicazioni e per i sistemi satellitari di telerilevamento. Qui si trovano i satelliti SpaceX Starlink, la Stazione Spaziale Internazionale e il Telescopio Spaziale Hubble. I restanti satelliti sono collocati nelle altre tre orbite, cioè quelle più lontane dalla Terra. I satelliti hanno diversi impieghi: impiego civile, militare e spaziale. Vediamoli nel dettaglio.

Diverse funzioni dei Satelliti:

Impiego civile

I satelliti possono osservare una larga porzione del pianeta, ciò consente a chi di dovere di raccogliere dati e segnali video rapidamente, in genere più velocemente rispetto alle apparecchiature a livello del suolo. Nell’impiego civile, è utile per i servizi meteorologici e climatici.

SATELLITI METEOROLOGICI

Dal cellulare o dal televisore possiamo rimanere aggiornati sul meteo: con un certo grado di approssimazione possiamo capire se sarà soleggiato, se pioverà, quanto forte sarà il vento e altri dettagli del meteo. Per ricoprire l’intera superficie terrestre sono necessari 5 satelliti metereologici, quelli europei vengono nominati Meteosat. I meteorologi utilizzano i dati provenienti dai suddetti satelliti per raccogliere informazioni meteo-atmosferiche su ampie zone della Terra, in modo tale da avere a disposizione un ampio quadro della situazione meteo. Tra l’altro le previsioni, grazie ai satelliti metereologici, diventano in tempo reale (nowcasting). A loro volta, si dividono in due categorie: satelliti geostazionari e polari. Quelli geostazionari sono in sincronia col moto del pianeta, a circa 36000 km di distanza. Inviano immagini di zone ampie,come nel caso di un uragano o grandi masse di nubi che attraversano il suolo europeo. Invece quelli polari si trovano a 800 km di distanza dalla Terra, e percorrono un’orbita intorno ai poli con lo scopo di inviare immagini più nitide ma di aree più ristrette.

SATELLITI GPS

Quando Google Maps ci chiede di attivare il GPS per geolocalizzarci è perché il nostro smartphone si collega ad una vasta rete satellitare, chiamata appunto GPS, ovvero Global Positioning System. È un sistema di posizionamento permesso dai satelliti in orbita. Utilissimo nell’impiego civile, viene usato dai mezzi di trasporto e dalle persone. Attraverso una rete satellitare, fornisce ad un dispositivo GPS le sue coordinate geografiche, sul suo orario e in qualsiasi zona, al di là delle condizioni meteorologiche. Vengono impiegati anche nelle segnalazioni di incidenti, infortuni ed incendi. Vengono usati pure per la sincronizzazione dell’orario, nelle applicazioni topografiche e per certe attività sportive.

SATELLITI INTERNET GLOBALE

Un esempio famoso è la costellazione di satelliti miniaturizzati ad orbita bassa Starlink, dal produttore americano SpaceX. Garantisce l’accesso a internet satellitare globale in banda larga a bassa latenza. In sostanza ci colleghiamo ad internet attraverso satelliti di telecomunicazione. L’Italia è in stato Beta dal Settembre 2021.

Impiego militare

Lo spazio strategico è sempre stato un punto fondamentale dei satelliti, sin dagli albori, all’alba della Guerra Fredda. I satelliti artificiali trovano certamente un loro impiego nel campo militare, soprattutto per la difesa di un territorio. Ma vale anche per l’offensiva: infatti alcuni missili sfruttano i satelliti GPS per geolocalizzare al meglio l’obiettivo, con un margine di precisione del 50%. Ai satelliti per la navigazione viene delegato il compito di individuare la posizione del bersaglio. I missili stessi vengono equipaggiati con dei ricevitori dati che permettono una più corretta traiettoria. Dopo le recenti escalation della guerra russo-ucraina, gli USA si sono decisi a sviluppare satelliti sofisticati atti a contrastare possibili missili intercontinentali ed ipersonici. Infatti per i vecchi satelliti intercettare un missile ipersonico è davvero un’impresa titanica.

Oltre ai missili, un satellite militare risulta utile nelle operazioni di monitoraggio dei corpi presenti in un campo ristretto, calibrazione radar e comunicazioni militari. Un termine usato nel gergo militare è quello di dual use: un satellite può essere usato sia a scopo civile che militare.

Impiego spaziale.

L’impiego spaziale è quello più ambizioso. E certamente quelli più riconosciuti nell’immaginario collettivo sono i telescopi spaziali come Hubble e James Webb. Hanno lo scopo di osservare pianeti, galassie, stelle e altri corpi celesti, in modo tale da approfondire le ricerche del cosmo. Dopotutto, siamo degli insaziabili curiosi. Chiaramente un telescopio nello spazio non soffre degli stessi problemi di quello terrestre, come l’aberrazione ottica e l’inquinamento luminoso. Proprio di recente il telescopio spaziale James Webb ci ha regalato una delle immagini più meravigliose del cosmo: I Pilastri della Creazione.

I telescopi spaziali ad onor del vero hanno anche alcuni svantaggi, tra cui l’alto costo, l’impossibilità di essere sostituito e una breve vita operativa. Una curiosità: il MOST è il telescopio spaziale più piccolo del mondo, grosso quanto una grande valigia!

Conclusione.

I satelliti artificiali ne hanno fatto di strada dal lontano 1957. E nei prossimi decenni evolveranno, diventando sempre più sofisticati ed efficienti. I loro impieghi come abbiamo potuto constatare sono molteplici, dimostrando come gli investimenti per lo spazio non siano soldi buttati come alcuni pensano, anzi, hanno migliorato e continuano a migliorare le nostre vite. Certo, dovranno essere pure sostenibili, altrimenti incrementerà il problema dei detriti spaziali, un problema tra l’altro alla base di un capolavoro di fantascienza hard, Planetes, un manga realistico. L’Agenzia Spaziale Europea sta appunto lavorando a dei veicoli dal design innovativo, a ridotto impatto ambientale, in grado di risolvere il problema, o comunque, ridurlo il più possibile. Chissà, un giorno potremo avere satelliti roteare l’orbita di un Marte colonizzato. Solo il tempo ce lo dirà. E la nostra inarrestabile curiosità.