Pronto il satellite meteo di terza generazione per prevedere eventi estremi “fino a 3-5 ore prima”. Nel suo cuore un cacciatore di fulmini

• di 30science per Il Fatto
• 7 Dicembre 2022

Sarà sempre estremamente complicato riuscire a prevedere fenomeni improvvisi e catastrofici come quelli che hanno devastato il distretto di Cantiano nelle Marche o quelli che hanno innescato la frana di Ischia, ma certo con questi nuovi satelliti Meteosat Third Generation (MTG) aumenterà, è di molto, la capacità di leggere e interpretare le evoluzioni del meteo. Soprattutto a breve termine. “Quello che speriamo è che sia possibile avere previsioni e breve termine”, e a breve termine si intende possibilmente “fino a 3-5 ore prima” dell’evento meteo estremo ha detto Silvia Puca del Dipartimento della Protezione Civile nel corso della conferenza stampa al Centro Spaziale di Telespazio al Fucino (L’Aquila). Il lancio del primo dei nuovi satelliti – MTG 1 – è previsto per la serata del prossimo 13 dicembre a bordo di un razzo Ariane 5 dalla base Spaziale di Kourou nella Guyana Francese. Dopo una delicata fase di messa in orbita geostazionaria e di avvio dei sistemi di bordo, il Centro di Controllo del Fucino sarà pronto per affidare a Eumetsat il satellite che cominciare a testare i suoi strumenti.

“Ci vorrà ancora qualche mese perché sia pienamente operativo – ha spiegato Paolo Ruti chief scientist di Eumetsat – ma pensiamo che per la fine dell’estate i dati di MTG-1 saranno pronti per un impiego operativo”. Le aspettative legate a questa nuova missione sono alte. I nuovi satelliti infatti avranno una capacità di analizzare i dati molto più veloce di quelli di seconda generazione riducendo il tempo di passaggio sull’Europa a soli2, 5 minuti contro i 10 attuali, e potranno leggere l’atmosfera con strumenti molto più precisi. Ruti ha sottolineato ancora che il satellite Mtg-1 “ha una capacità di immagini ad altissima risoluzione”, è, ha detto l’esponente di Eumetsat, “come spedire a 36mila chilometri da noi macchine fotografiche in grado di scattare immagini ad altissima precisione per capire le nubi basse, la velocità del vento, identificare ad una risoluzione di 1 chilometro incendi boschivi”. “Se abbiamo previsioni a pochissime ore, avremo dati strategici per eventi come la calamità di Ischia” ed è facile comprendere cosa “si guadagna” da queste informazioni. “Avremo anche osservazioni ogni 2 minuti e mezzo sull’Europa” e tutto ciò ci fa capire il cambio di passo che il satellite porterà nel settore delle previsioni meteorologiche.

“Con questo lancio, andiamo avanti oggi sia in termini di qualità, sia in termini di previsioni meteo in tempi più brevi e più precisi” ha spiegato il Direttore dei Programmi di Osservazione della Terra dell’Agenzia Spaziale Europea, Simonetta Cheli. “Dare in tempi quasi reali informazioni essenziali” sarà strategico visto che, ha spiegato Cheli, anche “il valore economico della missione” è significativo” in un mercato in cui “il 95% delle 40milioni di osservazioni che sono processate per il meteo arrivano da satelliti”. “È una realizzazione europea di grande valore” in cui c’è “un grande contributo italiano”, una realizzazione che “porterà una innovativa capacità alla meteorologia” ha detto Luigi Pasquali, Coordinatore delle Attività spaziali di Leonardo e ad di Telespazio. Il programma MTG (Meteosat Third Generation) avrà una vita operativa di circa 20 anni e comprenderà sei satelliti: 4 Imaging (MTG-I) e 2 Sounding (MTG-S). Telespazio è impegnata sin dall’inizio nello sviluppo del programma MTG, per la realizzazione e la gestione del segmento di terra, curando sia l’acquisizione dei dati, sia le operazioni di comando e controllo dei satelliti. In particolare, Telespazio fornisce a Eumetsat i servizi di lancio e messa in orbita per due satelliti (con una opzione per un terzo) della nuova costellazione MTG.

Per le operazioni di messa in orbita e trasferimento orbitale del primo MTG-I sono stati necessari 5 anni di preparazione, con il coinvolgimento di circa 40 persone di Telespazio, per le attività di progettazione del segmento di terra e della preparazione e test delle operazioni per l’esecuzione della fase LEOP. La messa in orbita di MTG richiederà il monitoraggio di decine di migliaia di parametri di telemetria per verificare il corretto stato del satellite e l’invio dei telecomandi per la configurazione degli apparati di bordo e il trasferimento in orbita geostazionaria. Questa operazione sarà effettuata mediante “spari” dei motori di bordo che dovranno essere calcolati con assoluta precisione per poter ottimizzare l’uso del propellente e massimizzare la vita operativa del satellite per la fornitura dei servizi metereologici.

Già pochi secondi dopo il lancio del satellite, i team coinvolti nelle operazioni, divisi in due gruppi, saranno impegnati 24 ore su 24 per 11 giorni fino al termine delle attività necessarie al trasferimento nell’orbita geostazionaria e alla configurazione finale del satellite. Successivamente, per dialogare con il programma MTG, Telespazio ha realizzato e reso operativo un nuovo componente del segmento di terra (Mission Data Acquisition Facility – MDAF) presso il proprio Centro spaziale del Lario (Como), la Stazione svizzera di Leuk (del partner Signalhorn) e presso il quartier generale di Eumetsat a Darmstadt, in Germania.

I satelliti geostazionari MTG invieranno a terra i dati raccolti dai sensori di bordo tramite collegamenti radio ad alta velocità in banda Ka. L’infrastruttura di terra acquisirà i dati contemporaneamente dai siti di Lario e Leuk, li analizzerà in tempo reale, per eliminare gli effetti negativi della pioggia e li invierà quindi a Darmstadt dove si realizzeranno i prodotti meteorologici finali da distribuite agli utenti. Inoltre, Telespazio ha realizzato e gestisce il sistema per la telemetria, il tracciamento e il comando dei satelliti MTG, uno al Centro spaziale del Fucino e l’altro nella stazione di Cheia (Romania) della controllata Rartel.

Cuore del nuovo satellite è però il Lightining imager, lo uno strumento in grado di fare la differenza. “Come Leonardo – ha aggiunto Pasquali – abbiamo dato un contributo molto rilevante, il satellite Mtg-1 è stato realizzato da Thales Alenia Space e Leonardo ha realizzato il ‘cacciatore di fulmini’”, il Lightning imager, strumento strategico del satellite”, in grado di “vedere” da oltre 36.000 km dalla Terra il rapido bagliore dei fulmini nell’atmosfera. Primo in Europa e unico al mondo per le sue prestazioni, il “cacciatore” di fulmini è in grado di cogliere anche un singolo fulmine nel cielo, in qualsiasi condizione di luce, sia di giorno che di notte. Non solo, la durata del fulmine più breve in grado di identificare è pari a 0.6 millesimi di secondo, cioè 1000 volte più rapido di un battito di ciglia. Soprannominato “fulminometro”, lo strumento raccoglierà i dati di oltre l’80% dell’emisfero terrestre, in particolare per l’Europa, il Nord Africa, parti dell’Asia e del Sud America. Circa 30 ingegneri e tecnici di Leonardo hanno contribuito allo sviluppo di questo strumento che è composto da 4 telescopi, con 5 lenti ciascuno. Ogni telescopio potrà acquisire fino a 500 immagini al secondo.

Una delle sfide più grandi per la realizzazione delle ottiche è stata quella di sviluppare un sistema in grado di riuscire a “vedere” il breve lampo di un fulmine anche in situazioni di luce riflessa. Per esempio, quando nello spazio il sole riflette direttamente sullo strumento o quando sulla Terra si sviluppano fulmini di giorno, magari sul mare che a sua volta riflette la luce del sole. Questo ostacolo è stato superato grazie a un sistema complesso di filtri che oscurano solo la luce di contorno e riconoscono invece quella del fulmine, insieme a sofisticate schede elettroniche capaci di calibrare la luminosità degli scatti e di ‘’autoregolarsi’’ in base allo scenario osservato. Tra le funzioni più all’avanguardia dello strumento vi è poi la capacità di selezionare autonomamente le immagini utili associabili a fulmini, grazie ad algoritmi proprietari e sistemi di “data processing”. Se lo strumento produce circa 48 Gbps di dati al secondo, le schede ridurranno di circa 1000 volte la quantità dei dati che trasmetterà (solo 30 Mbps), supportando così le stazioni a terra che riceveranno dati già “ripuliti”.

La rilevazione dei fulmini e i relativi dati poi analizzati, forniranno un prezioso supporto allo studio delle previsioni meteo a breve termine, come rilevare tempeste violente nelle fasi iniziali, e aiuteranno a comprendere l’influenza di tali fenomeni verso i cambiamenti climatici nell’atmosfera. Allo stesso tempo, il “cacciatore di fulmini” ricoprirà un ruolo fondamentale anche per la sicurezza del traffico aereo, dal momento che i fulmini rappresentano un alto rischio per la strumentazione di bordo dei velivoli. Leonardo realizzerà un totale di 4 lightning imager, uno per ogni satellite “imaging” di MTG. A seguito del lancio di MTG-1, Leonardo supporterà ESA, EUMETSAT e Thales Alenia Space durante le fasi di accensione e di test dello strumento in volo. È inoltre in corso di valutazione un contratto per il supporto alle operazioni in volo per tutta la durata operativa del primo satellite MTG, estendibile anche ai satelliti successivi. Intanto, nello stabilimento alle porte di Firenze, sono iniziati i lavori sui successivi tre fulminometri che avranno le stesse caratteristiche del primo e saranno consegnati nel 2023 e nel 2024. Leonardo: non solo il fulminomentro nel programma MTG – Leonardo partecipa al programma MTG anche attraverso la fornitura dei sensori di assetto stellare A-STR e con i pannelli fotovoltaici (PVA) per tutti e sei i satelliti di nuova generazione. Non solo MTG – L’innovativo Lightning Imager di MTG, progettato e realizzato da Leonardo, non è passato inosservato oltreoceano. Nell’ambito della missione GEO-X, ovvero la futura missione metereologica di NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration), Leonardo, in qualità di responsabile dello strumento, collabora con Northrop Grumman a uno dei due studi preliminari (Fase A) in gara per lo strumento Lightning Mapper, ovvero il “fulminometro” che equipaggerà il futuro satellite meteorologico dell’agenzia statunitense.

Proprio le informazioni rilevate dal cacciatore di fulmini sono molto attese a Terra soprattutto dagli esperti della Protezione civile. C’è infatti una correlazione diretta tra il numero di scariche elettriche e le precipitazioni. Inoltre lo strumento a bordo di MTG1 è in grado di rilevare anche i fulmini (e sono la maggior parte – che si scaricano all’interno dei corpi temporaleschi, cosa impossibile per gli strumenti a Terra. Questo restituisce una immagine più fedele della tempesta in atto con una risoluzione di appena un chilometro e un periodo di rilevamento di soli 2,5 minuti. Sono queste informazioni, ora non disponibili, che potranno far fare un salto anche ai modelli di nowcasting quelli cioè che sono in grado di fare previsioni a stretto giro nell’arco di 3-5 ore al massimo 12, aumentandone l’affidabilità. e sono queste le informazioni avranno la possibilità di aumentare previsioni a breve termine di eventi come quello delle Marche” ha concluso Puca.

Emanuele Perugini