La rete GPS europea Galileo

approfondimento
rete satellitare europea GPS
G . A . L . I . L . E . O
Rodolfo Parisio
Voluto dai paesi
dell’'UE, ci rivelerà
dove siamo e
scopriremo che per
realizzarla si sta
sfidando la tecnologia
americana, il GPS!
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dicembre 2004
Selle nostre teste stà per sorgere
una nuova costellazione satellitare.
Esattamente tra il 2005 e il 2008
spunteranno infatti i 30 satelliti della rete satellitare europea GALILEO. Serviranno per la navigazione,
atterraggi aerei alla cieca e per la
localizzazione. Con questo progetto
l'Europa ha deciso di sfidare il monopolio del Gps (vedi articolo "La
rete satellitare GPS", E.F. n°???) il
Global Positioning System e rendersi indipendente e competitiva in
un settore di servizi tra i più importanti e redditizi del prossimo futuro.
approfondimento
Tr a
qualche anno
infatti quasi
tutte le autovetture monteranno di serie lettori satellitari.
Tecnologicamente ovviamente più nuova e
avanzata del concorrente
americano e russo (la rete militare GLONASS) – che tra l’altro
non possono considerasi sufficientemente “sicure” – visto che in caso di conflitti o decisioni arbitrarie
di difesa nazionale interna possono
variare dei parametri e rendere la
precisione degli apparati di terra
da pochi metri a centinaia di metri
di precisione! Invece Galileo sarà
la rete di satelliti di navigazione più
precisa e sofisticata del mondo e
anche la prima a essere stata creata a scopi civili e commerciali, a
differenza appunto dei due sistemi
militari russo e americano. Nati per
individuare e indirizzare i propri
missili i due sistemi a cui Galileo
farà concorrenza sono sotto il controllo delle due singole nazioni proprietarie, mentre Galileo nasce da
un progetto dei 15 ministri dei trasporti dei paesi dell’unione europea. Nasce quindi come un progetto federativo, realizzato in collaborazione con ESA, agenzia spaziale
europea e dall’Unione Europea. Anzi, è la prima vera infrastruttura comune costruita dall’Europa. Fortemente ostacolata dall’amministrazione Bush – come è ovvio, temeva
di perdere il monopolio – ora si
pensa che tra
qualche anno potremo scegliere a
quale rete satellitare
rivolgerci, così come ora
facciamo comunemente
con i gestori di telefonia mobile. Ricordiamo poi che la precisione del sistema Galileo sarà di
circa 1 metro mentre il sistema
Gps, per ammissione degli stessi
americani, non è completamente
affidabile perché i suoi dati non sono costantemente aggiornati e possono avere margini di errore addirittura di ben 2 ore! Tutto ciò fa si
che gli aerei, per esigenze di sicurezza (vedi anche la FAA americana), utilizzino il sistema Gps statunitense soltanto in fase di navigazione e NON nelle manovre di atterraggio vicino agli aeroporti, circostanze nelle quali è meglio fare uso
dei classici sistemi in uso in precedenza. Galileo superà finalmente
questa “grave” difficoltà e può essere utilizzato in ogni fase, un vero
salto di qualità, favorito anche dal
fatto che approssimazione del progetto europeo, rispetto all’ormai
obsoleto sistema americano, scende da 15-20 metri a 1 solo metro. Il
progetto, come riferiscono alla Alenia Spazio, è praticamente finito
anche se “resta sempre migliorabile”.
FUNZIONAMENTO
Sono passati ormai ben trent’anni
dai primi sistemi di localizzazione
satellitare per assistere gli spostamenti delle navi e aerei militari
americani. Con il passare del tempo hanno trovato sempre più applicazioni civili.
Il sistema GALILEO si basa su tre
componenti principali:
• I 30 satelliti spaziali;
• Il controllo terrestre;
• I ricevitori
Ma analizziamo in dettaglio questi
tre elementi.
dicembre 2004
I SATELLITI
La rete Gps, come ricorderete, ne
utilizza solo 24 in orbita geostazionaria, mentre la nuova rete Galileo
appunto ben 30. Ogni satellite è
equipaggiato a bordo con un orologio atomico, invia sulla Terra segnali radio alla velocità della luce
(i canonici 300.000 Km/s). Il segnale trasmesso contiene anche l’orario in cui è stato trasmesso. Molto
ma molto semplicisticamente (me
ne scuseranno i più esperti) il tutto
si basa sul concetto della “triangolazione” cioè con un solo satellite
la posizione non sarebbe localizzabile, con due satelliti avremmo 2
punti dove probabilmente ci troveremmo, mentre con tre satelliti, ricevibili dal nostro RX, avremmo finalmente il punto esatto della nostra posizione con una approssimazione stimata di circa 1 metro
come già detto.
IL CONTROLLO
Sono 14 le stazioni radio disseminate in diversi punti del nostro pianeta. Esse seguono i satelliti e ne
La Federal Aviation
Administration fornisce un
sistema aerospaziale globale
che contribuisce alla
sicurezza nazionale e dello
spazio aereo degli Stati Uniti.
La FAA è l’autorità principale nella
Comunità aerospaziale internazionale.
Il logo della Glonass, la rete
militare americana che per
prima sfruttò il satellite e la
tecnologia GPS
La missione
dell’EEuropean
Space Agency
consiste nello
sviluppo delle
capacità spaziali europee. Gli stati membri
dell'ESA sono 15. La loro unione permette di
intraprendere progetti e attività superiori a
quelli possibili alle singole nazioni europee, e
di porre allo stesso tempo un polo scientifico
forte in contrapposizione a quello americano.
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farsi trovare vedi i recenti telefonini Gsm con ricevitore Gps integrato) è un esigenza sempre più diffusa e in molti casi anche di sicurezza. Già ora il traffico aereo mondiale andrebbe in crisi senza un
sistema di localizzazione sicuro,
che permetta di conoscere con
precisione gli spostamenti e le
modificano le orbite (correzione di
rotta, apogeo, perigeo) e se necessario li disattivano.
IL RICEVITORE
Confronta l’ora di emissione del segnale lanciato dal satellite in orbita con quella di ricezione (ricordate che a bordo hanno orologi atomici precisi al miliardesimo di secondo!) è appunto lo scarto infrazioni di secondo tra i due orologi
che calcola la distanza dai satelliti
(ne occorrono almeno 4). E, con la
triangolazione sopra esposta, ne
determina la sua posizione.
NOTE TECNICHE
Il sistema sarà basato su una costellazione di 30 satelliti che si
muoveranno in sincronia fra loro,
distribuiti equamente in 3 orbite a
ben 22.000 Km dalla Terra (quindi
un po’ meno dei classici 36.000 Km
dei geostazionari). I loro segnali
radio, insieme alla rielaborazione
che ne faranno le 14 stazione terrestri, che forniranno la lettura
precisa della posizione di qualunque oggetto, anche in movimento,
a condizione che sia dotato di un
particolare ricevitore. Entro il 2008
ne saranno dotati anche i telefonini GSM e UMTS.
ARTEMIS
È uno dei satelliti che farà parte
della “squadra” ed è già in orbita
dal luglio 2001, anche se non è sistemato proprio dove si vorrebbe.
Artemis è una stazione radio destinata ad affiancare il sistema Galileo rendendone ancora più precise
le informazioni. Ed è incappato in
un imbarazzante infortunio: progettato sempre dalla Alenia Spazio
italiana, è stato spedito in orbita il
18 luglio dell’anno scorso da un
équipe francese che ha sbagliato
orbita, collocandolo in una troppo
bas sa per fargli svolgere appieno
le funzioni a cui è dedicato. Ora in
questi mesi si sta tentando di correggerne l’orbita ma ci vorrano
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Sopra: il satellite Artemis durante le fasi di prova
che hanno preceduto il lancio nel Luglio 2001
mesi di lavoro. Ciò comunque non
compromette i tempi previsti per il
programma Galileo.
UTILIZZI
Una sfida dai costi rilevanti circa
3,3 miliardi di Euro solo per progettare, costruire e lanciare i 30 satelliti e per gestirne funzionamento e
applicazioni. I vantaggi economici
promessi dal nuovo sistema sono
però altrettanto cospicui nell’arco
di dieci anni il tempo di vita medio
delle apparecchiature nello spazio
(vedi articolo "La sonda spaziale
Rosetta", E.F. n°????). Si parla di ritorni finanziari pari a cinque volte
l'investimento iniziale! Inoltre è
prevista la creazione di oltre
100mila nuovi posti di lavoro, quasi
tutti nel settore ad alta qualificazione tecnologica. In una società
complessa come la nostra, dove
ormai il movimento è continuo e
globale, seguire e gestire spostamentidi uomini e cose in realtà è
diventato essenziale, trovare (e
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Sopra: il ponte Tsing Ma a Hong Kong, è monitorato
giorno e notte da un sistema GPS che ne controlla le
oscillazioni. È il più grande ponte del mondo
rotte relativi dei veicoli in volo.
Ma la localizzazione satellitare è
un prezioso strumento di lavoro anche per i tecnici e scienziati che
devono tenere sotto controllo il
territorio. A Hong Kong per esempio il ponte Tsing Ma, il più lungo
ponte sospeso del mondo, è monitorato 24 ore su 24 grazie a una rete di sensori Gps che segnalano
eventuali oscillazioni pericolose.
Negli Stati Uniti invece un team di
geologi ha utilizzato il Gps per studiare le eruzioni del vulcano Carrizozo, in Nuovo Messico. I satelliti
hanno permesso di ricostruire una
mappa fedelissima di una colata
lavica lunga più di 40 chilometri!
Da questi dati i scienzati sono riusciti a risalire alla viscosità della
lava e quindi alla composizione e
tutto questo con dei semplici dati
ricavati dal Gps. E per finire gli
oceani, anch’essi osservati dal
cielo: con il Gps è possibile misurare eventuali cambiamenti nei loro livelli, dovuti ad esempio allo
approfondimento
scioglimento dei ghiacciai da riscaldamento globale. Mentre su
scala ridotta i sistemi di localizzazione via satellite sono all’opera
nella gestione del traffico urbano
ormai in molte nostre città italiane.
Il sistema di semafori intelligenti di
Sotto: le varie fasi di costruzione del satellite
Galileo
Bologna, per esempio, si
basa sul controllo della
posizione degli autobus
sul territorio, grazie alla
quale è possibile dare la
precedenza ai mezzi
pubblici nell’attraversamento degli incroci.
La navigazione satellitare sta invadendo anche il trasporto privato (molte
flotte di TIR usano antifurti abbinati a trasmettitori Gps). Entro il 2005
un’automobile su tre avrà a bordo
un ricevitore satellitare collegato a
un computer ma a fine decennio la
percentuale di vetture in grado di
conoscere ogni istante la propria
posizione all’interno di mappe interattive su cd-rom o dvd potrebbe
essere si stima fino al 100 per cento. Alcuni reparti dell’Arma dei Carabinieri sono dotati di computer
palmari che, oltre all’accesso alle
banche dati della centrale operati-
loro oppure quella relativa ai vari
compagni in azione con loro.
Proprio la gestione dei “trasporti
intelligenti” sarà uno dei servizi di
punta di Galileo che come abbiamo
già visto porterà rientri di cinque
volte superiori agli investimenti iniziali, e a noi utenti finali ci permetterà di individuare percosi più rapidi e meno trafficati. Ma la rete di
satelliti europei ci informerà anche
dove sono i ristoranti e le attrazioni turistiche più vicine a noi e un
domani sarà la
base dei veicoli
a guida “automatica”. In realtà l’elenco delle
sue possibili applicazioni è infinito. Dalle telecomunicazioni
all’energia, dalla
finanza alla sanità all’agicoltura,non c’è settore che non finirà
per esserne influenzato. Il controllo della posizione permetterà di monitorare “qualsiasi”
Il progetto Galileo prevede che entro il 2008 saranno 30 i satelliti che
guideranno e coordineranno gli spostamenti dei mezzi di aria, terra e mare cosa si muova, e
magari non dova della Benemerita permettono, vrebbe: l’argine di un fiume minacgrazie al Gps, di sapere dove sono ciato dalla piena, un terreno in
le singole pattuglie. Stesso discor- smottamento, ma anche un carico
so è implementato nelle speciali vi- di rifiuti diretto a una discarica
siere implementate sui caschi dei abusiva. I mezzi di soccorso usemarines americani, con visualizza- ranno le informazioni dei satelliti
zione sugli stessi della posizione Galileo per localizzare le persone
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approfondimento
in pericolo, le forze dell’ordine per
scovare i criminali e recuperarne i
beni rubati, mentre i non vedenti potranno usarle come strumento di guida. Per non citare delle centinaia di
possibili interazioni con i computer e
telefonino che le renderanno strumento di uso quotidiano. Diventerà
come la consultazione dell’orologio,
sapremo in ogni istante e luogo dove
ci troviamo come sapere l’ora e non
bisognerà aspettare un lontano futuro (lontano infatti secondo gli esperti). Entro il 2010 gli utenti dei servizi di
navigazione satellitare globale saranno un miliardo e ottocentomilioni.
È di questi giorni (marzo 2004) la notizia di una grande “vittoria” per Italia
e Galileo; infatti l’Unione Europea e
gli USA hanno trovato finalmente un
accordo sulla convivenza fra le due
Reti satellitari !
Bibliografia:
• ESA ente spaziale europeo
• Alenia Spazio
• The Galileo Space Project - UE
Risorse on-line
• EC Galileo
http://europa.eu.int/comm/dgs/ene
rgy_transport/galileo/
• ESA Navigation
www.esa.int/esaNA/index.html"
• ESA EGNOS
www.esa.int/esaNA
• ESA EGNOS for Professionals
http://esamultimedia.esa.int/docs/
egnos/estb/egnos_pro.htm
• 6FP
www.cordis.lu/fp6/activities.htm
• Galileo Joint Undertaking
http://www.galileoju.com"
[email protected]
Alcuni dei prossimi utilizzi del GPS: via terra, mare e
cielo avremo sempre la possibilità di essere localizzati
con una precisione nell’ordine dei centimetri!
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UN PO’ DI STORIA
Galileo Galilei (Pisa, 15 febbraio 1564)
Spinto a studiare medicina proprio come un loro
avo, quel Galileo Bonaiuti che nel XV secolo si era
distinto nell’arte medica ed in onore del quale un
ramo della famiglia aveva preso il nome di Galilei,
il giovane Galileo era sempre più attratto dalla
matematica e dalla filosofia e sempre meno
dalla medicina.
Tra l’83 e l’86 determinò il peso specifico dei
corpi tramite un congegno chiamato ‘bilancetta’.
Nel 1589, nonostante non fosse laureato, ottenne
la cattedra di Matematica all’Università di Pisa,
dove rimase 3 anni, durante i quali scoprì la
legge di caduta dei gravi.
Dal 1609 cominciò a perfezionare ed usare il
cannocchiale come strumento per le osservazioni
astronomiche; i miglioramenti che lo scienziato
vi apportò inaugurarono l’epoca delle grandi
scoperte astronomiche. I 4 maggiori satelliti di
Giove, le montagne ed i crateri della Luna, le
macchie solari, fenomeni fino ad allora sconosciuti
che destarono meraviglia ed ammirazione nel
mondo (Keplero riconobbe e confermò l’importanza
delle scoperte di Galilei), ma anche ostruzionismo
ed astio da parte della Chiesa e degli aristotelici.
Nel 1616 il Sant’Uffizio giudicò le sue opinioni
offensive nei confronti della Bibbia e gli fu
intimato di non professarle più. Galileo continuò
tuttavia ad approfondire ed ampliare i suoi studi.
Nel 1632 pubblicò il “Dialogo sopra i 2 massimi
sistemi del mondo”, testo fondamentale per la
scienza moderna in cui Galileo esaltava l’astronomia
copernicana a discapito di quella tolemaica.
Nel 1633, Galileo venne processato e condannato
al carcere a vita dal Sant’Uffizio, una pena da cui
poté salvarsi solo abiurando le sue teorie.
Morì a Firenze l’8 gennaio 1642, circondato da
pochi allievi e nella quasi totale cecità.
La Chiesa Cattolica ha formalmente assolto dalla
accusa di eresia Galileo Galilei solo nel 1992,
trecentocinquanta anni dopo la sua morte.