Bologna, progetto HELIOS: nuove soluzioni per comunicare con le sonde

Un sistema di simulazione avanzato capace di riprodurre con precisione i collegamenti radio tra la Terra e una sonda spaziale anche quando il Sole interferisce con le trasmissioni. È il risultato raggiunto dal progetto HELIOS, coordinato dall’Università di Bologna e promosso dall’Agenzia Spaziale Europea, che ha permesso ai ricercatori di individuare nuove soluzioni per mantenere più affidabili le comunicazioni con i veicoli spaziali durante le cosiddette congiunzioni solari.

Il problema delle comunicazioni quando la sonda passa vicino al Sole

Le difficoltà emergono quando, osservata dalla Terra, una sonda impegnata nell’esplorazione del sistema solare appare molto vicina al Sole. In questa configurazione, conosciuta come congiunzione solare, il plasma emesso dalla nostra stella e il vento solare possono interferire pesantemente con i segnali radio utilizzati per inviare comandi e ricevere informazioni.

Il fenomeno può compromettere la qualità dei dati trasmessi oppure rendere rischioso l’invio di istruzioni verso il veicolo. Per evitare errori, durante queste fasi le missioni spaziali ricorrono spesso a procedure particolarmente prudenti, arrivando a collocare le sonde in una condizione operativa ridotta, simile a un’ibernazione. Il problema è che una congiunzione può protrarsi da alcuni giorni fino a diverse settimane, limitando per un periodo significativo le normali attività scientifiche e operative.

«Quando una sonda spaziale si sposta sul lato opposto del Sole rispetto alla Terra, inviare e ricevere comunicazioni diventa molto difficile o addirittura impossibile», ha spiegato Paolo Tortora, professore del Dipartimento di Ingegneria Industriale dell’Alma Mater e coordinatore del progetto HELIOS.

Un simulatore per testare i collegamenti nelle condizioni più difficili

HELIOS, acronimo di Highly rEliable Links durIng sOlar conjunctionS, è nato proprio per studiare tecnologie capaci di ridurre le interruzioni delle comunicazioni durante queste particolari configurazioni astronomiche. Il gruppo di ricerca ha sviluppato un sistema in grado di simulare dettagliatamente sia il collegamento dalla Terra verso la sonda sia quello nella direzione opposta.

Attraverso queste simulazioni gli studiosi hanno potuto esaminare differenti architetture di comunicazione in radiofrequenza, verificandone comportamento, resistenza alle interferenze e affidabilità in numerosi scenari. Il modello consente quindi di riprodurre condizioni operative che sarebbero difficili da sperimentare direttamente durante una missione reale e di individuare con maggiore precisione i punti nei quali il collegamento rischia di deteriorarsi.

Secondo Tortora, la possibilità di ricostruire nel dettaglio le trasmissioni ha consentito di valutare «la solidità dei collegamenti in tutte le possibili condizioni», facendo emergere le principali criticità e permettendo al gruppo di elaborare diverse opzioni tecnologiche per estendere la disponibilità delle comunicazioni anche in situazioni nelle quali oggi un collegamento stabile non può essere garantito.

Le soluzioni sviluppate dal progetto HELIOS

Il lavoro potrebbe avere conseguenze dirette sulla progettazione delle future missioni interplanetarie. Ridurre i periodi nei quali una sonda deve limitare le proprie attività permetterebbe infatti di mantenere un contatto più continuo con la Terra, aumentando le possibilità di ricevere dati scientifici e intervenire sul veicolo durante alcune delle fasi più delicate della missione.

I risultati della ricerca sono stati pubblicati sulla rivista scientifica Radio Science nello studio intitolato “HELIOS - Highly rEliable Links durIng sOlar conjunctionS”. Per l’Università di Bologna hanno partecipato al progetto Aurel Zeqaj e Paolo Tortora, del Dipartimento di Ingegneria Industriale, insieme a Enrico Paolini, del Dipartimento di Ingegneria dell’Energia Elettrica e dell’Informazione “Guglielmo Marconi”.

Il nuovo sistema di simulazione offre così ai ricercatori uno strumento per analizzare prima della missione il comportamento dei collegamenti radio in presenza delle interferenze solari e valutare configurazioni capaci di mantenere più a lungo il contatto tra i centri di controllo terrestri e le sonde impegnate nello spazio profondo.