FOTONICA INTEGRATA PER LO SPAZIO: SCUOLA SUPERIORE SANT’ANNA CAPOFILA DEL PROGETTO EUROPEO SPACEBEAM PER REALIZZARE SISTEMI COMPLESSI DI NUOVA GENERAZIONE PER L’OSSERVAZIONE TERRESTRE DAI SATELLITI

L'osservazione della Terra dallo spazio è considerata di fondamentale importanza per l'Unione Europea per migliorare la gestione dell'ambiente, comprendere e mitigare gli effetti dei cambiamenti climatici e migliorare la sicurezza civile, per una migliore gestione dei rischi ambientali, anche in caso di catastrofi naturali (eruzioni vulcaniche, terremoti, incendi, frane, inondazioni, effetti dovuti al riscaldamento globale) e per un più accurato monitoraggio dell’agricoltura e delle risorse naturali (inquinamento delle acque, biomasse).

In questo contesto l’UE, tra gli sforzi finalizzati a migliorare l’osservazione terrestre dallo spazio, finanzia il progetto innovativo SPACEBEAM, “SPACE SAR system with reconfigurable integrated photonic BEAMforming, presentato dalla Scuola Sant’Anna, in qualità di coordinatore, che intende sfruttare le competenze sviluppate nell’ambito delle tecnologie fotoniche per progettare, realizzare e testare un ricevitore di nuova generazione per sistemi complessi per l’osservazione terrestre da satellite.

Con questo obiettivo i ricercatori del team di Antonella Bogoni, docente di fotonica dell’Area Comunicazioni dell’Istituto di Tecnologie della Comunicazione, dell’Informazione e della Percezione (TeCIP), saranno impegnati per i prossimi tre anni nello svolgimento del progetto SPACEBEAM, coordinato dalla Scuola Sant’Anna, e finanziato dalla UE con oltre 3 milioni di euro. Coordinatore tecnico del Progetto il Dott. Paolo Ghelfi, Affiliate Researcher dell’Istituto.

Obiettivo del progetto SPACEBEAM è la realizzazione e la sperimentazione di un ricevitore innovativo completo per sistemi dotati di radar ad apertura sintetica (SAR), in grado di osservare di notte e di giorno e indipendentemente dalle condizioni meteorologiche esistenti, riconfigurabili a scansione multi-fascio che soddisfino i requisiti delle future costellazioni di satelliti a orbita bassa in termini di prestazioni, dimensioni, peso, consumo energetico e costi. Il nuovo sistema si basa su una rete ottica di beamforming realizzata con la tecnologia della fotonica integrata, ovvero su un circuito fotonico che permette l’utilizzo contemporaneo di più fasci da una stessa antenna, ciascuno in grado di effettuare una scansione sulla porzione di crosta terrestre osservata, impiegando segnali a frequenze elevate (fino a 40 GHz) e banda larga (fino a 600 MHz).

La richiesta di sistemi con prestazioni sempre crescenti sta guidando lo sviluppo di una nuova generazione di satelliti a orbita bassa con sistemi SAR facilmente riconfigurabili e flessibili, in grado di garantire le attuali prestazioni abbassando i costi. Uno dei pilastri della competitività industriale europea è proprio nel mercato emergente delle missioni basate su mini- e micro- satelliti con peso e dimensioni ridotte, minori consumi di potenza e maggiore flessibilità e riconfigurabilità.

Il circuito fotonico realizzato nell’ambito del Progetto SPACEBEAM, implementato utilizzando due diverse piattaforme di integrazione per ottenere un chip "ibrido" compatto, con diverse funzioni attive e passive (dai laser, ai rivelatori, ai modulatori, filtri, switch, ritardi e sfasatori) intende costituire un potente dispositivo per le future applicazioni di osservazione della Terra, con la capacità di effettuare scansioni con più fasci d'antenna, mediante attuatori innovativi, basati su elementi piezoelettrici, veloci e a basso consumo energetico.

Nella foto un esempio di ricetrasmettitore a radiofrequenza per applicazioni spaziali, realizzato in fotonica integrata su un banco di test, nei laboratori dell’Istituto TeCIP della Scuola Sant’Anna. (foto di Francesca Gattai)