RADAR FOTONICI: ANCORA UN PASSO AVANTI DEL SANT’ANNA VERSO LA SPERIMENTAZIONE SPAZIALE GRAZIE AL PROGETTO SCORPIUS

Realizzare un oscillatore ottico multifrequenza per applicazioni radar nello spazio: è questo l’ambizioso intento del progetto SCORPIUS, coordinato da Antonella Bogoni, docente di Telecomunicazioni dell’Istituto di Tecnologie della Comunicazione, dell'Informazione e della Percezione (TeCIP) della Scuola Sant’Anna, e finanziato dall'Agenzia Spaziale Italiana (ASI) con il bando "Nuove idee per la componentistica spaziale del futuro", che mira a supportare tecnologie radicalmente innovative a basso Livello di Maturità Tecnologica (TRL: Technology Readiness Level) e quindi ancora a livello embrionale.

Il progetto SCORPIUS intende sviluppare un prototipo di oscillatore ottico multifrequenza, come sottosistema fondamentale in innovativi sistemi radar, dotati di antenne fasate, pensati per un utilizzo nello spazio e basati sulla fotonica. In particolare il progetto vuole sviluppare un prototipo miniaturizzato di tale oscillatore su chip, cioè su una scheggia di silicio. Il sottosistema rappresenta una pietra miliare nello sviluppo di una generazione radicalmente nuova di radar per lo spazio, in cui l'uso della fotonica consente di implementare una serie di funzioni inedite e innovative, mentre la realizzazione su chip consente di ridurne drasticamente l’ingombro e il consumo di potenza. I sistemi radar, piccoli e riconfigurabili, saranno in grado di lavorare su molteplici bande di frequenza, gestendo il puntamento dei fasci radar (beamforming) in modo flessibile e dinamico.

Questi innovativi sistemi radar sono oggetto della collaborazione tra Scuola Superiore Sant'Anna (capofila del progetto) e ASI, cui si aggiungono le competenze del Laboratorio Nazionale per le reti e tecnologie fotoniche del CNIT (Consorzio Nazionale Interuniversitario per le Telecomunicazioni) di cui Antonella Bogoni è direttore, del gruppo Thales Alenia Space Italia S.p.A. (TASI) realtà industriale leader nel campo dei sistemi radar per lo spazio, settore considerato strategico sia a livello nazionale che europeo, e Fondazione INPHOTEC, Fondazione della Scuola che gestisce un centro di fabbricazione di circuiti fotonici integrati.

Negli ultimi 10 anni, la Scuola e il CNIT sono stati pionieri a livello internazionale, nel dimostrare che l'utilizzo della fotonica nei sistemi radar, introduce numerosi vantaggi. L’enorme banda intrinseca della fotonica permette: una flessibilità senza precedenti nella Radio Frequenza (RF) utilizzata dal ricetrasmettitore radar, garantendo le stesse prestazioni  per tutte le frequenze; la capacità, sconosciuta agli odierni sistemi radar di generare e ricevere con lo stesso ricetrasmettitore più segnali indipendenti simultaneamente su diverse bande a RF; la facoltà di operare un beamforming ottico del fascio RF trasmesso con una maggiore precisione e velocità di sintonizzazione rispetto ai sistemi di puntamento elettronici. Inoltre, la capacità di distribuzione dei segnali radar tramite fibre ottiche, che sono caratterizzate da bassissime attenuazioni e distorsioni, introduce la possibilità di implementare una rete di radar con antenne collocate in diversi punti anche distanti, così da avere diversi punti di vista e una maggiore efficacia del sistema radar, sfruttando, però, un’unica unità centrale che genera e riceve tutti i segnali radar poi distribuiti alle antenne tramite fibra ottica, così da mantenere la coerenza tra tutti i radar e ottenere una migliore precisione; 

La Scuola Sant’Anna ha realizzato un centro di fotonica per la fabbricazione e l’assemblaggio di circuiti fotonici integrati su piattaforma di silicio: Fondazione INPHOTEC. Tale centro, unico per il suo genere sul territorio nazionale, è ad oggi all’avanguardia per quanto riguarda la qualità dei processi per la realizzazione dei chip fotonici ed è in grado di supportare produzioni di prototipi, pre-serie e componentistica per uso industriale. La scelta della piattaforma su silicio permette un approccio monolitico con conseguente aumento della robustezza del componente, in previsione di applicazioni in ambienti difficili, quali quello spaziale; e garantisce una completa compatibilità con la tecnologia elettronica.

SCORPIUS mira dunque a sviluppare un oscillatore ottico su chip in silicio. L’obiettivo finale è infatti quello di minimizzare ingombri, pesi e consumo energetico dell'oscillatore ottico multifrequenza, attraverso la sua progettazione e realizzazione come circuito fotonico integrato. L'approccio basato sull'integrazione fotonica aumenta di fatto l'affidabilità del sottosistema in ambiente spaziale, grazie ad una radicale riduzione del numero di componenti e ad opportune tecniche di assemblaggio.

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