Grazie all'Italia i satelliti europei avranno i supercomputer

Il Politecnico di Torino, insieme all'INAF e ad altre aziende italiane si sta occupando, per conto dell'ESA, di realizzare una tecnologia europea rivoluzionaria che sarà implementata su quattro dei sei satelliti MeteoSat di terza generazione che saranno spediti in orbita a partire dal 2018.

A coordinare il progetto al Politecnico di Torino è stato Massimo Violante, del Dipartimento di Automatica e Informatica del Politecnico di Torino, che ci ha descritto in dettaglio di cosa si tratta. Il primo aspetto rivoluzionario di questa tecnologia è che i satelliti avranno a bordo un supercomputer, che sarà capace di elaborare direttamente in orbia i dati rilevati e di inviare sulla Terra i risultati delle elaborazioni, invece dei dati grezzi che di solito ci arrivano.

satellite

Il termine supercomputer ha attirato la nostra attenzione, ma Violante ci ha spiegato che "bisogna ragionare col metro del dominio applicativo di cui si sta parlando. Sulla Terra un supercomputer è qualcosa di immenso, in ambito spaziale un supercomputer è un oggetto con una potenza di calcolo che si può paragonare a quella di un computer terrestre di 10 anni fa". Non ci può svelare i dettagli tecnici del processore perché "sono protetti da accordi di non divulgazione, ma indicativamente l'ordine di grandezza è quello di un Pentium, con frequenza di funzionamento nell'ordine di 1 GHz e 1 GB di memoria RAM".

"Per un'applicazione spaziale questo è un supercomputer perché la maggior parte dei satelliti che ci sono oggi in orbita hanno dei computer con processori che vanno a 100 MHz e hanno qualche MB di memoria quindi è effettivamente un salto in avanti notevole".

fulmini

Terremo d'occhio i fulmini

"La vera novità – prosegue Violante – è che per raggiungere le prestazioni di cui stiamo parlando è stato necessario ricorrere a una tecnologia che non è quella spaziale. Per far capire, i computer che sono stati mandati su Marte o che sono sui satelliti che orbitano adesso attorno alla Terra sono ancora concepiti con tecnologia 'spaziale' e quindi vecchia, ma sviluppata specificatamente per queste applicazioni".

"Per questo progetto invece è stata presa una tecnologia esattamente uguale a quella usata sulla Terra nei computer di 10 anni fa ed è stata utilizzata nell'ambito di una architettura di elaboratore che pur essendo legata a componenti deboli dal punto di vista spaziale (non rodati per anni e anni in orbita, N.d.R.) sono in grado di sopravvivere bene quando mandati in orbita".

Massimo Violante

Massimo Violante, Dipartimento di Automatica e Informatica del Politecnico di Torino

La questione è semplice: per lavorare in assenza di gravità o micro gravità, con radiazioni spaziali, freddo intenso e altro, i componenti per i sistemi spaziali vengono rodati per anni e alla fine ci si ritrova con tecnologie molto vecchie ma che garantiscono l'operatività. In questo caso sono stati fatti dei test ("qualifiche per garantire che la qualità del componente sia tale da sopravvivere al lancio e rimanere in vita nello Spazio per un numero sufficiente di anni"), ma i componenti sono relativamente recenti. Per compensare "il computer è dotato di una serie di accorgimenti che permettono di rilevare eventuali malfunzionamenti indotti dalla radiazione spaziale che permettono di recuperare il corretto funzionamento pur in presenza di questi guasti".

Il Politecnico di Torino si è occupato "dell'analisi degli effetti dei guasti transitori causati dalla radiazione spaziale sul comportamento del computer e ha sviluppato con Thales e gli altri membri del gruppo di lavoro una serie di tecniche software e hardware che permettono di rilevare i malfunzionamenti e recuperarli".

Ecco, ma quali sono più in dettaglio i problemi che possono interessare un computer nello Spazio? "Il problema più grosso riguarda l'interazione tra la radiazione spaziale e il silicio di cui sono fatti i componenti. Nello Spazio si è al di fuori della protezione del campo magnetico terrestre quindi tutti i componenti che vengono mandati in orbita sono soggetti a un bombardamento di radiazioni: ioni, protoni, elettroni, neutroni che hanno varie origini. Per fare un esempio possono provenire anche dal nostro Sole durante i brillamenti solari e in alcuni casi hanno causato anche sulla Terra problemi alla telefonia. Nello Spazio questa evenienza è frequente e porta ad alterare le informazioni memorizzate sui sistemi elettronici". Un problema non indifferente, perché se un bit che comanda l'orientamento del satellite passa da 0 a 1 per via della radiazione si può verificare un cambiamento di assetto non desiderato.

Per quali funzioni è stata implementata questa tecnologia e con quali benefici?

Si parla di monitoraggio di fulmini, sicurezza del traffico aereo o di situazioni metereologiche che comportano rischi. "mediante radar e fotocamere che lavorano su diversi spettri e osservano un fenomeno. Con i satelliti comuni i dati acquisiti vengono compressi e inviati in forma grezza ai centri di elaborazione sulla Terra. L'innovazione che comporta questa nuova tecnologia è che l'algoritmo di elaborazione può essere eseguito sul satellite".

I vantaggi sono notevoli come spiega Violante: "da un lato ottimizziamo l'uso del canale di comunicazione" perché verranno scambiati solo dati già elaborati quindi a parità di banda si invierà un maggior numero di informazioni. Il computer nello Spazio agirà poi in totale autonomia". Per capire cosa significa pensate a quello che hanno dovuto fare gli ingegneri di volo di Rosetta per far atterrare il lander Philae sulla cometa 67P, con un ritardo di 28 minuti e 20 secondi nelle comunicazioni. Se il computer di bordo fosse stato in grado di elaborare le informazioni sarebbe stato molto più semplice.

meteo

Previsioni meteo più precise e tempestive?

"Inoltre si potranno raccogliere dati ad altissima definizione, senza problemi di trasmissione sulla Terra". Ultimo ci sarebbe un grande risparmio di tempo a vantaggio della gestione delle emergenze. "Pensiamo al monitoraggio di un fiume in piena: se il satellite elabora le informazioni e invia direttamente a Terra un segnale di allerta, si risparmia molto tempo rispetto all'invio dei dati grezzi, alla successiva elaborazione a Terra e da qui l'allarme".  

L'ultimo punto di grande interesse in questo progetto è che si tratta della prima tecnologia completamente europea. Coinvolge l'Agenzia Spaziale Europea che è il committente, Thales che tiene le fila del progetto, "l'Università di Roma Tor Vergata che ha lavorato sulla codifica dell'informazione nelle memorie del computer, necessaria per proteggerle dalle radiazioni. INAF e Sanitas hanno curato la selezione e il progetto del componente che si interpone fra processore e memoria e le altre periferiche".

Violante precisa infine che "esistono soluzioni comparabili negli Stati Uniti, ma la tecnologia non è europea ed è vincolata a tutta una serie di limiti di importazione legati alle leggi entrate in vigore dopo l'11 settembre. L'obiettivo dell'ESA è quindi duplice: da un lato superare quello che è possibile fare oggi con la tecnologia tradizionale, dall'altro cercare di essere indipendenti dagli Stati Uniti per questo tipo di tecnologie". Riuscirci grazie all'Italia è un successo di cui possiamo andare fieri.

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