Sistema di posizionamento Galileo
Da Wikipedia, l'enciclopedia libera.
Il sistema di posizionamento Galileo (in inglese Galileo positioning system) è un sistema di navigazione satellitare civile sviluppato in Europa come alternativa al Global Positioning System (GPS) statunitense, controllato dall'esercito americano.
La sua entrata in servizio è prevista per il 2008 ma è molto probabile uno slittamento al 2010 e conterà su 30 satelliti orbitanti su 3 piani inclinati sull'equatore ad una quota d 24.000 km.
I principali scopi di Galileo sono:
- Una maggior precisione a tutti gli utenti rispetto a quella attuale;
- Una migliorata copertura dei segnali dai satelliti, soprattutto per le regioni a più alte latitudini;
- Un sistema di posizionamento globale che possa sempre funzionare anche in tempi di guerra.
Indice |
[modifica] Storia
Il programma Galileo fu avviato ufficialmente il 26 maggio 2003 con un accordo tra l'Unione europea e l'Agenzia spaziale europea (ESA). Diversamente dal sistema GPS, sviluppato dal Dipartimento della Difesa degli Stati Uniti d'America (che si riserva il diritto di ridurre la copertura del segnale, l'accuratezza o sospendere del tutto il servizio in qualunque momento), Galileo è rivolto al settore civile-commerciale. Il sistema europeo sarà invece sempre disponibile sia ai civili che ai militari con la massima accuratezza. Un ritorno economico per le industrie europee si avrà anche con la produzione dei ricevitori, mentre ora con il GPS il mercato è esclusivamente americano.
Con le difficoltà economiche generali la Commissione europea ha avuto difficoltà ad assicurare la copertura economica al proseguimento del progetto e ci sono state divisioni tra le nazioni coinvolte. Italia e Francia sono ampiamente favorevoli, mentre altri stati tra cui Germania, Olanda e Inghilterra preferirebbero continuare ad usare gratuitamente il sistema americano piuttosto che finanziarne uno nuovo. In seguito all'attacco terroristico dell'11 settembre 2001, gli Stati Uniti fecero pressione perché si sospendesse lo sviluppo del progetto europeo.
Pochi mesi dopo, in parte come reazione alla pressione americana, tutti i paesi europei si schierarono in favore del progetto Galileo e i finanziamenti divennero più che sufficienti. Rimasero però divisioni su argomenti più prettamente politici.
Per il periodo fino al 2005 la spesa prevista per il progetto è di 1,1 miliardi di euro. I trenta satelliti previsti verranno messi in orbita nel periodo 2006-2008 con un costo totale stimato in 3 miliardi di euro, comprese le infrastrutture di Terra, da realizzarsi tra il 2007 ed il 2008. Almeno due terzi del costo saranno coperti da aziende private ed investitori, mentre la rimanente spesa è suddivisa tra Agenzia spaziale e Unione Europea.
Nel settembre 2003 la Cina si è unita al progetto apportando un investimento di 230 milioni di euro nei due anni seguenti. Israele è entrato come partner del progetto nel luglio 2004.
Il 3 giugno 2005 l'Unione Europea e l'Ucraina hanno iniziato delle trattative per l'adesione di quest'ultima al progetto. EU Press Release.
Ci sono diverse voci sull'adesione di altre nazioni come India, Brasile, Messico, Cile, Giappone, Corea del Sud, Australia, Marocco e Canada, mentre molto probabilmente la Russia potrebbe pensare ad un'integrazione con il suo sistema GLONASS.
Un servizio criptato commerciale a larga banda e alta accuratezza sarà fornito ad un costo aggiuntivo, mentre il servizio di base sarà liberamente disponibile a chiunque sia dotato di un ricevitore compatibile.
L'Unione Europea si è accordata nel giugno 2004 con gli Stati Uniti per adottare una frequenza nota come Binary Offset Carrier 1.1 che permette alle forze armate delle due nazioni di oscurare i reciproci servizi sulle zone di guerra senza disattivare l'intero sistema.
Il 28 dicembre 2005 alle 6:19 (ora centrale europea) dalla base di Baikonur (Kazakistan) è avvenuto il lancio del primo satellite: GSTB-V2/A, chiamato anche GIOVE-A dal nome attribuito al programma di prova GIOVE (Galileo In-Orbit Validation Element).
È previsto il lancio di due satelliti di prova, GSTB-V2/A e GSTB-V2/B (Galileo Satellite Test Beds), per effettuare prove sulle frequenze radio e sulla stabilità in orbita degli orologi e verranno successivamente affiancati da altri due satelliti che completeranno il sistema di verifica e convalida in orbita di Galileo.
Rispetto a GSTB-V2/A, GSTB-V2/B trasporta in più un ulteriore orologio atomico all'idrogeno oltre a quello in rubidio e degli amplificatori di potenza del segnale.
[modifica] La costellazione
Galileo comprende una costellazione di 30 satelliti suddivisi in 3 diverse orbite MEO (Medium Earth Orbit) ad un'altitudine di circa 23222 Km, come illustrato in figura.
Di questi 27 sono operativi e 3 sono disponibili per la sostituzione di un satellite mal funzionante in caso di necessità.
I satelliti Galileo sono stati studiati per supportare la trasmissione fino a quattro portanti in banda L. Il sistema è capace di funzionare gestendo una vasta gamma di velocità di trasmissione dati (che trasmettendo data messages), da un minimo di 250 bit/s fino a 1500 bit/s.
Le possibilità di impiego dei messaggi trasmessi diventano quindi molteplici ed offrono una nuova serie di servizi sconosciuti al sistema GPS, nella tabella seguente vengono illustrate alcune prospettive a riguardo.
Per quanto riguarda l'accuratezza del sistema esistono differenti fonti di incertezza che possono essere raggruppate in tre principali categorie: DOP, effetti di segnali e UERE.
Per DOP (Diluition od Precision) si intende la misura di quanto l'orbita dei satelliti segua quella ideale, mantenendo valido il modello geometrico di riferimento. L'effetto di segnali altera la capacità di valutare con precisione il timing degli stessi.
L'UERE (User Equivalent Range Error) infine, deriva da una predizione imprecisa nel determinare l'orbita del satellite e la sincronizzazione temporale(OD&TS), inoltre da una previsione non precisa dell'effetto multipath il quale introduce ritardi e distorsione nei segnali trasmessi. Questi ultimi, grazie ad un sistema di controllo terrestre possono essere ridotti ad un errore inferiore ai 65 centimetri.
[modifica] IL Programma
Il programma Galileo si articola in tre fasi: definizione, sviluppo e validazione inorbit, sviluppo completo e operazioni. La fase di definizione completata nel 2003, ha prodotto le specifiche base del sistema. La fase di validazione verrà portata a termine con lo sviluppo ed il testing di quattro satelliti e del segmento di terra (ground stations e control center).
Per prima cosa, verrà portata a termine la missione in-orbit GIOVE (Galileo In-Orbit Validation Element), la quale impiegherà oltre al segmento di terra due satelliti denominati GIOVE-A e GIOVE-B (che diventeranno quattro) i quali implementano in modo pienamente rappresentativo l'intera costellazione di 30 satelliti.
Quando i satelliti risulteranno del tutto funzionanti, verranno lanciati i restanti 26 satelliti per completare la costellazione.
[modifica] Giove
Nel 2002 in preparazione del completamento di GALILEO, l'ESA ha sperimentato lo sviluppo del sistema con l'introduzione dei due satelliti GIOVE-A e GIOVE-B (oltre al segmento di terra). Questo ha portato ad un grande progresso nella tecnologia spaziale europea, ottenendo obiettivi mai raggiunti prima quali l'utilizzo di un'orbita MEO per satelliti di navigazione, la messa a punto di orologi mai così precisi e la sperimentazione di nuovi sistemi di trasmissione e trattamento di segnali e di navigazione.
[modifica] Satellite Giove-A
Il satellite è stabilizzato su tre assi. Ha un corpo di forma cubica di dimensione 1,3 x 1,8 x 1,65 m. Massa al lancio di 600 kg, richiesta di potenza di 700 W soddisfatta due ali con pannelli solari lunghe 4,54 m. La propulsione è a butano con due bombole da 25 kg. Il payload è tre volte ridondante e presenta: una antenna phased array in banda L, l'unità di generazione segnali, due orologi atomici al rubidio con una precisione di 10 nanosecondi, dei monitor per misure radiazioni, il ricevitore di navigazione.
[modifica] Satellite Giove-B
Stabilizzato su tre assi ha un corpo di dimensioni 0,95 x 0,95 x 2,4 m. Una massa al lancio di 530 kg. La lunghezza d'ala dei pannelli solari è di 4.34 m, i quali forniscono 1100 W di potenza. La propulsione avviene tramite un motore ad idrazina alimentato da una bombola di 28 kg.
Il payload è doppiamente ridondante e comprende: un phased array di antenne in banda L, un generatore di segnali, un orologio hydrogen-maser e due al rubidio, un monitor per il controllo e la misura di radiazioni.
[modifica] Il satellite finale
Alla fine della fase IOV (In-Orbit Validation),come già accennato, ci sarà il completamento dell'intera costellazione di satelliti.
La sua geometria è stata disegnata per permettere il lancio multiplo utilizzando lanciatori di tipo Ariane o similari. La posizione del satellite nell'orbita è stata studiata in modo tale da consentire ai pannelli solari di essere perennemente esposti ai raggi diretti del sole (vedi figura).
Il payload è molto simile a quello descritto per i satelliti GIOVE.
[modifica] Ground Control System
La struttura del GALILEO Ground Control System è composta da un Navigation System Control Center (NSCC), una rete globale di Stazioni di Orbitography e di Sincronizzazione (OSS) una serie di stazioni di tracking remoto, telemetria e comando (TT&C) come illustrato in figura.Ogni OSS effettua delle misurazioni che vengono inviate al NSCC assieme ai navigation messages provenienti dai satelliti GALILEO, a informazioni meteorologiche ed altri dati.
All'interno dell'NSCC, le Satellite Control Facilities (SCF) effettuano la manutenzione dei satelliti, controllano le orbite, effettuano telemetria e controllo a distanza tramite le stazioni TT&C. L'NSCC comprende anche le the Orbitography and Synchronisation Processing Facility (OSPF), le Precision Timing Station (PTS) e le Navigation Control Facility (NCF).
Le OSPF calcolano le effemeridi per ogni satellite, l'offset degli orologi a bordo ed effettuano una predizione di questi parametri per generare il SISA (signal in-space accuracy).
Le PTS invece comprendono gli orologi atomici ad alta precisione che generano il GALILEO System Time (GST), cioè il riferimento di tempo del sistema.
L'NCF infine, si occupa di controllare, monitorare e gestire gli OSPF, OSS, PTS ed NCF. Esiste inoltre un'interfaccia esterna al sistema che si occupa di gestire la comunicazione con entità esterne la Service Centres Interface.
[modifica] I servizi offerti
Il sistema Galileo è stato concepito come una applicazione nucleo sopra alla quale ogni altra applicazione deve essere implementata. L'impiego di Galileo riguarda una serie di servizi integrati: può spaziare dall'utilizzo nel campo dei trasporti (aerei, su rotaia, marittimi, stradali, pedonali), al sincronismo, alla sorveglianza, come supporto alla legge, per applicazioni ingegneristiche, scientifiche, ambientali ed anche ricreative. Il suo influsso condizionerà anche aziende nel settore bancario, energetico, assicurativo, delle telecomunicazioni, del turismo e agricolo.
Galileo nasce per essere un sistema di navigazione da applicare nel campo dei trasporti ed è stato progettato per soddisfare le molteplici necessità dei vari segmenti di utenza presenti nel mercato; in campo avionico l'avvento del GNSS (Global Navigation Satellite System) porterà alla possibilità di effettuare senza nessun rischio manovre critiche quali atterraggi e decolli anche in condizioni di scarsissima visibilità, portando ad una progressiva riduzione dei sistemi di controllo terrestri.
In campo marittimo porterà allo sviluppo dell'AIS (Automated Identification System) il quale aumenterà la sicurezza nella navigazione. Le applicazioni per quanto riguarda il traffico su strada sono tantissime ma la più interessante riguarda gli Advanced Driver Assistence Systems, sistemi ad alta automazione integrati in autoveicoli per permettere il controllo delle collisioni, aumentare la visibilità e consentire delle manovre automatizzate a basse velocità.
Grazie alle sue caratteristiche certificate, ed ai servizi garantiti (dalla sua natura per usi civili) è adatto a tutte le applicazioni safety-of-life, dedicate cioè a servizi che devono assicurare un'elevata affidabilità per evitare possibili danni a cose o persone.
Per quanto riguarda il settore energetico, l'uso di orologi atomici può facilitare la sincronizzazione delle linee elettriche facilitando la trasmissione di energia elettrica, può inoltre monitorare le linee e quindi velocizzare il processo di manutenzione delle stesse. Esistono dei benefici anche per il settore del petrolio e del gas.
Sempre grazie agli orologi atomici i satelliti possono rilasciare dei data-stamps in modo tale da rendere autentiche transazioni finanziarie effettuate via web. Per le agenzie di assicurazioni Galileo diventa un modo per monitorare e controllare lo stato di beni introducendo un prezzo dinamico basato sul rischio associato per ogni singola polizza. Le banche invece possono monitorare il trasporto di oro, banconote e preziosi in genere, aumentando i propri standard di sicurezza.
Gli agricoltori non potranno più utilizzare indiscriminatamente fertilizzanti e pesticidi se monitorati dal sistema.
Per quanto riguarda la sicurezza dei cittadini, è in atto un progetto per la realizzazione di un numero di emergenza europeo l' E-112, questo potrà contare su Galileo per tracciare la posizione di persone in difficoltà. Durante situazioni di crisi, dove la velocità di azione è fondamentale, avere la possibilità di conoscere esattamente la posizione precisa del luogo in cui intervenire è di vitale importanza, basti pensare ad incendi, inondazioni, terremoti.
Galileo sarà un valido alleato della comunità scientifica dato che si occuperà anche di creare accurate mappe oceaniche e dei territori ghiacciati, analizzerà il tasso di inquinamento dell'atmosfera e fornirà dettagliati valori dei livelli delle maree e dei 19 livelli dei fiumi, effettuerà il tracking di iceberg e molti altri compiti di grandissima importanza.
Non si può di certo escludere il suo utilizzo per tele-sorveglianza ne tanto meno quello ricreativo.
[modifica] Le Novità di Galileo
Le differenze con il GPS sono molteplici, queste riguardano sia la struttura dei satelliti stessi che sopra tutto i servizi offerti. Le applicazioni ed i servizi appena elencati richiedono delle caratteristiche particolari e purtroppo molte di queste mancano all'attuale sistema GPS.
Un esempio dell'innovazione introdotta da GALILEO riguarda l'affidabilità nella garanzia del servizio, l'autenticazione del segnale, l'integrità, la trasparenza delle operazioni, la possibilità di trattare dati raw o processati, l'accuratezza e l'affidabilità del sistema.
Oltre a tutte queste caratteristiche, Galileo Supervisory Authority e Galileo Concessionaire daranno luogo ad un framework istituzionale con il compito di regolare e facilitare lo sfruttamento di Galileo a livello del mercato globale. Le applicazioni che nascono ogni giorno sono moltissime infatti, questo enorme mercato, è destinato a raggiungere 3 miliardi di utenti entro il 2020.
[modifica] Servizi
Sono quattro i servizi che Galileo offrirà:
- L’Open Service (OS) sarà accessibile a chiunque. I ricevitori consentiranno un’accuratezza inferiore ai 4 metri orizzontalmente e 8 metri verticalmente.
- Il Commercial Service (CS) criptato consentirà dietro pagamento di avere un’accuratezza inferiore al metro. Il CS potrà essere completato da stazioni a terra per portare l’accuratezza inferiore ai 10 cm.
- Il Public Regulated Service (PRS) e il Safety of Life Service (SoL) criptati offriranno un’accuratezza comparabile con il servizio Open Service. Il loro scopo principale è la robustezza contro disturbi e il rilevamento affidabile dei problemi entro 10 secondi. Sono specificatamente progettati, rispettivamente, per operatori di sicurezza (polizia, militari, ecc) e applicazioni per la sicurezza nei trasporti (air-traffic control, atterraggio automatizzato di velivoli, ecc).
