COME COMUNICHIAMO TRA LA TERRA E LO SPAZIO

Le comunicazioni sono il sistema con cui controlliamo satelliti e sonde e restiamo in contatto con gli astronauti durante le missioni. Si basano quasi esclusivamente sulle onde radio, perché permettono la trasmissione attraverso le nuvole e il vuoto dello Spazio. I satelliti in orbita bassa, tra i 300 e 2.000 km, utilizzano quasi tutti trasmissioni radio in banda UHF, molto affidabile,  oppure S e X. Le informazioni scambiate includono in genere telemetria, immagini e dati operativi, e spesso sono costanti tra veicolo spaziale e stazioni di terra. Un segnale lanciato nello spazio profondo si indebolisce man mano che si allontana, perché la sua energia si distribuisce progressivamente su un’area sempre più grande. Se la distanza raddoppia, la potenza si riduce del 75%. Per questa ragione, si usano antenne ad altissimo guadagno, su frequenze X-band e Ka-band, che permettono comunicazioni più efficienti grazie a fasci radio molto stretti e maggiore capacità di trasmissione dati. Per restare in contatto con le sonde interplanetarie dobbiamo inviare segnali molto potenti, ma soprattutto dobbiamo ricevere quelli estremamente deboli che arrivano da loro. Per esempio, la sonda Voyager 2 trasmette con una potenza di soli 23 watt, considerato che si trova a oltre oltre 21 miliardi di chilometri dalla Terra i segnali che ci raggiungono sono così tenui da richiedere antenne gigantesche per essere ricevuti. La Nasa ha una rete di istallazioni per raccogliere questi segnali, chiamata Deep Space Network, con parabole anche  di 70 metri di diametro, distribuite tra Stati Uniti, Spagna e Australia. Le onde radio viaggiano alla velocità della luce. Con i satelliti, questo limite genera uno scarto temporale di pochi millisecondi, ma se inviamo un segnale dalla Terra alla Luna, il ritardo diventa già significativo: 1,3 secondi. Per Marte va tra i 5 e i 20 minuti, salendo fino a 5 ore per raggiungere la sonda New Horizons, che ora si trova oltre Plutone. A causa dei ritardi spaziotemporali, la comunicazione diventa asincrona, rendendo impossibile, ad esempio, guidare in tempo reale una sonda che atterra sulla Luna, o pilotare un rover su Marte, costringendo a una gestione automatizzata di queste operazioni, che aumenta il rischio di incidenti. Oltre alle onde radio, è attivo da qualche anno un nuovo sistema di comunicazione ottica, usando il laser. I vantaggi sono notevoli: a parità di segnale, il laser trasmette più dati e si riduce la dispersione. Tuttavia, questa tecnologia richiede un puntamento estremamente preciso, è sensibile all’atmosfera e alle condizioni meteo.