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Il Lightning Imager di Leonardo a caccia di fulmini a bordo del satellite Meteosat Third Generation

Progettato, costruito e collaudato da Leonardo a Campi Bisenzio (Firenze) con il supporto di numerosi partner internazionali, il Lightning Imager è uno strumento di osservazione che, da oltre 36.000 km di distanza dalla Terra, è in grado di “vedere” i fulmini nell’atmosfera terrestre e operare delle analisi fondamentali per gli scopi dei satelliti Meteosat Third Generation (MTG), inviati in orbita proprio col compito di monitorare i fenomeni atmosferici che si verificano sul nostro Pianeta.

Studiosi e meteorologi da decenni osservano e cercano di comprendere meglio lo scatenarsi dei fulmini. Perché al di là di suggestione e bellezza, i fulmini sono anche un problema di sicurezza, per le persone, per l’ambiente e per i trasporti, che non può essere lasciato al caso. Lightning Imager (LI), il primo “acchiappafulmini” spaziale d’Europa, è l'unico a livello globale con caratteristiche avanzate che, a differenza di altri - sino a oggi capaci di individuare solo grappoli di fulmini -, è in grado di intercettare anche un solo fulmine a 36 mila chilometri dalla terra e il suo apporto all’interno della strumentazione tecnologica del MTG farà la differenza nello studio di questo fenomeno meteorologico.
 

Un team, un progetto per la meteorologia di nuova generazione

Lightning Imager è stato progettato a Campi Bisenzio (Firenze) da un team composto da circa 30 ingegneri e tecnici, coordinati da Carlo Simoncelli, programme manager dello strumento e guidati, per la parte ingegneristica, da Guia Pastorini. Il team ha lavorato per nove anni al fulminometro, da quando nel 2012 Thales Alenia Space lo ha commissionato a Leonardo per conto di ESA (Agenzia Spaziale Europea) con l’obiettivo di integrarlo sul primo satellite Meteosat di terza generazione (MTG).

Meteosat Third Generation, programma sviluppato dall’ESA, in collaborazione con EUMETSAT, prevede sei satelliti, quattro MTG-I (imaging) e due satelliti MTG-S (sounding), posizionati in orbita geostazionaria, a circa 36.000 km dalla Terra. 
Il Lightning Imager sarà a bordo dei quattro satelliti “imaging”. Terminato il primo LI, gli ingegneri di Campi Bisenzio inizieranno a produrre i successivi tre.
 

Lightning Imager: a caccia di fulmini dallo Spazio

Il cacciatore di fulmini di Leonardo – conosciuto anche come “fulminometro” – sarà in grado di trasmettere dati dal suo stazionamento nello Spazio alle stazioni a Terra, le quali potranno aiutare i meteorologi a elaborare previsioni meteo più accurate, fornire informazioni preziose per lo studio e l’approfondimento dei fenomeni atmosferici, ma anche contribuire alla sicurezza del trasporto aereo. I fulmini rappresentano, infatti, una minaccia imprevedibile per gli aerei in volo e, pertanto, l’impiego del LI fornirà gli strumenti necessari a reperire informazioni utili sulla posizione delle tempeste ed evitare qualunque tipo di ripercussione sul velivolo e sul suo volo.

Composto da quattro telescopi, con cinque lenti ciascuno che guardano la Terra per catturare i dati dell’emisfero terrestre centrato sull'Europa, Nord Africa, Medio Oriente e del Sud America, Lightning Imager sarà in grado di rilevare la scarica elettrica dei fulmini dallo Spazio in qualsiasi condizione di luce, sia di giorno che di notte e in qualsiasi scenario terrestre (mari, città, deserto).

Ognuno dei quattro telescopi acquisirà sino a 500 immagini al secondo, permettendo alle agenzie europee di ottenere informazioni preziose anche in relazione alle aree più remote e agli oceani che oggi non dispongono di stazioni meteorologiche.
 

Grafica 3D del Lightning Imager

Le sfide dell’ottica nello Spazio e sulla Terra

Lightning Imager è un sistema altamente complesso la cui realizzazione ha previsto lo sviluppo di sistemi ottici in grado di cogliere il lampo di un fulmine anche in situazioni di luce riflessa, come quando il Sole rifletterà direttamente sulle lenti del fulminometro o sulla superficie del mare.
Per superare tali ostacoli, gli ingegneri hanno sviluppato una soluzione particolarmente articolata inserendo degli speciali filtri in grado di oscurare solo la luce di contorno e di riconoscere la luce generata dal fulmine. Non solo, le schede elettroniche in dotazione a Lightning Imager calibrano autonomamente la luminosità degli scatti e gli permettono di "autoregolarsi’’ in base allo scenario osservato per consentire allo strumento di distinguere un fulmine sia in scenari estremamente luminosi, come in zone ad alta densità abitativa o in casi di luce riflessa, sia in scenari estremamente bui come nel deserto.


Lightning Imager durante le fasi di sviluppo e collaudo nello stabilimento Leonardo di Campi Bisenzio (Firenze)

L’elevata capacità di data processing del Lightning Imager consente di raccogliere e processare un numero elevatissimo di dati: ogni secondo il LI raccoglierà circa 6GB, ma solo 4MB saranno trasmessi a terra, riducendo di circa 1000 volte la quantità di dati raccolti, attraverso elaborazioni basate su intelligenza artificiale che scarteranno automaticamente tutti i dati non associabili ai fulmini. Evidenti i vantaggi per le stazioni a terra, che riceveranno solamente i dati rilevanti e potranno concentrare l’analisi su un numero di immagini ottimizzato per comprendere al meglio i fenomeni atmosferici e agire di conseguenza.

IL LIGHTNING IMAGER IN CIFRE 130 kg h24 84% 4 2000 VITI 250 CAVI 500 IMMAGINI AL SECONDO 0.6 msec i DATI PROCESSATI AL SECONDO 4 MB AL SECONDO I DATI CHE MANDERÀ A TERRA ~6 GB IL PESO DELLO STRUMENTO PUÒ VEDERE DI GIORNO E DI NOTTE DI COPERTURA DEL DISCO TERRESTRE OCCHI IL FULMINE PIÙ BREVE CHE PUÒ IDENTIFICARE

Leonardo: non solo LI nel programma Meteosat di terza generazione

La partecipazione di Leonardo al programma MTG non si limita all’integrazione del LI sui satelliti del programma. Leonardo, infatti, fornisce sensori di assetto stellare AA-STR e generatori di potenza fotovoltaici PVA per tutti e sei i satelliti di nuova generazione del programma. Oltretutto, all’interno dello stesso progetto sono attivamente presenti le joint venture di Leonardo Thales Alenia Space (TAS) e Telespazio. Mentre TAS, responsabile del progetto, si occupa ormai già da più di 30 anni della costruzione dei satelliti Meteosat, Telespazio è attiva sul segmento di terra, sia per la parte relativa all’acquisizione dei dati, sia per le operazioni di comando e controllo. Telespazio, inoltre, fornirà a EUMETSAT i servizi di lancio e messa in orbita per due dei satelliti della nuova costellazione MTG con un’opzione per il terzo.

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