PhoneSat: il progetto per satelliti low-cost basati su smartphone

PhoneSat

Il progetto PhoneSat, patrocinato dalla NASA, si prefigge l’obiettivo di lanciare nello spazio i satelliti più economici e più semplici mai realizzati, basandosi su una tecnologia oramai diffusa e alla portata di tutti, cioè quella degli smartphone.In tempo di crisi nascono quindi i satelliti low-cost, stessa affidabilità dei precedenti ma a costi decisamente inferiori! Analizziamo come questo sia possibile.

Un ristretto gruppo di giovani ingegneri sta lavorando presso l’Ames Research Center (California) su un nuovo tipo di architettura di satellite basata sull’approccio, ampiamente utilizzato nel campo della progettazione elettronica, di “rilasciare più spesso, ma in anticipo”. Con ciò si intende una metodologia di sviluppo che predilige la realizzazione di prototipi funzionanti in tempi ristretti (e inferiori rispetto a quelli ottenibili con i tradizionali approcci progettuali impiegati nel campo aerospaziale), anche se questo può comportare il rilascio di più versioni intermedie prima di arrivare al prodotto definitivo. E’ inutile negarlo, l’attuale periodo di crisi economica si riflette inevitabilmente anche sui budget su cui può contare un colosso mondiale della ricerca e sviluppo come la NASA, per cui è necessario ridurre i costi e semplificare al massimo lo sviluppo. D’accordo, ma come è possibile ottenere questi risultati? La risposta della NASA è stato quanto mai sorprendente (e per certi versi inusuale): basta attingere a “piene mani” alle tecnologie già esistenti e diffuse a livello commerciale, come quella, appunto, degli smartphone.

Uno smartphone attuale include di per sè molte delle funzionalità richieste da un sistema satellitare, quali ad esempio:

  • un microprocessore (meglio se multi-core) veloce e performante
  • un sistema operativo versatile, che possa essere personalizzato secondo le particolari esigenze
  • sensori integrati per il rilevamento di spostamenti, accelerazioni, o altre grandezza fisiche
  • una telecamera per riprese in alta risoluzione
  • un ricevitore GPS
  • funzionalità di comunicazione via radio su diverse frequenze e/o modulazioni

Il gruppo di ingegneri partecipanti al progetto PhoneSat sta quindi modificando in modo radicale il modo con cui le missioni spaziali saranno progettate: più spazio e attenzione alla prototipazione rapida, incorporando nei dispositivi in modo sempre maggiore la tecnologia commerciale e l’hardware già esistente. In altre parole, anzichè cercare nuove soluzioni originali e mai utilizzate in precedenza, si preferisce prendere ciò che di buono e applicabile la tecnologia già affermata può offrire. Potremmo anche dire, come opinione personale, che si fa un pò meno ricerca e un pò più sviluppo. Questo approccio può per certi versi essere discutibile (senza la ricerca di nuove soluzioni, non si produrrà mai un vero progresso), ma è quello che in questo periodo permette di realizzare qualcosa di innovativo senza richiedere enormi sforzi a livello di investimenti.

L’approccio basato sulla prototipazione rapida consente inoltre di eseguire aggiornamenti rapidi al satellite, aggiungendo nuove funzionalità man mano che le release del prodotto si susseguono. Dal punto di vista meccanico, ciascun satellite della serie PhoneSat (chiamato anche, amichevolmente, “nanosatellite”) ha una classica struttura di tipo CubeSat, vale a dire un cubo di lato 10 cm, volume corrispondente di 1 litro, e peso di poco superiore a 2 chilogrammi (mostrato nell’immagine di apertura dell’articolo, fonte: NASA). Il primo prototipo della serie, il PhoneSat 1.0, è stato realizzato intorno a uno smartphone di tipo commerciale (il Nexus One prodotto da HTC) equipaggiato con il noto sistema operativo Android. Il Nexus One costituisce il cuore del sistema, in pratica l’equivalente del computer di bordo presente in un tradizionale dispositivo aerospaziale. I sensori permettono poi di determinare l’orientamento del dispositivo, mentre la fotocamera dello smartphone consente di eseguire delle osservazioni a distanza della superficie terrestre. I componenti commerciali utilizzati per il PhoneSat 1.0 includono anche un circuito di watchdog che esegue il monitoraggio del sistema ed esegue il reboot dello smartphone se quest’ultimo, per qualunque motivo, smette di inviare i segnali radio.

L’obiettivo dichiarato della serie di satelliti PhoneSat 1.0 è quello di soppravvivere nello spazio per un breve periodo di tempo, inviando sulla terra delle immagini digitali del nostro pianeta e dello spazio, oltre a informazioni relative allo stato stesso del satellite. Si stima che il costo totale dei componenti richiesti per la costruzione di un prototipo di PhoneSat sia stato inferiore a 3500 dollari, riducendo al minimo anche i costi relativi al primo volo. I preparativi per la prima missione di lancio sono iniziati da tempo, e la NASA ha già testato positivamente il nanosatellite PhoneSat 1.0 in diverse condizioni estreme, incluse prove in camere climatiche e a vuoto, prove su tavoli vibranti, prove su razzi sub-orbitali, e prove con palloni atmosferici ad alta quota (si veda un’immagine relativa a quest’ultima prova. Fonte: NASA).

La generazione successiva di satelliti, la PhoneSat 2.0, sarà invece basata sullo smartphone Nexus S prodotto da Samsung (il sistema operativo sarà sempre Android), e potrà quindi disporre di un processore più potente e di giroscopi (accelerometri) in grado di realizzare un sistema avionico più sofisticato. Sarà inoltre dotato di un canale di comunicazione radio bidirezionale in banda S, grazie al quale sarà anche possibile impartire da terra dei comandi al satellite e controllarne direttamente il funzionamento. Il nuovo satellite avrà anche dei pannelli solari in grado di garantirgli un’elevata durata delle missioni, un ricevitore GPS integrato, degli attuatori elettro-magnetici in grado di interagire con il campo magnetico terrestre, e delle ruote di reazione per regolare l’assetto del satellite.

La nuova generazione di satelliti PhoneSat 2.0 getterà le basi per la realizzazione dei prossimi satelliti di piccole dimensioni, riducendo i costi sia di sviluppo che di manutenzione, e i tempi richiesti dalla prototipazione. Il primo lancio del PhoneSat è schedulato proprio quest’anno, il 2013, quando tre satelliti della famiglia (due PhoneSat 1.0 e un PhoneSat 2.0) faranno parte del carico incluso sul primo lancio del razzo orbitale Antares, che partirà dal centro NASA di Wallops Island (Virginia).

L’idea che sta alla base del progetto PhoneSat è relativamente semplice, ed è ben sintetizzata dalle parole di Oriol Tintore, un giovane ingegnere meccanico e sviluppatore software appartenente al team: “questo è ciò che tenete normalmente in tasca (un comune smartphone, ndr), e questo potrà volare nello spazio”. Lo stesso Tintore ha pronunciato una frase emblematica riguardante i motivi per cui la scelta dello smartphone è ricaduta sul Google Nexus One. Anzitutto questo smartphone era all’epoca uno dei modelli più potenti, con un processore molto performante, e inoltre piaceva l’idea di sviluppare software su una piattaforma, Android, con una natura open-source. Tintore dice che inizialmente il team di progetto si riunì per decidere se era il caso di utilizzare il Nexus One oppure un altro smartphone commerciale, come ad esempio l’iPhone. La conclusione fu che “l’iPhone era un grande smartphone, ma uno smartphone Android sarebbe stato un grande satellite”.

25 Febbraio 2013: il lancio in orbita dello STRaND-1

Lunedì 25 febbraio 2013, quando l’articolo era già stato pianificato e completato, è arrivata una notizia fresca fresca che non poteva non essere menzionata. Proprio quel giorno è stato infatti lanciato in orbita, da una base indiana, lo STRaND-1, il primo nanosatellite di tipo PhoneSat, realizzato però non dalla NASA, ma dal Surrey Space Centre e dall’azienda Surrey Satellite Technology Ltd (Inghilterra). Ciò, tuttavia, non toglie nulla al progetto PhoneSat, in quanto lo STRaND-1 è basato esattamente sullo stesso tipo di architettura (smartphone Google Nexus One e Android). Il nanosatellite orbiterà attorno al nostro pianeta su un orbita sincrona con il sole, a una quota di circa 785 chilometri. Il video seguente presenta questo modello di PhoneSat realizzato nel Regno Unito:

 

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12 Comments

  1. Antonello Antonello 19 marzo 2013
  2. albiert 19 marzo 2013
  3. delfino_curioso delfino_curioso 19 marzo 2013
  4. Emanuele Emanuele 19 marzo 2013
  5. Bazinga 21 marzo 2013
  6. Giorgio B. Giorgio B. 23 marzo 2013
  7. Giorgio B. Giorgio B. 23 marzo 2013
  8. Boris L. 23 marzo 2013
  9. Piero Boccadoro Piero Boccadoro 23 marzo 2013
  10. agicom 5 aprile 2013
  11. Boris L. 6 aprile 2013
  12. Piero Boccadoro Piero Boccadoro 6 aprile 2013

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