Il satellite a caccia di fulmini per prevedere i fenomeni estremi

Sapere se una catastrofe è in arrivo è questione di ore, sempre più spesso di poche decine di minuti. Lo sanno bene gli abitanti delle province di Pesaro e Ancona, che hanno visto i fiumi gonfiarsi e inghiottire campagne e centri storici  con l’acqua che di solito scende in quattro o sei mesi nel volgere di una sera. I meteorologi lo chiamano “nowcasting”, prevedere a distanza di poche ore o minuti, modelli che però hanno bisogno di dati sempre più definiti e tempestivi. Come quelli che dal cielo invierà MtgI-1, il primo di una costellazione di sei satelliti, che il 14 dicembre decollerà dallo spazioporto europeo di Kourou, nella Guyana francese, in testa a un razzo Ariane 5. Mtg-I1 (Meteosat di terza generazione), che è anche attrezzato per riconoscere i fulmini, ed è stato presentato nel centro spaziale del Fucino, a Ortucchio, nella piana di Avezzano: 40 ettari su cui spuntano gli orecchi tesi al cielo, 170 antenne per ascoltare segnali e inviare comandi. Nel centro gestito da Telespazio, c’è la sala che guiderà le manovre per portarlo nella sua giusta posizione nello spazio, a 36 mila chilometri dalla Terra, da dove terrà lo sguardo fisso su Europa e Africa.

Il primo satellite del programma europeo Mtg di Eumetsat e Agenzia spaziale europea (Esa), dal grande contributo italiano, è stato realizzato da Thales Alenia Space, joint venture tra Thales e Leonardo, in collaborazione con Ohb, ed è dotato di due strumenti principali, il Flexible combined imager (Fci), per fotografare le nubi con una risoluzione altissima, considerata la distanza, in 16 bande spettrali del visibile e dell’infrarosso, e il primo “cacciatore di fulmini” europeo, realizzato da Leonardo. Da come si accendono le nuvole, contando i lampi dallo spazio, si può capire molto dei fenomeni che stanno per avvenire. “Il programma Mtg-I permetterà di fare previsioni precise in tempi più brevi – esordisce Simonetta Cheli, direttrice dei programmi di Osservazione della Terra dell’Esa – fornirà un miglioramento essenziale sul nowcasting, con informazioni meteo in tempi quasi reali. Sarà un sistema di sei satelliti che verranno lanciati con una cadenza di otto anni circa da uno all’altro, e ci garantiranno ulteriori 20-30 anni di dati”. Mtg avrà a bordo anche un’antenna per ricevere e trasmettere richieste di soccorso in mare, parte del sistema Cospas per la Search and rescue.

Le celle convettive di temporali, come quelli che hanno portato negli ultimi mesi distruzione e morte sul territorio italiano, sono sistemi che si innescano in tempi e modi ancora imprevedibili, alimentati nella loro intensità e frequenza anche dal riscaldamento globale. Per questo l’accento cade sulla previsione a brevissimo termine: “Non possiamo non collegare questi temi tecnologici con gli eventi che stanno affliggendo nostro territorio – riflette Silvia Puca, dell’ufficio previsione e prevenzione rischi naturali della Protezione civile – negli ultimi decenni abbiamo osservato un numero sempre crescente di eventi meteo estremi, sia in termini di frequenza che di effetti. In particolare quelli di tipo temporalesco convettivo, con quantità di precipitazioni difficile da prevedere. Si sviluppano su scale spaziali molto limitate, e sono quelli che danno maggiore difficoltà per la coordinazione su territorio. Sono le stesse equazioni fisiche su cui si basano i modelli che fanno fatica a prevedere questi eventi precisamente nello spazio, nel tempo e con largo anticipo. Non possiamo dire che con questa tecnologia l’evento che ha colpito le Marche sarebbe stato prevedibile, ma la nostra speranza è che la grande quantità di dati che ci fornirà Mtg aumenterà la capacità di previsione a breve termine anche di eventi come quello”.

Come nel comporre un mosaico, Mtg promette di moltiplicare le tessere, i pixel, per avere una definizione migliore di quello che accade sopra le nostre teste, e con più velocità. Potendo zoomare sulle aree dove c’è una crisi in corso: “Chiunque può consultare siti di osservazioni radar meteo, in cui si vedono strutture temporalesche che si sviluppano in poche ore – osserva Paolo Ruti, chief scientist di Eumetsat – per alcuni canali si passerà da tre a un chilometro di risoluzione, fino a 500 metri. Ogni dieci minuti ci fornirà un’immagine dell’intero disco dell’emisfero terrestre, per l’Europa ogni due minuti e mezzo, con macchine fotografiche capaci di dettagliare molto precisamente le nubi basse e quelle alte e la velocità del vento. Mentre l’osservazione diretta dei dei fulmini servirà per guidare i modelli di previsione utilizzandoli anche come segnali premonitori. Su eventi come quello avuto nelle Marche, o a Ischia, la capacità di previsione a poche ore dipende da questo tipo di informazioni”.
 

A caccia di fulmini tra le nubi

Uno dei gioielli a bordo di MtgI-1 è LI, (Lightning imager), il “cacciatore di fulmini” realizzato da Leonardo, il primo strumento europeo di questo tipo. Quando si scatena la tempesta, infatti, i fulmini non mancano mai: “Nei 20 minuti che precedono un tornado c’è un significativo aumento fulmini intra cloud, tra nuvola e nuvola, e dalle stazioni di terra non sono rilevabili o solo parzialmente – dice Carlo Simoncelli, di Leonardo, program manager del Lightning imager – hanno un impulso minimo di 0,6 millisecondi, un battito di ciglia, e una firma spettrale molto stretta. Il nostro strumento dovrà saperli riconoscere sia di notte con il cielo buio, che di giorno”. Oltre alle previsioni meteo a breve termine, rilevando le tempeste violente nelle fasi iniziali, le osservazioni di LI, che risolve l’84 % del disco della Terra a cinque chilometri di risoluzione, saranno utili per capire i cambiamenti climatici nell’atmosfera, come i gas serra. Allo stesso tempo, sarà un nuovo strumento per la sicurezza del traffico aereo, dal momento che i fulmini rappresentano un alto rischio per la strumentazione di bordo dei velivoli.

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Solo che ‘contarli’ da 36 mila chilometri di distanza non è impresa semplice: “Vedrà fulmini lunghi almeno dieci chilometri, che da 36 mila è come guardare la tv da una distanza di tre chilometri” prosegue l’ingegnere di Leonardo. E a proposito di dati, LI avrà un cervello in grado di fare selezione direttamente a bordo: “Sarà capace, in maniera indipendente, di gestire una quantità di dati gigantesca: parliamo di sei gigabyte al secondo, che saranno filtrati dagli algoritmi fino a trasmettere solo 4 megabyte al secondo” conclude Simoncelli.
 

Countdown al 14 dicembre

Prima però bisogna vederlo andare su. Quando l’ultimo stadio dell’Ariane 5 lo avrà liberato oltre l’atmosfera, il timone verrà preso dalla sala di controllo italiana: “Una volta lanciato, dovrà essere accompagnato verso l’orbita finale e verrà seguito da qui, dalla sala Leop (Launch and early orbit phase) del Fucino, per essere accompagnato verso l’orbita finale – spiega Luigi Pasquali, coordinatore delle attività spaziali di Leonardo e Ad di Telespazio – questo è un luogo iconico per le attività spaziali italiane, da quando è nata Telespazio nel 1961, con un approccio da innovatori, accettando le sfide dell’epoca. Fu uno dei primi atti per Italia che è entrata così nel dominio spaziale, industriale e scientifico, grazie a Telespazio, nel novero di paesi capaci di usare un sistema satellitare”. Mtg-I1 impiegherà 11 giorni per raggiungere il suo posto nello spazio. Per avere una visione sempre centrata sull’emisfero che comprende Europa e Africa, dovrà arrivare fino all’orbita geostazionaria, a 36 mila chilometri di quota sopra l’Equatore, posizionato sopra il meridiano di Greenwich. E per farlo dovrà spendere 1.466 chili di propellente, oltre la metà dei 2.145 che porta a bordo: “Il cervello di queste operazioni sarà qui al Fucino – sottolinea Ernesto Carone di Telespazio, responsabile delle attività Leop per Mtg – gli ingegneri di Telespazio hanno sviluppato circa 600 procedure di volo sia per scenari ‘nominali’ (quelli attesi ndr) che di contingenza, se dovessero verificarsi delle anomalie”. Per avere Mtg-I1 in piena operatività, invece, bisognerà attendere l’estate o l’autunno del 2023.
 

Nel 2024 verrà spedito in orbita Mtg-S, il “sounder” (“scandaglio”) che con un sensore a infrarossi fornirà informazioni sulla temperatura e sull’umidità dell’atmosfera, osservando tutto il globo e l’Europa ogni 30 minuti. Ma avrà anche a bordo uno spettrometro all’ultravioletto, luce visibile e vicino infrarosso, per scovare la firma chimica degli elementi che compongono l’atmosfera in Europa. Questo, secondo l’Esa, porterà “le capacità di previsione meteo a un livello superiore, in particolare per il difficile compito del nowcasting”.
 

Il volano economico dei satelliti meteo

L’investimento totale per il programma Mtg (quattro satelliti “imager” e due “sounder”) “è di 4,3 miliardi di euro – dichiara Cheli – ma parliamo di vent’anni di dati, un servizio per tutti gli utenti. Le valutazioni del valore attuale dei dati meteo è di 61 miliardi all’anno solo per l’Europa, e il 95 % delle previsioni meteo dipendono proprio dalle osservazioni satellitari che garantiscono 40 milioni di misurazioni al giorno. Abbiamo fatto uno studio per valutare il beneficio economico e di beneficio al cittadino di Aeolus 2 (uno dei prossimi satelliti Esa per lo studio del profilo dei venti. Il primo Aeolus, anche se sperimentale, ha migliorato parecchio le previsioni meteo ndr) di recente sottoscritto alla Ministeriale, parliamo di ritorni dalle sette alle dieci volte l’investimento”. Ruti ricorda un dato dell’Agenzia europea per l’ambiente: 500 miliardi, in 40 anni, il costo degli eventi meteo estremi in Europa. “L’Organizzazione meteorologica mondiale ha stimato in 100 miliardi il costo globale di questi eventi nel 2022. Questo programma guarda al futuro, su quali saranno gli strumenti per aiutare il cittadino a essere preparato a ciò che succede”.