Nella comunicazione spaziale è fondamentale scegliere le frequenze giuste per i propri scopi, garantendo una trasmissione dei dati efficiente ed affidabile. Vediamo quali sono le bande di frequenza chiave e il loro significato nelle applicazioni spaziali. Lo spettro di frequenza ha bande diverse per vari scopi. Queste bande vengono assegnate in base a fattori quali caratteristiche di propagazione, interferenze e considerazioni normative. Recentemente anche le frequenze ottiche all’interno dello spettro visibile stanno cominciando ad essere utilizzate nelle comunicazioni spaziali, utilizzando un laser dalla sorgente al target e consentendo la trasmissione di maggiori informazioni. Tuttavia la comunicazione può essere condotta solo point-to-point, è essenziale un puntamento preciso per stabilire la comunicazione (poiché il laser è molto stretto) e sono più sensibili alle condizioni atmosferiche. Quando la comunicazione satellitare viene effettuata in radiofrequenza (RF), la gamma va da 30 MHz a 40 GHz e questa gamma è a sua volta suddivisa in bande:
Quali frequenze radio vengono utilizzate per le comunicazioni spaziali?
- Banda VHF: operando nella gamma da 30 a 300 MHz, i segnali VHF hanno lunghezze d’onda relativamente più lunghe rispetto alle bande di frequenza più elevate, rendendoli adatti per comunicazioni a corto raggio nello spazio (missioni LEO) e offrendo buone proprietà di propagazione per i collegamenti intersatellitari e comunicazioni con le stazioni di terra.
- Banda UHF: da 300 MHz a 3 GHz, le bande UHF facilitano la trasmissione di dati tra veicoli spaziali e stazioni di terra, garantendo comunicazioni affidabili ed efficienti grazie alla loro capacità di penetrare nella ionosfera e trasmettere efficacemente informazioni su lunghe distanze. I segnali UHF hanno lunghezze d’onda più corte rispetto a VHF, consentendo loro di trasportare più dati e percorrere maggiori distanze.
- Banda L: da 1 a 2 GHz, utilizzata per servizi mobili, navigazione satellitare (GPS, Galileo, GLONASS), telecomunicazioni (Iridium, Inmarsat), sorveglianza aerea, radioamatori, radiodiffusione e radioastronomia. Questa banda è nota per la sua capacità di penetrare nell’atmosfera e superare ostacoli come forti piogge o nebbia, rendendola adatta per comunicazioni affidabili in condizioni meteorologiche avverse. Grazie a questa capacità, la banda L viene spesso utilizzata per servizi critici come comunicazioni di emergenza e applicazioni di sicurezza.
- Banda S: da 2 a 4 GHz, è comunemente utilizzata per la telemetria, l’inseguimento e il controllo (TT&C) dei satelliti. Viene utilizzato anche per radar meteorologici, sistemi di radionavigazione e ricerca spaziale. Questa banda fornisce un equilibrio tra velocità dei dati e penetrazione atmosferica, rendendola adatta a varie funzioni di comunicazione e monitoraggio.
- Banda C: questa banda opera nella gamma da 4 a 8 GHz. È stato un punto fermo per la comunicazione satellitare sin dagli albori dell’esplorazione spaziale. La banda C è nota per la sua capacità di penetrare pioggia, neve e altre condizioni atmosferiche, rendendola altamente affidabile per le comunicazioni terra-spazio.
- Banda X: da 8 a 12 GHz, offre velocità di trasmissione dati più elevate e maggiore precisione, rendendola preziosa per le comunicazioni radar e alcuni strumenti scientifici spaziali. E’ meno suscettibile all’attenuazione della pioggia rispetto alle bande K, rendendolo adatto per missioni più precise di puntamento ad alta priorità.
- Banda Ku: da 12 a 18 GHz ed è ampiamente utilizzata per le comunicazioni satellitari ad alta potenza, comprese le trasmissioni televisive e Internet a banda larga. Offre una larghezza di banda maggiore rispetto alle bande con frequenze più basse, consentendo la trasmissione di grandi quantità di dati.
- Banda Ka: da 26,5 a 40 GHz, si trova nella parte superiore dello spettro delle microonde. Fornisce una larghezza di banda ancora più ampia, ideale per applicazioni ad uso intensivo di dati come servizi Internet ad alta velocità e televisione satellitare ad alta definizione.
Quali frequenze radio vengono utilizzate per le comunicazioni spaziali? Segnale radio dalla Mars Express in banda X (8420.4 MHz), catturata con stazione di terra INTREPID 500-12.
La frequenza scelta influenza vari aspetti del sistema di comunicazione. Uno di questi è il data rate, la quantità di dati per unità di tempo che viene trasferita tra il satellite e la stazione di terra (misurata in bit al secondo, bps): frequenze più elevate tipicamente consentono velocità di trasmissione dati più elevate grazie alla loro capacità di trasportare più cicli di segnale entro un dato intervallo di tempo. Le frequenze più elevate spesso forniscono capacità di larghezza di banda maggiori, consentendo la trasmissione di una gamma più ampia di frequenze e, quindi, il trasferimento di più dati contemporaneamente. Inoltre, le frequenze più alte hanno lunghezza d’onda più corta, il che significa più cicli in un tempo specifico e la trasmissione di più bit al secondo. Consentono inoltre schemi di modulazione più complessi per codificare più bit alla volta. Più bassa è la frequenza scelta, più non si è interessati alla trasmissione veloce dei dati. Le bande VHF e UHF sono le frequenze minime per le comunicazioni spaziali, utilizzate per trasferire pochi dati nell’orbita terrestre bassa (LEO); se è necessario trasferire grandi quantità di dati nell’orbita terrestre, solitamente vengono adottate le bande S e X. Le bande Ku e X vengono generalmente utilizzate per le comunicazioni interplanetarie.
Le bande S e X sono significative per applicazioni specifiche, poiché condividono alcune caratteristiche importanti: entrambe le bande S e X sono spesso utilizzate per comunicazioni point-to-point e per soddisfare esigenze specializzate, sebbene siano più sensibili alle attenuazioni rispetto alle frequenze più basse bande. Infatti, la sensibilità alle condizioni atmosferiche a frequenze più elevate è dovuta principalmente all’assorbimento e alla diffusione delle onde elettromagnetiche da parte delle molecole nell’atmosfera.
Quali frequenze radio vengono utilizzate per le comunicazioni spaziali? Stazione di terra INTREPID 500-12 con antenna piena da 5 metri di diametro e feed per bande X/S.
INTREPID sistemi d’antenna per stazioni di terra per comunicazione spaziale
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