Big Data dallo Spazio profondo

Colloquio con Salvatore Viviano - ASI

SRT non è solo una creatura di INAF, ma anche di ASI. Puoi dirci come la utilizzate e per quali applicazioni?

Cominciamo col dire che noi operiamo con il Sardinia Deep Space Antenna, o SDSA. Il SDSA condivide con SRT una parte delle dotazioni e delle infrastrutture, ma ha un suo equipaggiamento ed un centro di controllo specifico che offre servizi di supporto per le missioni interplanetarie e lunari e svolge attività di radioscienza.

SDSA comunica con gli spacecraft, il nostro core business, diversamente da SRT che opera direttamente con le sorgenti radio astronomiche. Questo è vero anche quando facciamo attività astronomica sfruttando il link di comunicazione fra il SDSA e lo spacecraft o raccogliamo dati telemetrici scientifici di interesse per la comunità radioastronomica. L’ASI ha istituito presso l’osservatorio astronomico di Cagliari un’unità di ricerca che fa ricerca in diversi ambiti di interesse esclusivo dell’agenzia o condivisi con INAF, tra i quali la radioscienza, lo space weather e il tracciamento degli space debris. Come agenzia spaziale supportiamo e forniamo contributo alle missioni interplanetarie, collaborando con la NASA e il JPL, responsabile del Deep Space Network - DSN con l’ESA, e l’ESOC, responsabile di ESTRACK e anche, in prospettiva, con le agenzie spaziali di Giappone e India, che dispongono anche esse di antenne. Ovviamente SDSA è inoltre impiegato per le missioni dell’ASI e per le attività scientifiche e tecnologiche delle università nazionali.

Salvatore Viviano
ASI
Responsabile del Sardinia Deep Space Antenna
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Quali sono le applicazioni?

L’ASI nel maggio di quest’anno ha sottoscritto un accordo con la NASA, che prevede la partecipazione del SDSA nel Deep Space Network, che gestisce le missioni interplanetarie, come è stato, ad esempio, per Cassini.
Qualunque spacecraft controllato, ne va determinata la posizione orbitale e nello stesso tempo ne vanno acquisiti i dati ingegneristici e scientifici da inviare al Deep Space Network in tempo reale attraverso la rete dedicata.

Il nostro contributo è definito distinctive, perché avviene non a livello routinario ma per le Special Operations ovvero nei momenti particolari della missione, come ad esempio il lancio, il passaggio vicino ai pianeti, ma anche la gestione delle emergenze, per capirci come nel caso di Apollo 13, quando a seguito degli eventi notificati con “Houston? We have a problem” la comunicazione che ha consentito il salvataggio degli uomini dell’Apollo 13 è stata supportata dal Deep Space Network dotato di antenne sensibilissime, capaci di ricevere il segnale debole dell’Apollo che stava perdendo energia.

Un po’ come la vostra.

Si, la nostra infrastruttura è davvero all’avanguardia. Ma SDSA è più di una antenna, è anche un centro di controllo e di comunicazione. Infatti le informazioni provenienti dalla sonda devono essere raccolte e convogliate in tempo reale sulla fibra per poter dirigere l’azione, se necessario. E parliamo di un sacco di dati.

Quanti dati?

Le quantità di dati provenienti da questa attività possono essere enormi. Ad esempio, quando Cassini è entrata nell’atmosfera di Saturno, per ogni passaggio venivano registrate una serie di misure. Ci sono alcune fasi della missione che sono critiche e irripetibili, come in Cassini, e se un dato non viene registrato per qualunque accidente, è perso. Quindi per essere sicuri di registrare tutto quello che la sonda è in grado di trasmettere, i dati vengono anche registrati in open loop, cioè campionando il segnale in modo continuo, mentre il flusso della telemetria viene comunque scaricata e trasmessa in tempo reale. In seguito poi il dato viene elaborato, ma intanto si è certi di non aver perso nulla. Come si può capire, questa tecnica prende tantissimi dati, centinaia di Gigabit di dati. In questo senso SDSA è una vera macchina per generare dati - che poi vanno elaborati, archiviati e preservati per il futuro.

A settembre 2017 hanno preso il via le attività del Sardina Deep Space Antenna, con il tracking dell'ultima fase della missione della sonda Cassini, frutto della collaborazione tra NASA, ESA ed ASI. Nel "Gran Finale" della ventennale missione dedicata allo studio di Saturno, l'antenna di Cassini, costruita in Italia, e SDSA si sono collegati in quello che è stato chiamato con una certa poesia il "bacio italiano".

Come li conservate?

Attualmente stiamo sviluppando un database sia localmente che all’interno dello Space Science Data Centre dell’ASI. La data preservation è molto importante e quindi anche la ridondanza dei dati contro la perdita accidentale. SDSA è un’infrastruttura pubblica e come tale deve beneficiare la collettività: è parte della nostra missione rendere i dati fruibili alla comunità della ricerca e a tutti gli attori che ne possono fare un utilizzo ulteriore, anche negli anni futuri. A questo scopo conserviamo non solo i dati elaborati, ma anche il dato grezzo, i dati ancillari e quanto necessario per predisporre tali dati per possibili ulteriori analisi.

La costruzione del DB è in funzione quindi non solo della missione al cui tracciamento si sta contribuendo nello specifico, con il trasferimento dei dati al Deep Space Network o ad ESTRACK, ma anche per un uso futuro da parte dei nostri utenti, ovvero del JPL, ESOC, delle missioni interessate, dei ricercatori dell’ASI, dell’INAF e delle Università.

La fibra ottica è fondamentale sia per il trasferimento dei dati allo Space Science Data Centre e la loro successiva elaborazione e conservazione, sia soprattutto per i servizi di navigazione e comunicazione in tempo reale rivolti agli spacecraft, che prevedono lo scambio con il JPL o l’ESOC. In particolare per le comunicazioni prioritarie l’affidabilità e la velocità che può offrire la fibra sono fondamentali. Abbiamo anche lo scambio voce con i partner, e anche quello a SDSA va fatto attraverso la fibra perché come sapete la stazione non dispone né di telefonia fissa né mobile. Prima del collegamento a GARR utilizzavamo un collegamento satellitare, che oggi manteniamo come backup: una soluzione ancora accettabile dal punto di vista del ritardo delle comunicazioni, ma troppo sensibile alle condizioni metereologiche. Quando bisogna prendere una decisione sulla base dei dati, ad esempio per agire sulla sonda, è necessario avere un link robusto.

Già: la comunicazione è a due sensi…

È vero. Noi in questa fase ci limitiamo (si fa per dire) alla ricezione dei dati dallo spazio, ma stiamo realizzando anche la parte relativa alla trasmissione, che completa e potenzia la capacità di ricezione della stazione a supporto della navigazione (sembra strano, ma è così), le attività di radio scienza e consente di esercitare le funzioni di comando. Prevediamo di installare due complete catene di ricezione e trasmissione nelle bande X e Ka entro il 2021.