Che stiate sorvolando Bologna in aereo o stiate passeggiando tra le campagne della provincia nei pressi della località Medicina, vi sarà capitato di scorgere un’estesa e articolata struttura metallica bianca. Si tratta del radiotelescopio Croce del Nord che a prima vista appare come una leggera trama ingegneristica stesa sulla pianura: una sequenza ipnotica di archi rivolti verso l’alto che sembra quasi galleggiare sul terreno. Non ha la verticalità familiare dei tralicci elettrici né la forma concava delle antenne; è un avamposto di sorveglianza spaziale unico nel suo genere, capace di trasformare il paesaggio rurale in uno scenario quasi fantascientifico.
Realizzato negli anni ‘60, questo strumento ha segnato la nascita della radioastronomia in Italia, permettendo di studiare e catalogare diverse radiosorgenti cosmiche, come pulsar, radiogalassie e quasar.
I due monumentali bracci, disposti lungo le direzioni Nord-Sud ed Est-Ovest per centinaia di metri, hanno reso possibile raccogliere dati di rilevanza internazionale.
Con il passare dei decenni, la manutenzione della struttura è diventata sempre più complessa, portando alla disattivazione di alcune sue componenti.
Un primo intervento di recupero è stato avviato nel 2016 grazie ai finanziamenti della Commissione Europea nell’ambito della rete Europea di Sorveglianza Spaziale e Tracciamento (EUSST), che hanno permesso di riattivare progressivamente l’intero braccio Nord-Sud per attività di monitoraggio del traffico spaziale, inclusi satelliti operativi e rifiuti spaziali., permettendo nel tempo di esplorarne anche il potenziale per nuove linee di ricerca radioastronomica, come lo studio dei Fast Radio Burst, brevissimi “lampi” radio di origine cosmica.
Oggi la Croce del Nord è al centro di un nuovo e significativo intervento di ammodernamento che riguarda in particolare il ramo Est-Ovest. I lavori fanno parte del programma Next Generation – Croce del Nord (NG-CROCE), finanziato dal Piano Nazionale di Ripresa e Resilienza (PNRR), che prevede un insieme articolato di interventi in diverse infrastrutture radioastronomiche dell’INAF (parabola della Stazione Radioastronomica di Noto e il Sardinia Radio Telescope) per potenziare il monitoraggio dei rifiuti spaziali e lo studio dei Fast Radio Burst. In questo articolo, ci concentriamo sugli sviluppi che riguardano la Croce del Nord.
Con tali lavori ormai in fase di conclusione, abbiamo incontrato Germano Bianchi, primo tecnologo presso l’Istituto di Radioastronomia dell’INAF e responsabile del radiotelescopio Croce del Nord, per approfondire il futuro di questo strumento.
Ecco cosa ci ha raccontato, tra sfide tecnologiche e nuove frontiere della sicurezza spaziale.
Guarda la foto di Germano Bianchi, al lavoro presso la Stazione Radioastronomica di Medicina.
Intervista a Germano Bianchi
Perché è stata scelta proprio la Croce del Nord come base da migliorare?
“La scelta della Croce del Nord per la modernizzazione nasce dall’urgenza di recuperare il ramo Est-Ovest, fermo dal 2012 per motivi di sicurezza e costi di manutenzione proibitivi. Grazie a un finanziamento PNRR di circa 18 milioni di euro — che ha coinvolto anche la stazione radioastronomica di Noto e l’Osservatorio Astronomico di Cagliari — l’infrastruttura è stata salvata dal rischio di degrado strutturale. L’intervento non solo completa il recupero avviato anni fa sul ramo Nord-Sud grazie a fondi europei, ma consente di valorizzare l’antenna come facility d’eccellenza su due fronti: la ricerca sui Fast Radio Burst, brevissimi e intensi lampi radio di origine cosmica e il contributo alla rete della Commissione Europea per il monitoraggio del traffico spaziale (EUSST).”
Lo strumento continuerà a operare come radiotelescopio? Come cambieranno le osservazioni?
“La Croce del Nord continuerà a operare come radiotelescopio, con un ruolo ben definito nello studio dei Fast Radio Burst (FRB), che, grazie alla sua grande superficie di raccolta, rende lo strumento particolarmente adatto a intercettare questi segnali radio brevissimi. Operando alla frequenza di 408 MHz, lo strumento catturerà l’energia di questi brevissimi lampi radio, collaborando con il progetto canadese CHORD per il monitoraggio dell’emisfero nord e con il supporto delle parabole di Noto e il Sardinia Radio Telescope. Per massimizzare l’efficienza, le due attività saranno gestite in parallelo: il ramo Nord-Sud sarà dedicato al 100% al monitoraggio del traffico spaziale, mentre il ramo Est-Ovest sarà utilizzato interamente per la ricerca scientifica, permettendo a entrambi i programmi di operare a pieno regime senza interferenze. Nulla toglie che in casi di necessità, entrambi i rami possono comunque lavorare assieme per uno specifico progetto e massimizzane le performance osservative. In tal senso, lo strumento risulta quindi molto flessibile.”
Quali interventi sono stati fatti grazie al PNRR per rendere il monitoraggio sostenibile nel tempo? Quanto questi risparmi influiscono sulla continuità delle osservazioni dei rifiuti spaziali?
“Uno degli aspetti chiave riguarda il consumo energetico. Grazie alla grande superficie di raccolta della Croce del Nord, il sistema trasmittente, che si trova nel sud Italia, può operare con una potenza di trasmissione di circa 10 kW, molto inferiore rispetto a quella richiesta dai radar tradizionali. A questo si aggiunge un’elevata automazione nella gestione dei dati: il sistema permette di riconoscere e catalogare nuovi oggetti o aggiornare le posizioni di quelli già noti senza necessità di un intervento umano continuo. Inoltre, è stato installato un impianto fotovoltaico integrato da sistemi di accumulo a batteria. Tale infrastruttura è progettata per alimentare e garantirne la continuità operativa, dello strumento abbattendo drasticamente l’impatto dei costi energetici. Una scelta che riflette una visione strategica lungimirante in considerazione anche delle attuali fluttuazioni dei costi energetici. Questi interventi assicurano una gestione operativa snella e più sostenibile nel tempo, sia dal punto di vista energetico sia operativo, garantendo una continuità delle osservazioni nel lungo periodo, ottimizzando l’uso delle risorse tecniche.”
Guarda il ramo Est-Ovest della Croce del Nord (564 metri di lunghezza). Crediti: INAF
In termini concreti, cosa cambia nelle prestazioni dello strumento?
“L’integrazione di 736 nuovi ricevitori e di un centro di calcolo potenziato permette di processare una mole di dati senza precedenti. Grazie all’automazione, la Croce del Nord può inoltre catalogare autonomamente i frammenti, migliorando in modo significativo le sue capacità operative rispetto al passato.”
In che modo i miglioramenti del PNRR posizionano l’Italia rispetto ai partner europei?
“Grazie ai fondi PNRR, l’Italia consolida il suo ruolo strategico nella EUSST. In questo contesto si inserisce anche l’adeguamento della stazione radioastronomica di Noto, in Sicilia, anch’essa parte dell’Istituto di Radioastronomia, per l’osservazione dei rifiuti spaziali. La sua posizione molto più a sud rispetto agli altri radar europei, è fondamentale: permetterà di osservare oggetti in orbite quasi equatoriali migliorando la copertura complessiva e la precisione nelle previsioni di rientro. Questo posizionamento geografico e tecnologico fornisce un valore unico alla sicurezza orbitale internazionale.”
È più difficile tracciare oggetti in orbita terrestre rispetto alle sorgenti astronomiche?
“La sfida principale è l’elevata velocità di movimento di tali oggetti. Mentre i radiotelescopi a parabola possono avere difficoltà a inseguire meccanicamente oggetti così rapidi, la Croce del Nord utilizza il cosiddetto beamforming elettronico. Immaginiamo il campo visivo come quello di una macchina fotografica con milioni di pixel: l’antenna resta ferma, ma noi spostiamo il “pixel” dell’osservazione istantaneamente per via elettronica. Non essendoci parti meccaniche in movimento, possiamo inseguire oggetti anche in rapido movimento.”
Qual è oggi la dimensione minima di un oggetto che riuscite a individuare?
“Grazie agli upgrade finanziati dal PNRR e all’ampliamento dell’area di raccolta, le simulazioni indicano un significativo aumento della capacità di rilevamento. La Croce del Nord sarà in grado di tracciare oggetti di pochi centimetri a una quota di riferimento di 1.000 km. Questo posiziona l’infrastruttura italiana come un’eccellenza nel network europeo EUSST: si tratta di una sensibilità superiore a quella di molti radar attualmente utilizzati nella rete europea EUSST, solitamente in grado di rilevare oggetti di oltre 10 cm.”
Come affrontate il problema delle interferenze radio? Il PNRR ha permesso di implementare nuovi filtri?
“Adottiamo una strategia su due livelli. Per la ricerca scientifica utilizziamo una banda “protetta” a 408 MHz. Per le altre frequenze, grazie agli interventi finanziati dal PNRR, usiamo un sistema adattivo: a livello digitale “affettiamo” il segnale in migliaia di bande molto strette in frequenza; se una di queste è disturbata, la “spegniamo” selettivamente, salvando tutto il resto dell’informazione.”
Le grandi costellazioni satellitari, come Starlink della SpaceX, creano problemi alle osservazioni?
“Attualmente no, perché trasmettono a frequenze molto più alte rispetto ai 408 MHz utilizzati dal radiotelescopio. Anche dal punto di vista radar non c’è confusione: grazie all’effetto Doppler (la variazione in frequenza dovuta al movimento), ogni oggetto viene identificato in base alla sua velocità e traiettoria. Anche se passano molti satelliti contemporaneamente, i loro segnali appaiono separati nello spettro, permettendoci di distinguere chiaramente l’oggetto di interesse.”
In caso di rientro incontrollato di un rifiuto “potenzialmente pericoloso” (in termini di massa che può arrivare al suolo) dalle osservazioni in poi come si interviene?
“In caso di rientro incontrollato di oggetti con massa superiore a una tonnellata , si attiva un protocollo di sicurezza coordinato a livello europeo. Viene attivata una task force che coinvolge tutti i sensori della rete EUSST per monitorare quanto più continuamente l’oggetto, aggiornarne l’orbita e restringere la cosiddetta “finestra di rientro”. In Italia, il coordinamento avviene tra l’Agenzia Spaziale Italiana (ASI) e la Protezione Civile, che apre tavoli di crisi per valutare il rischio di impatto sul territorio nazionale. Se la probabilità supera determinate soglie, la Protezione Civile dirama allerta alla popolazione, Poiché non è possibile prevedere il punto esatto di caduta di un singolo frammento, l’allerta riguarda aree vaste e fornisce raccomandazioni precauzionali (come restare al chiuso o evitare il contatto con rifiuti potenzialmente tossici). In questo contesto, l’Italia ricopre un ruolo di “ultima sentinella”: grazie alla sua posizione geografica, è accaduto che i radar italiani fossero gli ultimi a tracciare gli oggetti prima del loro rientro”.
Il PNRR ha permesso di installare sensori intelligenti per la manutenzione delle strutture?
“Nonostante la digitalizzazione, evitiamo di installare sensori “intelligenti” direttamente sulle antenne per non generare interferenze che disturberebbero il segnale. La stabilità dello strumento è garantita da campagne di calibrazione periodiche, ogni sei mesi, come richiesto dagli standard EUSST. Durante queste sessioni, osserviamo i cosiddetti “calibratori”, cioè satelliti di cui si conosce l’esatta posizione in cielo per “tarare” gli strumenti. Dal punto di vista astronomico, vengono invece utilizzate radiosorgenti naturali potenti (come Cassiopea A) per allineare con precisione millimetrica i centinaia di ricevitori e correggere eventuali derive strumentali.”
Esiste un piano per rendere la Croce del Nord completamente autonoma o remotizzata?
“Sì, è uno degli obiettivi delle prossime fasi di sviluppo, ovvero l’obiettivo finale dello sviluppo software post-installazione hardware. Grazie al nuovo centro di calcolo e a sistemi di archiviazione potenziati, implementeremo algoritmi capaci di individuare autonomamente satelliti e rifiuti spaziali che i segnali astronomici d’interesse. Il sistema salverà solo i dati rilevanti, eliminando automaticamente le ore di osservazione “vuote”. Questo permetterà in futuro di operare in modo sempre più da remoto, riducendo al minimo l’intervento umano diretto.”
Si chiude così il cerchio di un progetto che unisce la salvaguardia di un patrimonio storico alle sfide del monitoraggio orbitale. Mentre prosegue il percorso di ammodernamento, la Croce del Nord scrive un nuovo capitolo: un’infrastruttura versatile e dual-use, capace di spaziare con la stessa precisione dalla ricerca astrofisica pura al tracciamento satellitare, a testimonianza di come la ricerca italiana sappia rinnovarsi senza perdere la propria identità.
Per saperne di più: https://pnrr.inaf.it/progetto-croce/
[A cura di Magda Tonelli]
Questo articolo è stato realizzato nell’ambito del tirocinio dell’Università di Bologna presso INAF – Istituto di Radioastronomia, all’interno del progetto Sorvegliati Spaziali.
