L’Agenzia Spaziale Europea (ESA) ha stabilito con successo un collegamento ottico di trasmissione-ricezione con l’esperimento Deep Space Optical Communications (DSOC) della NASA a bordo della missione Psyche, situata a 265 milioni di km di distanza. Il 7 luglio 2025, l’ESA ha segnato una pietra miliare storica stabilendo per la prima volta un collegamento di comunicazione ottica con un segmento di terra europeo e un veicolo spaziale nello Spazio profondo. Il collegamento è stato stabilito con le stazioni ottiche di terra trasmettenti e riceventi in Grecia e la missione Psyche della NASA e il suo esperimento Deep Space Optical Communications (DSOC) a bordo, attualmente a una distanza di 1,8 unità astronomiche, circa 265 milioni di km. Si tratta del 1° di 4 collegamenti previsti per questa estate.
Questo risultato segna un’altra pietra miliare nella lunga storia di supporto incrociato tra le agenzie spaziali, dimostrando il potenziale di interoperabilità tra ESA e NASA nel campo delle comunicazioni ottiche, qualcosa che in precedenza era stato raggiunto solo con sistemi a radiofrequenza.
“La prima dimostrazione riuscita di comunicazione ottica nello Spazio profondo con un segmento di terra europeo segna davvero un passo da gigante verso l’introduzione di una connettività ad alta velocità simile a quella di Internet terrestre per i nostri veicoli spaziali nello Spazio profondo. Questo successo congiunto, insieme ai nostri colleghi e partner nell’industria e nel mondo accademico, alla Direzione della Tecnologia dell’ESA e alla NASA/JPL, sottolinea l’importanza della cooperazione internazionale“, afferma Rolf Densing, Direttore delle Operazioni dell’ESA.
“È un successo straordinario. Attraverso anni di progressi tecnologici, sforzi di standardizzazione internazionale e l’adozione di soluzioni ingegneristiche innovative, abbiamo posto una pietra angolare di Internet del Sistema Solare“, afferma Mariella Spada, Responsabile dell’Ingegneria e Innovazione dei Sistemi di Terra dell’ESA.
Collegamento laser attraverso il Sistema Solare
La campagna di trasmissione inizia in Grecia, dove l’ESA ha trasformato 2 osservatori in stazioni ottiche di terra ad alta precisione. Dall’Osservatorio di Kryoneri, vicino ad Atene, un potente faro laser è diretto verso il veicolo spaziale Psyche della NASA. Sebbene non trasporti dati, il faro è progettato per essere così precisamente mirato che l’esperimento DSOC a bordo di Psyche può agganciarlo e inviare un segnale di ritorno sulla Terra. Questo segnale di ritorno viene quindi catturato dall’Osservatorio di Helmos, situato a 37 km di distanza su una vicina cima di montagna.
“Questo “stretta di mano” ottica bidirezionale ha significato superare 2 importanti sfide tecniche: sviluppare un laser abbastanza potente da colpire un veicolo spaziale distante con precisione millimetrica; e costruire un ricevitore abbastanza sensibile da rilevare il segnale di ritorno più debole, a volte solo pochi fotoni, dopo un viaggio di centinaia di milioni di chilometri“, spiega Sinda Mejri, project manager del sistema di ricezione laser terrestre dell’ESA.
Per raggiungere questo livello di precisione, gli esperti di dinamica di volo dell’ESA presso l’ESOC (European Space Operations Centre) hanno calcolato la traiettoria del veicolo spaziale e tenuto conto di variabili come la densità dell’aria, i gradienti di temperatura e il moto planetario. Questo processo è simile a quelli utilizzati nei sistemi di navigazione satellitare globali, ma con la complessità aggiuntiva delle distanze nello Spazio profondo e la necessità di un puntamento ultra preciso.
Nel frattempo, i controllori di missione del Jet Propulsion Laboratory (JPL) della NASA hanno fornito la posizione di Psyche utilizzando Delta-DOR, una potente tecnica di navigazione che consente una precisione a livello millimetrico ed è impiegata anche dall’ESA per le missioni interplanetarie.
Per garantire la sicurezza durante le trasmissioni laser, sezioni dello spazio aereo greco sono state temporaneamente chiuse.
Anni di preparazione
Il successo del collegamento è stato il risultato di anni di preparazione e collaborazione. Sono state necessarie 2 stazioni ottiche di terra. Il trasmettitore laser terrestre integra 5 laser ad alta potenza con controllori di puntamento ultra precisi in un contenitore speciale lungo 6 metri con una piattaforma di sollevamento. Ciò ha permesso di proteggere le apparecchiature sensibili dalla luce solare durante il giorno e sollevarle all’aperto dopo il tramonto.
Nel frattempo, il ricevitore laser terrestre assume la forma di un sofisticato ricevitore noto come “banco ottico”. Questa unità ricevente sensibile a singolo fotone verrà poi montata saldamente sul retro del telescopio Aristarchos di 2,3 m, situato a 2340 m.
Ad aprile, il team ha condotto una campagna di prova trasmettendo un singolo segnale a bassa potenza al satellite Alphasat dell’ESA. Situato in orbita geostazionaria, a 36mila km di altitudine, il satellite è un banco di prova ideale per le tecnologie di comunicazione ottica, grazie a un terminale su misura fornito dal DLR tedesco.
“Nonostante la complessità del compito, l’installazione finale dei laser, dei cablaggi elettrici e dei sistemi di raffreddamento è stata completata con successo poco dopo la loro consegna la mattina stessa“, ha dichiarato Clemens Heese, project manager delle comunicazioni ottiche nello spazio profondo dell’ESA. “Raggiungere ‘l’installazione laser e l’emissione laser sicura nel cielo in un giorno’ è una notevole testimonianza della precisione, del coordinamento e della dedizione del team“.
Pochi istanti dopo, le ultime prove generali hanno permesso al team di rivedere le procedure complete ed eseguire un test laser dal vivo per ottimizzare i tempi e il coordinamento.
Lo sforzo ha coinvolto meno di 20 persone in loco: 7 a Kryoneri, 12 a Helmos e un team di supporto negli Stati Uniti che gestiva il veicolo spaziale. Il Jet Propulsion Laboratory della NASA ha anche inviato due esperti per assistere.
Uno sguardo al futuro
Questa dimostrazione è più di un’impresa tecnica. È uno sguardo al futuro delle comunicazioni nello Spazio profondo. Stabilire un collegamento laser dalla Terra a un veicolo spaziale a distanze di 1,5-2 unità astronomiche richiede una precisione eccezionale, ingegneria avanzata e una coordinazione senza soluzione di continuità. La connessione riuscita con Psyche e il carico utile DSOC il 7 luglio 2025 dimostra che questa sfida può essere affrontata.
“L’Europa ha dimostrato di essere pronta a svolgere un ruolo chiave nel futuro delle comunicazioni ottiche ad alta capacità nello Spazio profondo“, ha affermato Andrea Di Mira, Project Manager del sistema di trasmissione laser terrestre dell’ESA presso l’ESOC.
I collegamenti ottici promettono velocità di trasmissione dati da 10 a 100 volte superiori rispetto agli attuali sistemi a radiofrequenza. Combinare questa tecnologia con quelle che abbiamo per le comunicazioni a radiofrequenza è essenziale per trasmettere la quantità di dati in costante aumento delle missioni che esplorano l’universo.
“Siamo orgogliosi che l’ESA sia presente nell’esperimento Deep Space Optical Communications (DSOC) a bordo della nostra missione Psyche. È un potente esempio di ciò che la cooperazione internazionale può raggiungere e uno sguardo al futuro delle comunicazioni nello spazio profondo“, afferma Abi Biswas, project technologist per DSOC presso la NASA JPL.
Il successo getta anche le basi per il programma proposto dall’ESA ASSIGN (Advancing Solar System Internet and GrouNd), che sarà presentato alla riunione del Consiglio ESA a livello ministeriale (CM25) a novembre.
“ASSIGN mirerà a federare le reti a radiofrequenza e ottiche esistenti e future in una rete di reti sicura, resiliente e interoperabile per le missioni dell’ESA, nonché per quelle istituzionali e commerciali, e a promuovere la competitività dell’industria europea per la sua realizzazione e il futuro sfruttamento“, afferma Mehran Sarkarati, Capo della Divisione di Ingegneria delle Stazioni di Terra dell’ESA e Program Manager per il Programma ASSIGN.
Collaborazione industriale e internazionale
La partecipazione dell’ESA alla dimostrazione DSOC è resa possibile da un consorzio di aziende europee tra cui qtlabs (AT), Single Quantum (NL), GA Synopta (CH), qssys (DE), Safran Data Systems (FR) e NKT Photonics Ltd (UK), e dall’Osservatorio Nazionale di Atene (GR), che ha permesso di trasformare i suoi osservatori di Helmos e Kryoneri in stazioni ottiche di terra per lo Spazio profondo e ha fornito infrastrutture critiche.
Il progetto è finanziato attraverso il General Support Technology Programme e il Technology Development Element dell’ESA.
Guardando al futuro, l’ESA sta attualmente studiando una capacità di traino propulsivo elettrico su Marte, chiamata “LightShip“, che trasporterebbe veicoli spaziali passeggeri su Marte. Dopo aver lasciato i passeggeri, LightShip si trasferirebbe in un’orbita di servizio dove fornirebbe servizi di comunicazione e navigazione attraverso il carico utile MARs COmmunication and Navigation Infrastructure (MARCONI), parte del quale includerà un dimostratore di comunicazioni ottiche come parte della roadmap per supportare future missioni umane.