Space to Underwater Optical Communications: il progetto di fattibilità promosso e finanziato dall’ESA per una nuova generazione di comunicazioni tra la dimensione spaziale e quella subacquea

La crescente digitalizzazione delle infrastrutture strategiche sta accelerando la convergenza tra domini che, fino a pochi anni fa, venivano considerati distinti. Lo spazio, il mare e la dimensione subacquea sono oggi sempre più interconnessi attraverso reti di osservazione, piattaforme autonome, sensori distribuiti e sistemi di comunicazione avanzati.

In questo scenario si inserisce Space to Underwater Optical Communications, progetto di fattibilità promosso e finanziato dall’European Space Agency (ESA) nell’ambito del programma ARTES 4.0 ScyLight (Optical & Quantum Communications) e realizzato da BAE Systems Digital Intelligence, che analizza la possibilità di realizzare collegamenti ottici tra satelliti in orbita terrestre bassa (Low Earth Orbit – LEO) e veicoli subacquei autonomi (Autonomous Underwater Vehicles – AUV), con l’obiettivo di superare uno dei principali limiti delle comunicazioni in ambiente marino.

L’acqua marina attenua rapidamente le onde radio, rendendo impraticabili le tradizionali comunicazioni satellitari con piattaforme immerse. Per questo motivo, le comunicazioni subacquee si basano prevalentemente sulla propagazione acustica, una tecnologia affidabile ma caratterizzata da una limitata capacità trasmissiva, da latenze elevate e da velocità di trasferimento non sempre adeguate alle esigenze delle moderne piattaforme autonome e delle reti di sensori ad alta densità.

Lo studio propone un’architettura di comunicazione ottica fondata sull’impiego di un laser verde pulsato DPSS Nd:YAG a 532 nanometri, operante nella cosiddetta blue-green optical window, la porzione dello spettro elettromagnetico nella quale l’acqua presenta il minore coefficiente di attenuazione della luce. Il sistema utilizza la Pulse Position Modulation (PPM) come tecnica di modulazione e la codifica Low Density Parity Check (LDPC) per la correzione degli errori, soluzioni progettate per aumentare l’affidabilità del collegamento in un ambiente caratterizzato da elevata variabilità ottica.

L’analisi considera numerosi parametri fisici che influenzano la propagazione del segnale, tra cui attenuazione, scattering, rifrazione all’interfaccia aria-acqua, turbolenza atmosferica e marina, divergenza del fascio laser, precisione del sistema di puntamento (Pointing, Acquisition and Tracking – PAT) e rapporto segnale-rumore del ricevitore. Le simulazioni indicano che, in acque limpide e moderatamente limpide classificate Jerlov IB–III, è teoricamente possibile realizzare comunicazioni bidirezionali tra satelliti e sistemi subacquei operanti a profondità comprese tra 10 e 70 metri.

Le prestazioni modellate risultano particolarmente interessanti per una tecnologia ancora nelle fasi iniziali di sviluppo. Lo studio stima velocità di trasmissione fino a 400 kbps nel collegamento discendente (downlink) e fino a 40 kbps nel collegamento ascendente (uplink). Per ciascun passaggio del satellite è inoltre previsto il trasferimento di 1–15 MB di dati in downlink e 0,1–1,5 MB in uplink, con valori variabili in funzione delle condizioni ambientali, della trasparenza dell’acqua e della geometria del collegamento.

Dal punto di vista ingegneristico, la principale criticità riguarda il collegamento ascendente. Mentre il downlink beneficia della maggiore disponibilità energetica del segmento spaziale e di un controllo più efficace del fascio ottico, l’uplink risente della limitata potenza disponibile a bordo dei sistemi subacquei e delle perdite introdotte dall’attraversamento dell’interfaccia acqua-atmosfera. Lo studio evidenzia come proprio questo rappresenti il principale ambito di sviluppo per le future attività di ricerca e sperimentazione.

Attualmente classificato a Technology Readiness Level (TRL) 2, il progetto rappresenta una validazione del concetto che l’ESA considera scientificamente fondata e tecnologicamente promettente. Pur non trattandosi di una soluzione operativa, lo studio definisce un percorso di sviluppo verso future architetture di comunicazione in grado di integrare il segmento spaziale con il dominio subacqueo.

L’interesse della ricerca va ben oltre l’innovazione nelle telecomunicazioni. La possibilità di collegare direttamente infrastrutture spaziali e sistemi autonomi subacquei apre nuove prospettive per il monitoraggio ambientale, la ricerca oceanografica, il controllo delle infrastrutture energetiche offshore, la sorveglianza delle reti sottomarine e la protezione dei cavi in fibra ottica, attraverso i quali transita la maggior parte del traffico dati intercontinentale. L’integrazione tra dati satellitari, piattaforme autonome e sensoristica distribuita può inoltre favorire una gestione più efficiente delle risorse marine e rafforzare la resilienza delle infrastrutture strategiche.

In questo contesto assume particolare rilievo la convergenza tra Space Economy, Blue Economy e la nascente Underwater Economy. L’evoluzione delle reti multi-dominio, capaci di integrare spazio, superficie terrestre, ambiente marino e sistemi subacquei, rappresenta un fattore abilitante per nuovi servizi ad alto valore aggiunto, con ricadute nei settori dell’energia, della sicurezza marittima, della ricerca scientifica, della robotica subacquea e della gestione delle infrastrutture critiche.

È importante sottolineare che Space to Underwater Optical Communications non affronta scenari speculativi relativi a comunicazioni dagli abissi verso lo spazio profondo. Il progetto si concentra esclusivamente sulla valutazione della fattibilità di collegamenti ottici tra satelliti e sistemi subacquei entro specifici parametri fisici e operativi, sviluppando un modello coerente con le attuali conoscenze nel campo della fotonica, dell’ottica applicata e delle telecomunicazioni.

Più che un semplice studio di fattibilità, il progetto rappresenta un indicatore dell’evoluzione delle future infrastrutture di comunicazione. La capacità di integrare domini operativi tradizionalmente separati costituisce uno dei presupposti per lo sviluppo di reti sempre più resilienti, intelligenti e interconnesse. In questa prospettiva, Space to Underwater Optical Communications non descrive soltanto una tecnologia emergente, ma anticipa un nuovo paradigma nel quale la dimensione spaziale, quella marittima e quella subacquea convergono in un ecosistema tecnologico multi-dominio, destinato a supportare la ricerca scientifica, l’innovazione industriale, la sicurezza delle infrastrutture strategiche e una gestione sempre più integrata delle risorse e delle attività che interessano lo spazio e il mare.