Copernicus Sentinel-2 esplora la visione notturna

Dopo oltre 10 anni in orbita, il primo satellite della costellazione Copernicus Sentinel-2, il Sentinel-2A, continua a trovare nuovi modi per contribuire all’osservazione della Terra. Con i suoi fratelli minori, Sentinel-2B e Sentinel-2C, fornisce immagini ad alta risoluzione della superficie terrestre simili a quelle di una telecamera, ma l’Agenzia spaziale europea (ESA) sta spingendo Sentinel-2A oltre il suo mandato originale.

Lanciato il 23 giugno 2015 con un vettore Vega dal Centro spaziale europeo di Kourou, Sentinel-2A è stato il primo elemento della componente ottica ad alta risoluzione del programma europeo Copernicus. Progettato per acquisire dati multispettrali con risoluzioni fino a 10 metri e una fascia di acquisizione di 290 chilometri, ha stabilito un nuovo standard per il monitoraggio della superficie terrestre. La piattaforma AstroBus-L, su cui è basato, è stata ottimizzata per garantire stabilità, precisione di puntamento e continuità operativa, con un ciclo di vita nominale di sette anni che il satellite ha ampiamente superato.

Nel corso della sua vita operativa, Sentinel-2A ha generato una serie temporale di dati ottici senza precedenti, diventando un riferimento per numerosi servizi Copernicus. L’arrivo di Sentinel-2B nel 2017 ha permesso di ridurre l’attesa per il sorvolo di una stessa località a cinque giorni, migliorando la capacità di monitorare fenomeni dinamici come la crescita vegetativa, la torbidità delle acque e l’evoluzione di incendi o inondazioni. Con il lancio di Sentinel-2C nel 2024, la costellazione ha ulteriormente rafforzato la sua continuità operativa, consentendo a Sentinel-2A di essere impiegato anche in attività sperimentali non previste in fase di progettazione.

Le applicazioni operative abilitate dai dati forniti dai Sentinel-2 sono numerose e consolidate. In ambito agricolo i satelliti supportano il monitoraggio della salute delle colture, la stima della biomassa, la valutazione dello stress idrico e la gestione di pratiche di agricoltura di precisione. Nel settore forestale consentono la mappatura delle specie, la valutazione dei danni da tempeste o parassiti e il monitoraggio della deforestazione. Per quanto riguarda le acque interne e costiere, i dati multispettrali permettono di stimare la torbidità, rilevare fioriture algali e monitorare variazioni del livello idrico. In ambito urbano i Sentinel-2 sono utilizzati per la mappatura dell’espansione delle città, la classificazione del suolo e il supporto alla pianificazione territoriale. Le loro capacità sono fondamentali anche per la gestione delle emergenze, grazie alla possibilità di identificare rapidamente aree bruciate, zone allagate o infrastrutture danneggiate. Infine, i satelliti contribuiscono al monitoraggio ambientale globale supportando la stima delle emissioni di metano, la valutazione dei cambiamenti nei ghiacci polari e l’analisi degli ecosistemi terrestri.

All’interno della costellazione, i tre satelliti Sentinel-2 presentano differenze principalmente legate al loro ruolo operativo e alla generazione tecnologica. Sentinel-2A, essendo il più anziano, ha fornito la base per la calibrazione iniziale del MultiSpectral Instrument (MSI) e per la definizione delle prestazioni radiometriche e geometriche della missione. Sentinel-2B, pur essendo progettualmente identico, ha beneficiato di affinamenti nei processi di integrazione e calibrazione, garantendo una stabilità radiometrica leggermente superiore nelle prime fasi operative. Sentinel-2C, appartenente alla seconda evoluzione della prima generazione, integra componenti aggiornati per compensare l’obsolescenza tecnologica, in particolare nei sottosistemi elettronici e nei moduli di memoria, migliorando l’affidabilità complessiva e assicurando la continuità della missione in vista della futura dismissione di Sentinel-2A. Le differenze operative emergono soprattutto nel ruolo: Sentinel-2A è oggi utilizzato anche per attività sperimentali, mentre Sentinel-2B e Sentinel-2C garantiscono la piena capacità operativa del servizio Copernicus.

La missione Sentinel-2 si basa sostanzialmente su due satelliti posti nella stessa orbita, a 180° di distanza l’uno dall’altro per una copertura e una trasmissione dei dati ottimali. Sentinel-2B è stato lanciato nel 2017, Sentinel-2 nel 2024 per subentrare nelle funzioni svolte da Sentinel-2A. Tutti i satelliti sono dotati di un sensore multispettrale a 13 bande che, come una macchina fotografica, si basa sulla luce per catturare le immagini, in questo caso utilizzando la luce solare riflessa dalla superficie terrestre e dall’atmosfera per osservare il pianeta. Tuttavia, i satelliti sono immersi nell’oscurità durante i passaggi notturni. In condizioni normali, i sensori vengono spenti quando i satelliti sorvolano le zone del pianeta avvolte dalla notte. In sostanza, l’attuale generazione di satelliti Sentinel-2, che in futuro includerà anche Sentinel-2D, non è stata progettata per riprendere immagini notturne, ma è previsto che i prossimi Sentinel-2 Next Generation saranno in grado di effettuare queste osservazioni su determinate regioni.

In questo contesto si inserisce la recente campagna di acquisizioni notturne, condotta per valutare la risposta del MultiSpectral Instrument in condizioni di bassa radianza. Pur non essendo stato progettato per operare al buio, il satellite è stato mantenuto attivo lungo segmenti dell’orbita normalmente dedicati allo spegnimento degli strumenti. Le acquisizioni hanno evidenziato che lo MSI è in grado di rilevare sorgenti luminose puntuali ad alta intensità, come i flare di gas associati ad attività industriali, e segnali più deboli come incendi boschivi, imbarcazioni da pesca illuminate e aree urbane. La capacità di discriminare tali sorgenti, nonostante un rapporto segnale/rumore ridotto, dimostra che il sensore mantiene una sensibilità residua utile per applicazioni di monitoraggio notturno.

I risultati ottenuti forniscono indicazioni quantitative preziose per la definizione dei requisiti della missione Sentinel-2 Next Generation, che includerà capacità operative notturne. Le informazioni raccolte sono rilevanti per la calibrazione radiometrica in condizioni di bassa radianza, per la gestione del rumore elettronico e per l’ottimizzazione delle bande spettrali più sensibili alle emissioni luminose artificiali. Le osservazioni notturne potranno supportare applicazioni quali la caratterizzazione delle emissioni industriali, il monitoraggio delle attività di pesca, la valutazione dell’illuminazione urbana e l’individuazione precoce di incendi.

Nonostante l’aumento del carico termico e dei consumi energetici associati alle operazioni fuori specifica, Sentinel-2A ha mantenuto prestazioni nominali, confermando la robustezza della piattaforma e dei sottosistemi. A più di dieci anni dal lancio, il satellite continua a operare in condizioni soddisfacenti, dimostrando una longevità superiore alle aspettative e offrendo un contributo significativo sia alla continuità dei dati Copernicus sia allo sviluppo delle future capacità della costellazione.

Fonte: ESA