Gli attuali sistemi per la trasmissione satellitare di dati ad alta densità e a lunga distanza hanno limiti imposti da fattori sia geometrici che ambientali. Tali limiti sono stati superati grazie ad un nuovo sistema che unisce l’utilizzo di fasci di radiazione a tecniche interferometriche e di multiplazione consentendo la trasmissione di grandi quantità di dati a distanze più elevate anche in presenza di perturbazioni esterne. L’aumento della quantità di dati trasferita consente la messa in orbita di un numero di satelliti inferiore con un risparmio economico notevole.

Stato del brevetto

DEPOSITATO

Numero di priorità

102019000005706

Data di priorità

12/04/2019

Licenza

INTERNAZIONALE

Mercato

La tecnologia si rivolge alle aziende che inviano costellazioni di satelliti nello spazio per la realizzazione di repository di dati con accesso a larghissima banda e bassissima latenza, come anche alle aziende che operano servizi di trasferimento a terra di dati da satelliti in orbita bassa.

Per quanto riguarda la dimensione del mercato, si stima che entro il 2025 verranno lanciati circa 18000 satelliti in orbite basse con una previsione futura di circa 100000 satelliti in orbita nel decennio successivo.

Problema

La rapida crescita dell’esigenza di immagazzinamento e trasmissione di dati richiede soluzioni innovative su entrambi i fronti. La quantità di dati trasferiti mensilmente cresce di decine di exabyte ogni anno, con un tasso di crescita che si attesta intorno al 60% annuo.

A livello globale vi è quindi una spinta notevole alla ricerca di soluzioni tecnologiche per la conservazione e l’accesso ai dati, con disponibilità di memorie di capacità sempre maggiore accoppiate all’esigenza di potervi accedere a velocità elevata e con tempi di latenza contenuti. Questo ha convinto molti a considerare come soluzione la realizzazione di costellazioni di satelliti che agiscano complessivamente da repository di dati e da punti di accesso a questa memoria distribuita. Questo richiede a sua volta comunicazioni ad elevata densità satellite-satellite, nonché la possibilità di trasferire a Terra grosse quantità di dati da ciascuna unità orbitante.

I satelliti in orbita bassa sono fortemente limitati dai tempi brevi di sorvolo sui ricevitori a Terra, che rimangono in comunicazione con un satellite per pochissimi minuti. Questo richiede che una costellazione di satelliti debba essere costituita come minimo da 4000-5000 satelliti, ma si pensa che sia necessario averne a disposizione più del doppio con un aggravio dei costi di messa in orbita per le aziende coinvolte.

Limiti attuali tecnologie / Soluzioni

I sistemi di telecomunicazione di informazioni ad alta intensità a lunga distanza attualmente usati hanno limiti di trasmissione imposti da fattori sia geometrici, quali i disallineamenti trasmettitore-ricevitore che crea problemi nella rivelazione a lunga distanza, che ambientali, come le distorsioni del fronte d’onda in propagazione libera.

Killer Application

La tecnologia, che permette una trasmissione di dati ad alta densità e a lunga distanza trova applicazione nel settore dell’aerospazio per le telecomunicazioni tra satelliti e satellite-Terra.

Il sistema è del tutto innovativo e può funzionare sia con dispositivi ottici per la trasmissione satellite-satellite, sia con dispositivi a radiofrequenza che permetterebbe la sua applicazione anche alla trasmissione tra satelliti e Terra.

Tecnologia e nostra soluzione

La tecnologia consiste in un metodo innovativo per la trasmissione a distanza di dati ed informazioni e in un dispositivo (interferometro) che, montando un sistema ottico particolare, è in grado di ottimizzare l’uso del metodo per poterne sfruttare al massimo tutte le potenzialità. Il metodo è basato sull’utilizzo di fasci di radiazione con momento angolare orbitale aventi diversa carica topologica e diversa frequenza, associato a tecniche interferometriche e di multiplazione. Il sistema permette la decodifica dell’informazione sfruttando una qualsiasi porzione del fascio ricevuto, caratteristica importante perché nelle trasmissioni a lunga distanza si ha accesso solo ad una porzione del fascio trasmesso. I dati e le informazioni possono quindi essere trasmessi a distanze più elevate anche in presenza di vibrazioni esterne o con fluttuazioni dell’indice di rifrazione dell’aria. Inoltre il processo di codifica e decodifica dell’informazione consente di poter usare vantaggiosamente il sistema anche per comunicazioni crittografate.

Vantaggi

L’invenzione si prefigge di moltiplicare la quantità di informazione trasferita per unità orbitante, abbattendo i costi di messa in orbita potendo trasmettere la stessa quantità di dati con un numero inferiore di satelliti. Inoltre l’invenzione rappresenta una valida alternativa a tecnologie in fase di sviluppo per la trasmissione a Terra di dati mediante fasci laser, che avrebbero comunque notevoli controindicazioni a causa dei disturbi introdotti dall’atmosfera terrestre.

Roadmap

Il gruppo, grazie al programma POC-MISE ha ottenuto la POC in laboratorio di un sistema dimostrativo capace di trasmettere quattro canali ottici paralleli con una banda di qualche decina di MHz. L’architettura è stata realizzata in maniera tale da essere espandibile direttamente ai dispositivi tipici utilizzati per le telecomunicazioni.
Grazie a questo risultato, è stato stipulato un contratto di co-sviluppo con un’azienda del settore ottico per arrivare allo sviluppo del prototipo su scala industriale in modo da poter poi presentare l’invenzione ad aziende del settore.

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