Il 18 Dicembre 2019 Arianespace lanciava con successo un razzo Soyuz con a bordo 5 satelliti. Si trattava di un lancio particolarmente importante per Thales Alenia Space, uno di quelli che non si possono dimenticare. Le 2 grandi "star" del lancio erano senza alcun dubbio il primo satellite di osservazione radar COSMO-SkyMed di seconda generazione, costruito da Thales Alenia Space per l'Agenzia Spaziale Italiana (ASI) e il Ministero della difesa italiano, nonché CHEOPS (CHaracterizing ExOPlanet Satellite), celebre missione scientifica, frutto di una partnership tra l'ESA e la Svizzera, al servizio della caratterizzazione degli esopianeti. Altri co-passeggeri lanciati lo stesso giorno: un nanosatellite, ANGELS, interamente sviluppato dall'industria francese, che ha aperto la strada all'Internet of Things (IoT), nonché 2 cubesat (satelliti miniaturizzati di forma cubica), OPS-SAT e EyeSat. Per quanto riguarda la missione ANGELS del CNES (Centre national d'études spatiales), diretta da Hemeria in quanto prime contractor, la realizzazione dello strumento di raccolta dati miniaturizzato Argos Neo era stato sviluppato sotto la responsabilità di Thales Alenia Space con Syrlinks in quanto partner principale. Ma l'oggetto dell'articolo odierno sarà la dimostrazione della tecnologia di Intelligenza Artificiale (IA), effettuata con successo a bordo di un altro satellite, l'OPS-SAT.

A proposito di OPS-SAT

OPS-SAT è un dimostratore tecnologico dell'Agenza spaziale europea il cui obiettivo è sperimentare i miglioramenti nelle capacità di controllo delle missioni che saranno possibili quando i satelliti saranno dotati di computer di bordo potenti quanto quelli che esistono oggi su terra. Questo CubeSat, vero e proprio "laboratorio volante", permette di testare e convalidare nuove tecnologie legate al controllo delle missioni e ai sistemi imbarcati.

È molto raro avere l'opportunità di valutare queste nuove tecniche in orbita. Una volta lanciato il satellite, non esiste più un servizio post-vendita e nessuno vuole prendere rischi con un satellite tradizionale. OPS-SAT, invece, è stato progettato come un satellite poco costoso ma abbastanza robusto da poter rimediare agli eventuali malfunzionamenti provocati dai test in orbita. I team dell'ESA hanno utilizzato questo satellite per scaricare e testare nuovi software con tecnologia disruptive ideati con ingegneria sperimentale, cosa che non sarebbe stata possibile con un satellite tradizionale.

OPS-SAT è alto solo 30 cm. È tuttavia dotato di un computer sperimentale dieci volte più potente di qualunque satellite attuale dell'ESA. Il programma è stato diretto dall'Università di tecnologia di Graz, in Austria, in cooperazione con partner europei

L'Intelligenza Artificiale a bordo del satellite OPS-SAT

Thales Alenia Space, associata ai suoi partner dell’istituto di ricerca tecnologica IRT Saint-Exupéry, ha coordinato e finanziato il progetto "Chaîne Image Autonome et Réactive" (CIAR). Questo progetto è destinato a studiare delle tecnologie che permettano di implementare l'Intelligenza Artificiale per il trattamento dell'immagine su sistemi imbarcati (robot, satelliti, droni, ecc.).

Dopo il bando di concorso, è stato selezionato questo progetto volto a realizzare dimostrazioni in orbita nell'ambito della missione OPS-SAT. Nel 2021 il consorzio CIAR è riuscito, in cooperazione con l'ESA, a scaricare una rete di neuroni su materiale FPGA* (circuito integrato logico che può essere programmato a distanza) imbarcato su questo satellite. Non si era mai visto un tale impiego di neuroni su questo tipo di materiale in orbita. Si tratta di un'anteprima spaziale!

Un caso concreto di applicazione dell'IA

OPS-SAT è dotato di un computer di bordo e di una piccola camera con una risoluzione di 50 metri. L'Intelligenza Artificiale non può sempre essere utilizzata con questa risoluzione. Uno dei servizi identificati dal team CIAR è quello del rilevamento di nuvole nelle immagini. Infatti i pixel ricoperti da nuvole non possono essere utilizzati per generare ad esempio delle mappe o seguire l'evoluzione di un teatro di operazioni militari. Identificando i pixel oscurati dalle nuvole con un buon livello di affidabilità si può invece eliminarli alla fonte per preservare la memoria e la banda passante del satellite. Si tratta appunto di un caso concreto di applicazione che può essere testato sull'OPS-SAT.

Nuove applicazioni IA all'orizzonte

L’Intelligenza Artificiale imbarcata sui satelliti apre la porta ad un eccezionale campo di applicazioni. In materia di monitoraggio ambientale, questa nuova tecnologia permette di creare allarmi in tempo reale in caso di focolai di incendio o di inquinamento marino, ad esempio. Nel campo della difesa, può anche essere utilizzata per localizzare in pochi secondi degli oggetti d'interesse distribuiti in un vasto teatro di operazioni.

La nostra azienda è un partner importante di Copernicus – partecipiamo a d11 delle 12 missioni di questo programma della Commissione Europea. Se si prende l'esempio della missione CHIME, diretta da Thales Alenia Space come prime contractor, l'ESA prevede numerose applicazioni basate sull'Intelligenza Artificiale imbarcata: localizzazione di incendi boschivi, prevenzione dei rischi di eruzioni vulcaniche o di inondazioni, sorveglianza della qualità delle acque, dei suoli e della vegetazione, propagazione del metano e dei gas a effetto serra, ecc.

In un futuro prossimo assisteremo, sia per i segmenti di terra sia per quelli spaziali, ad un incremento dell'uso di tecnologie dotate di Intelligenza Artificiale. Thales Alenia Space, l'IRT Saint Exupéry e i partner del consorzio CIAR sono ottimisti per questo passo avanti che cambierà il settore spaziale ampliando notevolmente la gamma di nuove funzionalità imbarcate sui satelliti.

Il nostro esperimento di Intelligenza Artificiale a bordo dell'OPS-SAT è stato presentato all'European Workshop on On-Board Data Processing (OBDP 2021) organizzato dall'ESA, dal CNES e dall'agenzia spaziale tedesca DLR. Per un riepilogo tecnico cliccare qui.

Per maggiori informazioni sul CIAR, rivolgersi al Project Manager Adrien GIRARD: adrien.girard@thalesaleniaspace.com

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