Sulla nostra testa volano ogni giorno migliaia di satelliti. Alcuni hanno le dimensioni di una valigetta, altri invece sono grandi come delle automobili. Questi strumenti assolvono ad un numero enorme di compiti, dal rendere possibili le telecomunicazioni al trasmettere programmi televisivi, dal fornire la posizione esatta sul Pianeta ad osservare gli effetti dei cambiamenti climatici.
L'Esa, l'Agenzia Spaziale Europea, ha messo in orbita e attualmente gestisce circa ottanta satelliti di differenti tipologie, due dei quali sono stati pensati principalmente per inviare dati utili all'agricoltura.
"All'interno del programma Copernicus, il programma di osservazione della Terra più ambizioso mai realizzato, ci sono due costellazioni di satelliti pensati per l'agricoltura: Sentinel 1 e Sentinel 2", racconta Zoltan Szantoi, ricercatore dell'Esa che si occupa proprio di sviluppare nuove soluzioni per l'agricoltura basate sui satelliti.
I satelliti assolvono ad un numero enorme di compiti
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Sentinel 1 e 2, l'occhio europeo sui campi
La costellazione Sentinel 1 è composta da due satelliti ad orbita polare (lanciati nel 2014 e 2016) che trasportano dei sensori radar in grado di fornire informazioni indipendentemente dalle condizioni ambientali (che invece influenzano i sensori ottici).
"Questo genere di sensori è particolarmente utile per rilevare le variazioni delle caratteristiche della superficie del suolo, soprattutto umidità e rugosità della superficie. Se per esempio un terreno agricolo viene arato, i dati del sensore sono in grado di riconoscere questa attività. In aggiunta però, possono essere anche facilmente rilevati altri cambiamenti morfologici del terreno. Inoltre, i dati di questa costellazione possono essere utilizzati per il monitoraggio della deforestazione o per la stima dell'estensione della superficie dell'acqua".
Infografica Sentinel 1
(Fonte foto: Esa)
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Alla fine del 2020 i satelliti avevano trasferito a terra una mole enorme di dati, circa 10 Petabytes (mille terabyte o 1 milione di gigabyte) usati da differenti tipologie di soggetti per un elevato numero di utilizzi: dalla sorveglianza dei ghiacci polari fino al monitoraggio della deforestazione, passando per l'identificazione dell'inquinamento marittimo e l'attività dei vulcani. E nel futuro verranno lanciati altri due nuovi satelliti: Sentinel-1C e Sentinel-1D, che forniranno informazioni ancora più accurate.
I satelliti sorvolano lo stesso punto sulla Terra ogni quattro giorni e forniscono immagini ad una risoluzione di 10 metri. Questo significa che ogni quattro giorni è possibile avere una nuova immagine dello stesso campo, mentre la risoluzione riguarda il dettaglio dell'immagine. Ipotizzando di sovrapporre alla Terra una griglia di 10x10 metri, ogni pixel dell'immagine rappresenta una casellina.
Anche la costellazione Sentinel 2 è composta da due satelliti, i quali però trasportano dei sensori ottici multispettrali, in grado di catturare la luce riflessa dalla superficie della Terra. Grazie a questi sensori e a sofisticati algoritmi di analisi è possibile ricavare molte informazioni, come ad esempio la tipologia di coltura che si sta sviluppando in un campo, lo stadio fenologico, una stima del raccolto (per colture quali ad esempio il grano o il mais), nonché eventuali fenomeni di stress (grazie all'elaborazione dell'indice Ndvi).
Infografica Sentinel 2
(Fonte foto: Esa)
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Anche in questo caso i satelliti hanno un tempo di ritorno di quattro giorni (ma dipende dalle latitudini), per una risoluzione spaziale di 10x10 metri.
"I dati forniti da Sentinel 2, incrociati con quelli di Sentinel 1, permettono di avere un flusso continuo di informazioni che sono alla base di molti servizi forniti in ambito agricolo, sia da compagnie private che pubbliche", sottolinea Szantoi.
Dalla Pac all'agricoltura di precisione, i satelliti al centro dell'innovazione
L'Esa è infatti una R&D Agency, e cioè una agenzia di ricerca e sviluppo, che tra le altre cose fornisce alla Commissione Europea dati e strumenti per gestire alcune delle sue politiche, come la Politica Agricola Comune (Pac). Gli organismi pagatori di tutta Europa, infatti, utilizzano (o dovrebbero utilizzare) le immagini satellitari per verificare la corrispondenza tra quanto dichiarato dall'agricoltore nella domanda unica e quello che realmente avviene in campo.
"L'Unione Europea spinge molto affinché invece dei controlli sul campo, costosi e con tempi lunghi, si utilizzino le immagini satellitari per effettuare i controlli relativi ai pagamenti Pac", sottolinea Szantoi. L'Esa d'altronde collabora con l'Ue all'implementazione dei programmi Galileo e Copernicus ed è finanziata dai suoi Stati membri (in tutto 22, con l'Italia che gioca un ruolo molto importante, sia a livello tecnologico che finanziario).
La cartina dell'Italia con identificati i vari usi del suolo
(Fonte foto: Contains modified Copernicus Sentinel data (2017), processed by CBK PAN)
Ma le immagini inviate dai satelliti Sentinel sono di libero accesso, significa che qualunque soggetto, pubblico o privato, azienda o Ong, governo o autorità, può scaricarle dal sito dell'Esa per poterle utilizzare liberamente, anche a scopi commerciali.
Questa scelta di open access ha fatto sì che nel tempo nascessero molteplici startup e aziende che sfruttano i dati dell'Esa per fornire servizi agli agricoltori. Quando un'azienda AgTech propone ad un agricoltore un sistema per il monitoraggio delle colture, probabilmente lo fa usando i dati dell'Agenzia Spaziale Europea o della Nasa. Già, perché anche l'Ente Spaziale Statunitense offre liberamente le sue immagini, in special modo quelle dei satelliti Landsat.
L'esplorazione dello spazio non si ferma
L'avanzamento tecnologico ha permesso negli ultimi anni di sviluppare dei sensori ancora più precisi di quelli che oggi sorvolano il Pianeta. "Per questo motivo nei prossimi anni verranno messi in orbita molti altri satelliti utili all'agricoltura, dotati delle più sofisticate tecnologie. Sono tre in particolare i satelliti in rampa di lancio: CHIME, ROSE-L e LSTM", ci racconta Zoltan Szantoi.
Nel 2028 dovrebbero essere messi in orbita i satelliti della costellazione CHIME, Copernicus Hyperspectral Imaging Mission for the Environment, che montano dei sensori iperspettrali. Se infatti i sensori multispettrali di Sentinel 2 hanno tredici bande, e cioè sono in grado di captare tredici lunghezze d'onda dello spettro elettromagnetico, i nuovi satelliti potranno identificarne oltre duecento.
"Questi nuovi dati ci permetteranno di essere ancora più accurati nelle nostre analisi, sbloccando molte opportunità. Ad esempio sarà possibile non solo identificare aree di campo sotto stress, ma anche capirne l'origine", sottolinea Szantoi.
Uno dei due satelliti CHIME che sarà messo in orbita tra il 2028 e il 2030
(Fonte foto: Esa)
Se oggi infatti è possibile identificare le differenze di vigorìa all'interno di un campo tramite l'impiego di alcuni indici, come l'Ndvi, analizzando la firma iperspettrale delle colture sarà possibile anche capire se a causare lo stress è stato un fungo, oppure una carenza idrica o nutrizionale. Il tutto con un timing molto precoce (quella che viene definita early detection). Si tratta di servizi, è bene dirlo, che devono essere ancora sviluppati. Ma le potenzialità ci sono tutte.
Su questo fronte un ruolo importante lo sta giocando l'Agenzia Spaziale Italiana, che nel 2020 ha messo in orbita Prisma, un satellite che monta proprio un sensore iperspettrale per fini di ricerca, le cui immagini della Terra sono servite come campo di prova per lo sviluppo di CHIME e di nuovi servizi.
Un aspetto potenzialmente critico di CHIME è la risoluzione, appena 30 metri (contro i 10 di Sentinel). Questo aspetto potrebbe rivelarsi un ostacolo allo sviluppo di servizi su colture ad alto valore aggiunto, come l'orticoltura e la viticoltura, dove una risoluzione così bassa rischia di non essere accettabile. Mentre su colture estensive, come il mais o il frumento, è più che sufficiente.
Quando il satellite misura la febbre al campo
Un altro satellite che dovrebbe essere lanciato nel 2028 è l'LSTM, Land Surface Temperature Monitoring, che trasporta invece un sensore termico ad infrarossi. Un sensore che è in grado di rilevare la temperatura superficiale degli oggetti dallo spazio.
In ambito agricolo sarà così possibile comprendere la risposta delle piante agli stress di calore, sempre più diffusi durante l'estate in tutta Europa, individuando le aree che si surriscaldano. In altre parole, quando una pianta ha acqua a disposizione riesce, più o meno efficientemente, a regolare la propria temperatura attraverso l'evapotraspirazione. Cede cioè il calore attraverso l'acqua.
Un'area coltivata nel deserto del Texas, negli Usa
(Fonte foto: Contains modified Copernicus Sentinel data (2019), processed by ESA, CC BY-SA 3.0 IGO)
Ma quando la risorsa idrica è scarsa la pianta non riesce più a raffreddarsi e si "surriscalda", con ripercussioni negative anche importanti. Leggendo la temperatura da satellite sarà dunque possibile identificare in maniera precoce le aree in sofferenza, intervenendo ad esempio con l'irrigazione o con altri mezzi tecnici (come le polveri di roccia oppure i biostimolanti).
Anche in questo caso la risoluzione è piuttosto bassa, pari a 50x50 metri (mezzo ettaro), mentre la frequenza di ritorno è piuttosto buona, di due, tre giorni.
Il terzo ed ultimo satellite che può avere delle applicazioni in agricoltura è ROSE-L, il quale monta un radar capace di trasmettere onde a lunga frequenza in grado di fornire informazioni ancora più accurate sul suolo.
L'agricoltura entra nell'era della space economy
Sono ormai alcuni anni che aziende e startup stanno sviluppando servizi per l'agricoltura che si basano sull'uso dei satelliti, ma nei prossimi anni questo comparto subirà una importante accelerazione. Se oggi in Italia solo poche aziende agricole usano piattaforme tecnologiche volte a monitorare i campi e a fornire prescrizioni, in futuro il loro numero aumenterà grazie allo sviluppo di nuove soluzioni sempre più precise e a buon mercato.
L'area agricola del Fucino vista dallo spazio
(Fonte foto: Contains modified Copernicus Sentinel data (2022), processed by ESA, CC BY-SA 3.0 IGO)
"I satelliti ci offrono l'opportunità unica di poter monitorare la Terra dallo spazio, intercettando un numero sempre maggiore di informazioni", conclude Zoltan Szantoi. "La scelta dell'Esa, come di altre agenzie spaziali, di fornire tali dati gratuitamente ha proprio l'obiettivo di stimolare la nascita di nuovi servizi, in modo da fornire agli agricoltori un ampio ventaglio di opportunità tra cui scegliere".
D'altronde, secondo i dati dell'ultimo report di Euroconsult il valore della space economy a livello mondiale nel 2022 è pari a 460 miliardi di dollari. L'agricoltura cuba una piccola frazione di questa cifra, ma gli investimenti fatti in altri settori (come la difesa, i trasporti o le telecomunicazioni) avranno ricadute positive anche nel campo agricolo.
