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Il futuro dei radar: l'evoluzione di una tecnologia con una lunga storia Ne parliamo con Alfonso Farina, uno dei padri della radaristica moderna

22 ottobre 2021

Le applicazioni del radar sono numerosissime, in ogni campo, e il potenziale per futuri sviluppi è immenso. Leonardo si impegna a tenere viva la storia di quanto fatto in passato, guardando al contempo al futuro. Da queste premesse si sviluppa la nostra conversazione con l'ing Farina, protagonista assoluto della storia dei radar, che ha lavorato per molti anni nel Gruppo Leonardo e continua a lavorare alla crescita delle capacità tecnologiche del Paese,

Nato nel 1948 in un paesino di provincia vicino Rieti, si laurea alla Sapienza di Roma nel 1973 e già nel 1974 entra nell'allora SELENIA. La sua carriera si è sempre mossa su due binari paralleli: l'impegno nell'industria, e quello nell'università. Fra il 1979 e il 1985 insegna Tecniche Radar all'Università di Napoli ed ora è "visiting" presso centri di fama internazionale come il Department of Electronic and Electrical Engineering dell'University College London e il Centre of Electronic Warfare, Information and Cyber all'Università di Cranfield, oltre che Distinguished Lecturer per l'Institute of Electrical and Electronics Engineers, la più grande organizzazione tecnico-professionale al mondo.

Alfonso Farina ha pubblicato oltre 800 articoli scientifici, libri e dissertazioni. Tra questi, due libri pubblicati nel 1985 e 1986 sul tema del Radar Data Processing: pietre miliari con un tale impatto globale che, dopo la pubblicazione con case editrici nel Regno Unito e negli Stati Uniti, SA, furono tradotti in Russo e Cinese e pubblicati da case editrici dell'Unione Sovietica e Cina. . Inoltre ha ottenuto numerosi riconoscimenti internazionali, tra cui, primo italiano, il prestigioso Fred Nathanson Memorial Radar Award, nel 1987, primo a ricevere il Technology Innovation Award di Finmeccanica, nel 2004, e poi, ancora, l'IEEE Dennis J. Picard Medal for Radar Technologies and Applications, nel 2010, l'IEEE Signal Processing Society Industrial Leader Award, nel 2017, il Christian Hülsmeyer Award nel 2019 e l'IEEE AESS Pioneer Award nel 2020.

Pioniere nella radaristica, ha avuto un ruolo di primo piano in grandi innovazioni. Pensiamo al suo lavoro sui radar ad apertura sintetica (SAR) nel 1985; al suo fondamentale lavoro sugli algoritmi per mettere "in rete" i radar per il controllo del traffico aereo in Italia, oppure allo sviluppo con i radar del programma ARGOS 10 che ha posto le basi per le moderne tecniche di contro-contromisure elettroniche impiegate dai sensori della Marina Militare.

Iniziamo la nostra chiacchierata con l'ingegner Farina parlando dei più promettenti sviluppi futuri in questo campo: l'impatto della digitalizzazione, le antenne multifunzionali di ultima generazione, le applicazioni dei radar a sostegno di uno sviluppo sostenibile e, più a lungo termine, i radar quantistici.

Grazie alla digitalizzazione è possibile concepire sistemi più flessibili, più resilienti, con migliori prestazioni e, in generale, più moderni. In questi giorni è in corso di finalizzazione il radar TMMR (Tactical Multi Mission Radar) che grazie a un approccio digitale consente di assolvere numerose missioni quali la difesa da attacchi portati da droni e la sorveglianza dei confini con una unica architettura di sistema. Inoltre è allo studio l'evoluzione della intera rete di difesa aerea nazionale, che si basa sui radar 3D Long Range, introducendo moderni dispositivi digitali di ricezione del segnale radar.

"Le applicazioni dei moderni radar sono tantissime e ci toccano nella nostra quotidianità in modi non sempre evidenti. Le antenne che ci daranno la copertura internet 5G e 6G sono antenne a scansione elettronica. Le previsioni meteorologiche che consultiamo non esisterebbero senza appositi radar terrestri e spaziali. I radar stanno trovando applicazione anche nella medicina e nella gestione delle emergenze e sono parte integrante delle nostre automobili.", Inoltre Alfonso Farina ha messo in evidenza il ruolo che i radar devono giocare nella creazione di un'economia verde, sostenibile e più equa. "Ora che la tecnologia radar più che mai converge con tante altre aree tecnologiche in rapido sviluppo, noi che i radar li sviluppiamo e produciamo dobbiamo coniugare innovazione e responsabilità.

In tale ottica una tecnologia interessante che potrebbe trovare nuove e maggiori applicazioni è il radar passivo, che ha il merito di non dover generare e trasmettere segnali in radiofrequenza propri. Il Passive Coherent Location (PCL) si basa infatti sul localizzare oggetti sfruttando le trasmissioni elettro-magnetiche (e.m.) già presenti nell'ambiente L'ingegner Farina è un innovatore in questo campo e si è fatto promotore di un progetto di sviluppo per un radar PCL in un momento in cui pochi credevano alle sue potenzialità. "Il radar,denominato, AULOS, che abbiamo messo a punto è un radar cosiddetto "verde" che non irradia radiofrequenza - ha raccontato Alfonso Farina. Si compone di 2 antenne ad array circolare, installate su un mast telescopico: la prima serve a rilevare oggetti in volo attraverso la ricezione nelle frequenze radio FM, mentre l'altra sfrutta i segnali DVB-T, ovvero trasmissioni digital video broadcast. Il progetto è iniziato nel 2004/05 e AULOS da allora ha dimostrato la capacità di tracciare il traffico aereo fino a 200 Km, dimostrando di poter essere usato anche per seguire il traffico marittimo o per scovare anche droni in volo".

Aulos

La convergenza tra radar e telecomunicazioni, esemplificata dall'uso di antenne a scansione elettronica per le trasmissioni 5G e 6G, indica un'altra area di sviluppo tecnologico con importanti ricadute sia civili sia per la difesa: le antenne multi-missione. Con le giuste forme d'onda e hardware e software adeguati, la stessa antenna può essere impiegata come radar, come sistema di comunicazione, come ricevitore di segnali diversi e come trasmettitore per jamming e guerra elettronica. Come noto, Leonardo sta lavorando al nuovo radar AESA per l'Eurofighter Typhoon, a cui è richiesta anche la capacità di contro-misura elettronica per il contrasto attivo ai sensori avversari, mentre la tecnologia delle antenne multi-ruolo è al centro dell'attenzione in molteplici programmi di sviluppo nel mondo.

Prendiamo poi la rilevazione e il tracciamento dei detriti spaziali. Fin dal lancio in orbita del primo satellite, il numero sempre crescente di attività spaziali è andato ad aggravare il problema dei detriti in orbita. "Si stima che oltre 100 tonnellate di detriti, costituiti da migliaia e migliaia di oggetti, siano in orbita fra i 300 e i 1000 km dalla Terra. Rappresentano un pericolo per i satelliti e per tutte le nuove missioni spaziali, quindi vanno tracciati e sorvegliati, in attesa di poterli, idealmente, rimuovere. I radar hanno un ruolo fondamentale in questa missione, all'interno di reti che integrano molteplici sensori eterogenei. I radar 3D Long Range di Leonardo hanno dimostrato buone capacità di rilevare e tracciare satelliti/debris in orbita."

Abbiamo vissuto recentemente i successi spaziali di Virgin Orbit e Blue Origin, e ci aspettiamo, nel prossimo futuro, una notevole crescita del traffico sub-orbitale, anche con il diffondersi del turismo spaziale. "Anche in Italia programmiamo di avere uno spazioporto, a Grottaglie, e se i voli spaziali diventano normalità dovrà a sua volta espandersi verso lo Spazio anche il controllo del traffico aereo".

C'è poi la grande sfida delle tecnologie quantistiche, oggetto di attenzione in tutto il mondo. "Nel 2008, il professor Seth Lloyd del MIT ha scritto un articolo sull'impiego del fenomeno detto "entanglement" (intreccio) tra fotoni per applicazioni di individuazione di bersagli a bassa illuminazione quantistica mediante una coppia di fotoni "entangled". . In teoria, la strettissima correlazione che si ha in questo caso tra una coppia di fotoni, un effetto puramente quantistico, può essere sfruttata per ottenere vantaggi nell'individuazione di un bersaglio. Un fotone viene trasmesso verso il bersaglio, uno viene trattenuto così da misurare la correlazione al momento del ritorno del fotone trasmesso. Si è arrivati a stimare un guadagno nell'ordine dei 6 Decibel nel rapporto segnale/rumore, che non è banale. Inoltre, il regime quantistico protegge da eventuali interferenze proprio per la stretta correlazione che esiste tra il fotone inviato e quello trattenuto. Tuttavia, le difficoltà da superare sono enormi: il primo dimostratore costruito ha una portata di frazioni di metro e non è ancora in grado di misurare distanza, velocità e posizione angolare. Inoltre, perché il sistema funzioni, la generazione dei fotoni correlati deve avvenire a temperature prossime allo zero assoluto"- spiega l'ing Farina.

"Il potenziale della tecnologia quantistica appare più agevole da sfruttare in termini di comunicazioni sicure e criptate, poiché qualunque tentativo di intromissione è immediatamente evidente in quanto la sola osservazione dello stato quantistico lo altera irreversibilmente evidenziando eventuali tentativi da parte di un ente attaccante di rilevare l'informazione scambiata."

Alfonso Farina conclude con le seguenti considerazioni: "Il fiorire di tante storie "eroiche" di persone, tecnologie, innovazione, impresa industriale, espresse in numerose realtà, ha portato a una convergenza nazionale su tecnologie e sistemi radar che dimostrano giorno dopo giorno la competenza del Paese nell'innovare, progettare, costruire e mantenere complessi sistemi ad alta tecnologia che soddisfano le esigenze nazionali e producono ricavi confrontandosi con successo sui mercati internazionali.

70 anni di competenza ed eccellenza, impressi nelle persone e nell'ampio spettro delle sfaccettature dell'Azienda, sono una ricchezza inalienabile che continua la strada verso un progresso in linea con lo scopo, la missione e la Carta dei Valori di Leonardo."

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Uno sguardo al passato

"Nel 1980 avevamo il radar 2D con antenna a riflettore e trasmettitore Traveling Wave Tube. Nel 1990 seguì il radar 3D, reso possibile dall'uso di multipli fasci a frequenze differenti, emessi a partire dalla stessa antenna planare"; ricorda l'Ingegner Farina, che ripercorre con le sue parole un pezzo di storia della radaristica italiana. "Fra il 1991 e il 1995 ci furono gli sviluppi cruciali della tecnologia Phased Array che ha portato al radar EMPAR (European Multifunction Phased Array Radar) in banda C e a scansione elettronica, e qui mi permetto di rivendicare un contributo importante per lo sviluppo del computer che fa da "cervello" al radar e che consente di vedere attraverso le contromisure elettroniche avversarie. Fra il 1995 e il 2005 il lavoro si concentrò sullo sviluppo del primo radar a scansione elettronica attiva (AESA), in banda L, con funzionalità di difesa da missili balistici". E poi arrivò, anzi, arrivarono, i moderni KRONOS. "Successivamente, fra il 2006 e il 2015, sono stati sviluppati i moderni AESA in banda C scalabili con semiconduttori ad Arseniuro di Gallio (gallium arsenide, GaAs).

La famiglia dei radar KRONOS oggi è un prodotto di punta per Leonardo, ed un grande successo commerciale". Arriviamo poi ai giorni nostri, con Radar Dual Band e non solo. "Dal 2015 in poi - grazie al programma della Legge Navale sostenuto da MMI - l'attenzione è stata puntata soprattutto sullo sviluppo del KRONOS DUAL BAND, che integra l'AESA a 4 facce fisse KRONOS QUAD, in banda C con tecnologia a Nitruro di Gallio (gallium nitride, GaN), con l'AESA in banda X KRONOS STARFIRE.

KRONOS GRAND NAVAL

L'uso di 2 bande così diverse (C, X) ottimizza le funzioni di ricerca a lungo raggio e e di inseguimento (tracking) della minaccia. Questa combinazione integrata è una tecnologia che ancora poche nazioni possono vantare, ed è destinata ai PPA (Pattugliatore Polivalente d'Altura)in allestimento Full per la Marina Militare.

L'ultimo nato della famiglia KRONOS è il POWER SHIELD in banda L, capostipite dei Digital Array Radar che rappresentano il culmine dell'attuale tecnologia e sistemistica radar.

Un altro sviluppo di eccellenza è il nuovo radar secondario per funzione Identify Friend or Foe (IFF), anch'esso adottato nelle navi della classe FREMM e sui nuovi PPA: è un Phased Array con antenna conforme a tronco di cilindro, capace di gestire fasci multipli sui 360°. Si tratta di uno sviluppo molto avanzato, che succede agli IFF con antenna formate da "facce" planari multiple.

Infine, ricordiamo altre due autentiche eccellenze della radaristica italiana che sono i radar per Air Traffic Control (ATC) e i radar meteorologici. I radar ATC di Leonardo sono impiegati da ben 150 paesi nel mondo mentre i radar meteorologici "made in Leonardo GmbH" costituiscono il 20% di tutti i radar meteorologici attivi sul pianeta".

I successi dei radar Leonardo sono dovuti anche ad una vera e propria cultura in questo settore che viene coltivata fin dai tempi dell'allora Selenia. L'ingegner Farina ci spiega meglio cosa si intende per cultura del radar. "A partire dal 1972 avevamo la Rivista Tecnica Selenia, che pubblicava articoli così preziosi da essere regolarmente citata anche dall'IEEE. Da quella prima rivista discende l'attuale "Polaris Innovation Journal" che ha già visto il contributo di 674 autori di primo piano e ha pubblicato 17 diverse dissertazioni sul tema radar. Esiste poi una Scuola Radar - già dedicata all'amico e stimatissimo collega Flavio Alessandro Studer - che, nelle sue varie evoluzioni dagli anni 60' ad oggi, ha garantito migliaia di ore di corsi e infinite opportunità di collaborazione con le università, attraverso giornate dedicate.

Nel 2010 apparve la SELEX Academy, oggi Radar and Systems Academy, che realizza Corsi Base, Intermedi ed Avanzati. Ho l'onore di esserne il responsabile e mi piace anche ricordare l'ambizioso obiettivo di erogare 2200 ore di corso per oltre 400 utenti su base annua!".

Leonardo mantiene viva la memoria di tutto quello che è stato ottenuto in campo radar in questi anni di lavoro anche grazie a due importanti musei aziendali: il Museo del Radar presso gli stabilimenti di Fusaro e il Museo delle ex Officine Galileo a Campi Bisenzio (Firenze).

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