Il percorso tracciato da un satellite è indicato col nome di orbita. Queste sono fissate a seconda delle capacità e degli obiettivi che i satelliti devono sostenere. La scelta delle orbite può variare in termini di altitudine (altezza rispetto alla superficie terrestre), nonché per il loro orientamento o rotazione rispetto alla Terra. I satelliti ad altitudini molto alte vengono detti geostazionari, ovvero essi guardano in ogni istante la stessa porzione della superficie terrestre, tali satelliti giacciono su un’orbita a distanza di circa 36.000 km dalla Terra : a questa altezza i sensori possono ruotare alla stessa velocità in modo da illuminare sempre la stessa zona. Questo permette di visualizzare costantemente un’unica zona, tenendola in ogni istante sotto osservazione (Fig.1).
Fig.1 Satellite geostazionario
Parecchie piattaforme per remote sensing sono state progettate per tracciare un’orbita (in genere nella direzione nord-sud) che, in congiunzione con la rotazione terrestre ( ovest-est ) permette loro di coprire gran parte della superficie del pianeta in certo periodo di tempo. Queste sono le orbite quasi-polare (Fig.2), così chiamate per l’inclinazione dell’ orbita relativa ad un linea che corre da nord a sud dei poli. Alcune di queste orbite vengono anche chiamate eliosincrone in modo che esse ricoprano ogni zona del mondo sempre con lo stesso orario (locale) di quel giorno. In ogni latitudine la posizione del sole nel cielo al passaggio del satellite è sempre la stessa, questo in modo da garantire condizioni più coerenti dell’ illuminazione, in particolare quando bisogna osservare la stessa scena, allo steso orario, per più giorni. Questo è un fattore importante per monitorare i cambiamenti che possono esserci tra più immagini della stessa scena.
Fig. 2 Orbite quasi-polari ed eliosincrone
La maggior parte delle odierne piattaforme satellitari sono in orbita quasi-polare, il che significa che i satelliti viaggiano verso il polo nord su un lato della Terra, mentre nell’altra metà dell’ orbita viaggiano verso il polo sud. Queste vengono chiamate orbite ascendenti e discendenti, rispettivamente(Fig.3). Laddove le orbite saranno anche eliosincrone, i passaggi ascendenti sarnno molto probabilmente quelli nella parte della Terra non illuminata dal Sole, mentre i discendenti saranno all’interno delle zone coperte dall’illuminazione solare. I sensori che registrano solo l’energia solare riflessa, rappresenteranno la superficie nel solo passaggio discendente, quando, appunto, l’illuminazione del sole è disponibile. I sensori attivi che forniscono una loro illuminazione o i sensori passivi che registrano la radiazione emessa dalla Terra ( termica) potranno rappresentare la superficie anche nei loro passaggi ascendenti.
Fig.3 Passaggi ascendenti e discendenti dei satelliti
Non appena un satellite ruota intorno alla Terra, il sensore “vede” una certa porzione della superficie terrestre. L’area illuminata dal satellite viene denominata swath o strisciata a terra (Fig. 4). Le strisciate per sensori spaziali vanno dalle decine alle centinaia di chilometri in larghezza. Poiché il satellite orbita intorno alla Terra da polo a polo, la sua posizione est-ovest non cambierebbe se la terra non ruotasse. In realtà, a causa della rotazione terrestre, visto dalla Terra sembrerebbe che il satellite si sposta verso ovest . Questo movimento comporta un strisciata nella zona adiacente a quella precedente durante il successivo passaggio: in pratica ad ogni passaggio riesce sempre a ricoprire una nuova area. In definitiva le orbite satellitari e la rotazione terrestre lavorano insieme per ottenere l’intera copertura del pianeta, dopo aver completato l’intero ciclo di orbite.
Fig. 4 Lo swath
Potendo scegliere in maniera casuale una dei passaggi delle orbite satellitari, l’intero ciclo terminerebbe quando il satellite rintraccia nuovamente il suo percorso, passando per lo stesso punto della superficie, tale punto, al di sotto del satellite, è detto punto nadir, in tal caso il sensore lo attraverserebbe per una seconda volta. L’esatta lunghezza temporale dell’intero ciclo delle orbite varierà per ogni satellite. L’intervallo temporale richiesto affinché il sensore completi l’intero ciclo di orbite non è uguale al periodo di rivisitazione del punto.
Il periodo di rivisitazione è un importante aspetto per un numero elevato di applicazioni che compiono monitoraggio (ad esempio, per monitorare la diffusione di una fuoriuscita di idrocarburi o la misura di inondazioni). Nelle orbite quasi-polari, le zone ad alte latitudini saranno ovviamente tracciate più volte rispetto a quelle equatoriali a causa della crescente sovrapposizione di swath adiacenti (Fig.5).
Fig.5 Sovrapposizione degli swath sulle zone polari