Kp index e tempeste geomagnetiche: quando il GPS del drone soffre

L'indice Kp misura l'attività geomagnetica su una scala da 0 a 9. Non ha nulla a che vedere con nuvole e vento, ma è un parametro meteorologico a tutti gli effetti, solo che riguarda lo spazio invece dell'atmosfera. E riguarda il tuo drone perché quando il campo magnetico terrestre è perturbato, la ionosfera disturba il segnale dei satelliti da cui il drone ricava la propria posizione.

Il riferimento operativo è semplice: volo normale sotto 4, cautela fra 4 e 6, rinuncia da 7 in su.

Che cosa succede fisicamente

Il Sole emette in continuazione un flusso di particelle cariche. Quando un'espulsione di massa coronale o un flusso di vento solare veloce raggiunge la Terra, il campo magnetico terrestre si deforma e la ionosfera, lo strato di atmosfera ionizzata che i segnali satellitari attraversano, diventa irregolare.

Per un ricevitore GNSS questo significa tre cose. Il segnale che arriva dai satelliti ha attraversato un mezzo con densità elettronica variabile, quindi il ritardo di propagazione diventa difficile da modellare. Il rapporto fra segnale e rumore peggiora, e alcuni satelliti vengono persi. Il risultato finale è una posizione calcolata meno accurata e più instabile.

Il GNSS è l'insieme delle costellazioni satellitari: GPS statunitense, GLONASS russa, Galileo europea, BeiDou cinese. I droni moderni ne usano più di una contemporaneamente. La ridondanza aiuta, ma non annulla il problema: se la causa del disturbo è la ionosfera, riguarda tutte le costellazioni insieme. Il funzionamento del posizionamento satellitare è descritto in GPS, GNSS e RTK.

Le soglie operative

I valori sopra il 5 corrispondono a quelle che vengono classificate come tempeste geomagnetiche. Sono relativamente rare, ma si concentrano nelle fasi di massimo del ciclo solare e possono durare più giorni consecutivi.

Come si manifesta durante un volo

I sintomi non sono spettacolari, e questo li rende insidiosi. Se non sai che quel giorno il Kp è alto, li attribuisci al drone.

Aggancio lento prima del decollo. Il numero di satelliti sale con lentezza insolita, e la schermata di stato resta a lungo su "in attesa". La regola prudenziale di non decollare finché non hai un numero adeguato di satelliti agganciati e lo stato pronto al volo esiste proprio per questo.

Deriva in stazionario. Il drone, che dovrebbe restare fermo, si sposta lentamente e corregge a scatti. In aria calma è un segnale che la soluzione di posizione sta oscillando.

Home point impreciso. È il rischio più concreto. Se la posizione registrata al decollo è affetta da errore, il rientro automatico ti riporta il drone in un punto che non è quello da cui è partito. In un campo aperto è una scocciatura; sopra un giardino recintato o vicino a una linea elettrica è un problema serio.

Comportamento anomalo del punto di rientro. Un drone che rientra e poi "cerca" oscillando prima di atterrare sta lavorando su una posizione instabile.

Bussola e magnetometro: la trappola

Il magnetometro del drone misura il campo magnetico terrestre per ricavare la prua. Durante una tempesta geomagnetica quel campo è, per definizione, perturbato.

Da qui una regola che vale la pena fissare: non calibrare la bussola in una giornata di attività geomagnetica elevata. Una calibrazione eseguita in condizioni di campo disturbato scrive nel drone un modello di errore sbagliato, che poi si porta dietro anche nei giorni successivi. Vale la stessa logica dell'errore più comune in assoluto sulla calibrazione, cioè farla "per sicurezza" prima di ogni volo, magari sul cofano di un'auto, come descritto in calibrazione della bussola e dell'IMU. Si calibra quando l'app lo richiede, in un luogo magneticamente pulito, e non durante una tempesta.

Dove controllarlo

Il riferimento istituzionale è il centro di previsione del meteo spaziale della NOAA statunitense, che pubblica il valore corrente di Kp, la sua evoluzione e le allerte per tempeste geomagnetiche. È la fonte da cui derivano quasi tutti gli altri.

Nella pratica quotidiana il Kp compare già nelle applicazioni meteo pensate per i droni, accanto a vento, copertura nuvolosa e numero di satelliti previsti: è il modo più rapido di averlo nella stessa schermata degli altri parametri. Quali usare è in app e siti meteo per droni.

Vale la pena inserire il controllo nella checklist del giorno prima, insieme al vento e alla verifica dello spazio aereo: costa dieci secondi e nei giorni normali dà sempre lo stesso risultato, che è esattamente il motivo per cui te ne accorgi quando non lo dà.

Cosa fare nei giorni critici

Con Kp fra 4 e 6, il volo resta possibile ma cambia il modo.

• Aspetta un aggancio solido prima di decollare, senza forzare i tempi, e verifica esplicitamente che l'home point sia registrato nel punto giusto.
• Riduci la distanza dal punto di decollo e resta ben dentro il contatto visivo: se la posizione è imprecisa, l'unica cosa affidabile sei tu che guardi il drone.
• Non contare sul rientro automatico come piano principale. Riporta il drone manualmente e atterra a vista.
• Evita le missioni automatiche su waypoint e i lavori che richiedono precisione di posizione, come i rilievi fotogrammetrici.
• Se sai volare senza mantenimento di posizione GNSS, è la competenza che serve esattamente in questi casi: il drone deriva con il vento e tocca a te correggere. È il motivo per cui vale la pena esercitarsi in condizioni facili, come si vede nei primi esercizi di volo.

Con Kp da 7 in su la scelta ragionevole è rimandare. Non perché il drone cada, ma perché una posizione affetta da errori di decine di metri toglie senso a quasi tutto quello su cui si basa un volo sicuro.