Analisi della propagazione delle onde radio su Marte

The growing ambition to explore and colonize Mars represents one of the most exciting and complex challenges of our time. With technological and scientific advances in recent decades, humanity is increasingly closer to realizing the goal of establishing a sustainable presence on the red planet. However, to make this colonization possible, it is essential to face and solve numerous technical problems, including one of the most crucial: telecommunications. This thesis explores the main dynamics of radio wave propagation in the Martian context, considering the environmental peculiarities of the red planet. The work is divided into five chapters, each of which addresses a specific aspect of radio propagation. The first chapter provides a theoretical overview of electromagnetic waves, illustrating the fundamentals of radio waves and their modes of propagation, as well as the major interaction phenomena with matter. In the second chapter, the importance of radio waves in communications is examined, describing the ways in which they can be carriers of information and analyzing the three main propagation methodologies. The third chapter focuses on the Martian environment, outlining the history of our knowledge of the planet and providing the major ones planetary parameters, in particular the chemical composition of the atmosphere. The fourth chapter is dedicated to the Martian ionosphere, describing its structure on both the day and night sides, and the role of the magnetic field. The effect of the ionospheric refractive index on the propagation of radio waves and possible applications in communications is then discussed. The fifth chapter explores the Martian troposphere, analyzing its structure and the influence of the tropospheric refractive index. The main signal attenuation factors are also evaluated that is, clouds and sandstorms. The thesis concludes with a summary of the results obtained and a discussion of future prospects for radio communications on Mars, highlighting the potential practical applications and areas that need further research.

La crescente ambizione di esplorare e colonizzare Marte rappresenta una delle sfide più entusiasmanti e complesse del nostro tempo. Con i progressi tecnologici e scientifici degli ultimi decenni, l’umanità è sempre più vicina a realizzare l’obiettivo di stabilire una presenza sostenibile sul pianeta rosso. Tuttavia, per rendere possibile questa colonizzazione, è essenziale affrontare e risolvere numerose problematiche tecniche, tra cui una delle più cruciali: le telecomunicazioni. Questa tesi esplora le principali dinamiche della propagazione delle onde radio nel contesto marziano, considerando le peculiarità ambientali pianeta rosso. Il lavoro è suddiviso in cinque capitoli, ciascuno dei quali affronta un aspetto specifico della radiopropagazione. Il primo capitolo fornisce una panoramica teorica delle onde elettromagnetiche, illustrando i fondamenti delle onde radio e le loro modalità di propagazione, nonché i maggiori fenomeni d’interazione con la materia. Nel secondo capitolo, viene esaminata l’importanza delle onde radio nelle comunicazioni, descrivendo le modalità con cui queste possano essere portatori d’informazione e analizzando le tre principali metodologie di propagazione. Il terzo capitolo si concentra sull’ambiente marziano, delineando la storia della nostra conoscenza del pianeta e fornendo i maggiori parametri planetari, in particolare la composizione chimica dell’atmosfera. Il quarto capitolo è dedicato alla ionosfera marziana, descrivendone la struttura sia sul versante diurno che notturno, e il ruolo del campo magnetico. Viene poi discusso l’effetto dell’indice di rifrazione ionosferico sulla propagazione delle onde radio e le possibili applicazioni nelle comunicazioni. Il quinto capitolo esplora la troposfera marziana, analizzandone la struttura e l’influenza dell’indice di rifrazione troposferico. Vengono inoltre valutati i principali fattori di attenuazione del segnale ovvero le nuvole e le tempeste di sabbia. La tesi si conclude con una sintesi dei risultati ottenuti e una discussione sulle prospettive future per le comunicazioni radio su Marte, evidenziando le potenziali applicazioni pratiche e le aree che necessitano di ulteriori ricerche.