65 anni di esplorazione spaziale hanno creato molta spazzatura spaziale. Uno dei maggiori problemi che l’ESA e la comunità spaziale mondiale devono affrontare oggi è il modo in cui gestiamo l’enorme quantità di satelliti vecchi o rotti e di fasi di lancio che fluttuano in giro.
Questo detriti spaziali rappresenta un enorme rischio per le future missioni che potrebbero scontrarsi con esso. Ci sono alcune cose che possiamo fare con questi detriti e rendere lo spazio sostenibile:
- Possiamo monitorarlo, chiamato anche consapevolezza della situazione spaziale.
- Possiamo limitare la quantità di traffico diretto nello spazio.
- Possiamo rimuoverlo attivamente dallo spazio.
- Possiamo prevenire la creazione di ulteriori detriti aiutando i satelliti a evitare le collisioni e a cadere fuori orbita una volta giunta alla fine della loro vita operativa.
La quarta opzione è la più semplice e ce ne sono diverse TDE E GSTP attività attualmente in corso che svilupperanno la tecnologia di propulsione necessaria affinché i futuri satelliti possano manovrare e uscire dall’orbita in sicurezza.
Attualmente c’è la tendenza a lanciare piccoli satelliti, chiamati CubeSats, NanoSats o PicoSats, misurati in termini di unità. L’unità base, 1U, misura solo 10 cm × 10 cm × 10 cm. A differenza dei satelliti più grandi, questi spesso non hanno lo spazio a bordo, né la potenza, per ospitare potenti sistemi di propulsione in grado di spingerli fuori dall’orbita una volta giunti alla fine della loro vita.
Man mano che vengono lanciati sempre più CubeSat, anche un minuscolo CubeSat da 1U potrebbe creare un problema di detriti spaziali poiché una sola collisione crea tonnellate di detriti in più, ognuno con il proprio rischio di causare la collisione successiva in una cascata senza fine.
Le attuali tecnologie non sono riuscite a ridimensionarsi per soddisfare le dimensioni ridotte o la potenza disponibile su questi satelliti e quindi sono necessarie nuove invenzioni per colmare il divario. GSTP sta attualmente finanziando attività che renderanno questi sistemi di propulsione più affidabili, verificati per lo spazio e adatti all’uso da parte di chiunque. ATHENA sarà l’unico sistema di propulsione sul mercato adatto per l’uso su PicoSats (satelliti di peso inferiore a 1 kg).
Come funzionerà Atena?
Architettura del propulsore Athena. Credito immagine: ESA
Il sistema di propulsione ATHENA funziona secondo il principio della spinta elettrospray, dove piccole particelle di un propellente (in questo caso un sale liquido) si muovono attraverso un capillare e vengono accelerate tra un emettitore e un estrattore che funziona a diversi potenziali elettrici.
Le particelle vengono quindi estratte in modo tale da farle, essenzialmente, spruzzare a velocità molto elevate (dell’ordine di 20 km/s), creando la forza per spostare il satellite.
I sistemi che utilizzano questo tipo di spinta non solo hanno dimensioni molto ridotte, ma possono anche funzionare con un consumo energetico molto basso e possono essere controllati attivamente per fornire spinte minuscole e precise. Pongono alcune sfide, come la difficoltà di fabbricare una vasta gamma di emettitori e la stabilità delle prestazioni durante l’intera vita del satellite.
ATHENA è una tecnologia scalabile, il che significa che può crescere per adattarsi a qualsiasi esigenza di missione. Su un CubeSat 1U sarà possibile montare fino a otto emettitori. Questo raggruppamento significa che può costruire e costruire per servire anche sistemi di propulsione più grandi; alla fine l’azienda intende essere in grado di installare a bordo satelliti ATHENAS più grandi, fino a 300 kg di massa.
Questa personalizzazione e modularità saranno supportate da un software che IENAI SPACE ha costruito insieme al sistema di propulsione, che esamina tutti gli aspetti di una missione e suggerisce quale sistema di propulsione e in quale configurazione si adatterebbe meglio.
Unità di spinta del modello Breadboard ATHENA in fase di test presso gli impianti di camere a vuoto dello IENAI. Credito immagine: ESA
L’attività GSTP supporterà IENAI SPACE nella generazione di un processo per garantire che ogni propulsore personalizzato possa essere costruito in modo affidabile e robusto sulla base di un’ingegneria precisa, evitando che si guasti una volta nello spazio.
La microfabbricazione è al centro della tecnologia ATHENA e il team ha già avviato il processo di brevettazione del modo in cui produce gli emettitori. Il loro metodo consente di produrre gli emettitori in modo molto fedele al progetto originale in modo che il regime operativo possa essere regolato con precisione per renderlo altamente efficiente.
Come funziona la propulsione elettrica Electrospray?
Athena sarà uno dei pochi sistemi di propulsione in tutto il mondo che utilizzerà questa tecnologia di spinta elettrospray.
I propulsori elettrospray sono molto efficienti nel generare spinta e richiedono solo una piccola quantità di potenza. A differenza dei propulsori più tradizionali, la maggior parte dei propulsori elettrospray non richiedono l’uso di alcun sistema di pressurizzazione e utilizzano invece metodi di trasporto del propellente passivi o “semi-passivi”.
I propulsori estraggono particelle cariche da liquidi conduttivi alimentati attraverso piccoli capillari ed emettitori. Queste particelle vengono poi accelerate attraverso piccoli fori utilizzando un campo elettrostatico. In un propulsore elettrospray, le particelle cariche possono essere estratte grazie all’interazione tra la tensione superficiale del liquido e la forza elettrostatica applicata.
Wafer di silicio su cui vengono microfabbricati gli emettitori per la produzione di massa. Credito immagine: ESA
A seconda del tipo di propulsore, le particelle accelerate sono goccioline cariche o ioni puri. I propulsori elettrospray che utilizzano liquidi ionici come propellente, come fa ATHENA, possono emettere ioni di entrambe le polarità, il che significa che la carica elettrica del veicolo spaziale può essere bilanciata anche senza un neutralizzatore dedicato. I singoli emettitori elettrospray sono spesso raggruppati insieme per formare array al fine di aumentare l’area di emissione e la spinta prodotta, al costo di maggiore potenza.
I propellenti a sale liquido (ionico) possono essere sensibili all’umidità e all’ossidazione, quindi è necessario prendere precauzioni per ridurre al minimo i rischi di contaminazione durante la produzione, i test e il lancio.
Fonte: Agenzia spaziale europea
Da un’altra testata giornalistica. news de www.technology.org