Esempio di CubeSat (by ACSER – Australian Center for Space Engineering Research).
La tecnologia dei CubeSats e dei nanosatelliti ha preso piede in maniera crescente negli ultimi anni e ha imposto un adattamento tecnologico di tutti i sistemi operativi tipicamente presenti a bordo dei satelliti di dimensione “classica”. Proprio in questa direzione si muove lo sviluppo di un sistema propulsivo che possa adattarsi alle piccole dimensioni richieste da un nanosatellite e al tempo stesso sia in grado di fornire la spinta necessaria per correggerne l’assetto o spingerlo in missioni al di fuori dell’orbita terrestre. Questo tipo di motore, sul quale NASA e MIT stanno collaborando assiduamente, ha un nome: si chiama Ion Electrospray Engine e promette grandi cose.
Come funziona un Ion Electrospray Engine
Innanzitutto bisogna chiarire che il principio di funzionamento di questi tipi di propulsori è leggermente diverso da quello di un classico motore elettrico: in quest’ultimo, infatti, è necessario generare del plasma, ossia un fluido molto particolare, composto da particelle cariche (ioni) che possono poi essere accelerate grazie alla presenza di un forte campo elettromagnetico. Nell’Ion Electrospray Engine, invece, il propellente non è plasma, ma un liquido pieno di particelle di sale cariche sia positivamente sia negativamente.
Schema di un Ion Electrospray Engine (by IEEE Spectrum).
Il pricipio di funzionamento è estremamente semplice. Il motore è costituito essenzialmente da un ago, un serbatoio per il propellente e un estrattore: il liquido è costretto a fluire verso la punta dell’ago grazie a forze capillari; una volta raggiunta la punta, le particelle cariche vengono estratte direttamente dal liquido e accelerate dall’estrattore, che riesce a fare ciò in virtù della grande differenza di potenziale che esso applica tra sé e la superficie del liquido (più di 1000 V!!).
Perfetti per i CubeSats
Grazie a questo principio, il singolo propulsore può fornire una spinta di 15 micronewtons. Questi motori singoli possono inoltre essere assemblati in griglie per ottenere spinte maggiori: per esempio un insieme di otto propulsori garantirebbe una spinta di 120 micronewtons, irrisoria sulla Terra, ma sufficiente a muovere un nanosatellite nello spazio! Questa è la prima ragione per cui tale tecnologia si adatta particolarmente all’istallazione su CubeSats.
Griglia di propulsori (by MIT).
Il secondo motivo è ovviamente la ridotta dimensione di questi motori: una griglia di otto propulsori occupa appena un centimetro quadrato! A seconda del tipo di missione, della strumentazione, della potenza necessaria e del peso è possibile installare il numero congruo di propulsori per soddisfare le specifiche operative in materia di potenza e spinta necessarie, senza compromettere eccessivamente o in modo invasivo la struttura del nanosatellite.
Sistema propulsivo per CubeSats equipaggiato con otto griglie (by MIT).
Un altro punto che ben si presta all’applicazione su CubeSats è la mancanza di parti mobili (pompe, valvole) e di serbatoi pressurizzati, dal momento che tutto avviene grazie all’utilizzo di forze capillari. Questo rende i motori estremamente efficienti dal punto di vista meccanico e ne riduce ulteriormente costi e ingombri.
Vantaggi e applicazioni
Esempio di applicazione su un CubeSat (by Rebecca Jensen-Clem, Francois Martel for MIT).
Come già accennato, il MIT ha sviluppato un proprio modello di Ion Electrospray Engine, S-iEPS (Scalable ion Electrospray Propulsion System), che garantisce ottime performance, alta efficienza e si ripromette una vasta gamma di applicazioni: dalla rimozione dei detriti in orbita, al mantenimento nei cluster di satelliti, dal controllo della posizione degli stessi alle missioni di inspezione e riparazione. Ma sicuramente l’applicazione più affascinante resta quella dell’esplorazione interplanetaria: infatti se gli Ion Electrospray Engines equipaggiassero un CubeSat di appena 60 cm, questo avrebbe la spinta necessaria per raggiungere la Luna. E una volta abbandonata l’orbita terrestre, c’è un intero Sistema Solare da esplorare!
di Michele Mione
Linkografia:
- Ion Electrospray Engines Could Take Cubesats to the Moon and Beyond – Evan Ackerman – IEEE Spectrum: http://spectrum.ieee.org/tech-talk/aerospace/satellites/ion-electrospray-engines-give-a-boost-to-tiny-satellites
- MIT Space Propulsion Laboratory – ion Electrospray Propulsion System for CubeSats (iEPS): http://web.mit.edu/aeroastro/labs/spl/research_ieps.htm
