Vela solare per applicazioni SSA
Per la propulsione spaziale c'è molto di più dei motori a razzo. Un’alternativa si trova nella tecnologia della vela solare, che è stata dimostrata con successo in missioni quali IKAROS di JAXA, NanoSail-D2 della NASA e LightSail-1 della Planetary Society. Il suo incredibile potenziale può probabilmente essere meglio riassunto in una cifra: fino a un quinto della velocità della luce è la velocità che può essere teoricamente raggiunta utilizzando tale metodo di propulsione. «Con la sua natura "senza propellente", la navigazione solare è un passo avanti nella propulsione spaziale in quanto consente concetti di missione di lunga durata e ad alta energia. Le idee proposte includono missioni sui poli del Sole per l’eliofisica, dei giri lungo la linea Sole-Terra per le previsioni meteorologiche spaziali e il posizionamento della vela sopra l’orbita terrestre per la navigazione e le comunicazioni a latitudini elevate», osserva la dott.ssa Jeannette Heiligers, ricercatrice presso la Delft University of Technology e coordinatrice del progetto S4ILS. Esiste, tuttavia, un tratto comune tra queste idee: la loro definizione all’interno del sistema Sole-Terra. Secondo la dott.ssa Heiligers, è come se la comunità di ricerca avesse in qualche modo trascurato la possibilità di utilizzare la tecnologia della vela solare molto più vicino, all’interno del sistema Terra-Luna. «In questo contesto, la mia missione per il progetto S4ILS era quella di esplorare il potenziale della navigazione solare nel sistema Terra-Luna con particolare attenzione alle applicazioni nel campo della sorveglianza dell'ambiente spaziale (SSA). In questo ambito vi è una lacuna importante da colmare, come dimostrato dalle interruzioni dei segnali GPS e delle comunicazioni satellitari dovute alle tempeste solari, dalla collisione satellitare Iridium/Cosmos del 2009, o dall’asteroide che è entrato nell’atmosfera terrestre sulla Russia nel 2013», spiega. La dott.ssa Heiligers e i suoi collaboratori hanno eseguito un’indagine approfondita e sistematica, il calcolo e la catalogazione delle orbite periodiche della vela solare nell’intero sistema Terra-Luna non lineare. Hanno valutato quelle orbite per l’applicazione della SSA e hanno analizzato le prestazioni di diverse configurazioni della vela solare per il controllo dell’orbita, dalla tradizionale vela solare piatta, spesso quadrata, al cosiddetto heliogyro, una configurazione a vela solare che divide l’area della vela in un numero di lame lunghe e slanciate, che sono dispiegate da un mozzo centrale e appiattite dalla tensione indotta dallo spin. La ricerca di S4ILS può avere applicazioni in vari campi. Un esempio potrebbe essere la progettazione di una nuova costellazione di vela solare attorno alla Terra che potrebbe fornire una copertura quasi continua dell’intera regione artica o antartica con solo due satelliti. Ciò potrebbe, a sua volta, consentire studi sul cambiamento climatico globale, sul monitoraggio meteorologico spaziale e sulle attività di previsione. Oltre alla ricerca focalizzata sulla SSA, il progetto ha anche consentito la collaborazione tra la dott.ssa Heiligers e il Langley Research Center della NASA. Quest'ultima ha infatti sviluppato una nuova tecnologia a vela solare per l’uso su piccole piattaforme satellitari (CubeSats) e la dott.ssa Heiligers ha esaminato la possibilità di utilizzare questa tecnologia per monitorare l’asteroide 2016 HO3. «Sembrava che la navigazione solare potesse non solo recapitare la sonda spaziale all’asteroide più velocemente rispetto alle tradizionali forme di propulsione a bassa spinta a consumo di carburante (un motore a ioni), ma anche che il consumo di propellente richiesto dal motore a ioni superasse la capacità di propellente prevista a bordo del CubeSat. Questa è una chiara dimostrazione di come la navigazione solare possa consentire una missione non realizzabile con le tradizionali forme di propulsione», conclude la dott.ssa Heiligers.
Parole chiave
S4ILS, cubesat, navigazione solare, sistema terra-luna, asteroide, propulsione