Sistemi di propulsione convenienti, ecologici e più efficienti per piccoli satelliti
Non è possibile arrestare la crescita esponenziale del mercato dei piccoli satelliti. Dal 2012 al 2016, il peso medio dei satelliti è diminuito di quasi l’80 %. Da allora, il numero di piccoli satelliti lanciati in orbita è aumentato del 300 %. Tuttavia, con il segmento che viene spinto dall’aumento della domanda e dalle nuove tecnologie, gli attuali sistemi di propulsione satellitare si trovano in ritardo. Le loro lacune potrebbero essere riassunte in due parole: pericolose e costose. E benché esistano alternative, le loro prestazioni generalmente deludono.
Primo nel suo genere
Esiste un’eccezione però. «L’EPSS è un sistema di propulsione satellitare ad alte prestazioni unico nel suo genere. Utilizza un monopropellente chimico verde non tossico (dinitramide di ammonio), è 10 volte più economico delle alternative ed è più efficace del 30 % rispetto ai suoi concorrenti più prossimi», afferma Vytenis Buzas, amministratore delegato di NanoAvionics. L’iniziativa EPSS 2 (Enabling Chemical Propulsion System for the Growing Small Satellite Market) è partita nel 2016 con l’obiettivo di sviluppare e pilotare sistemi di propulsione a basso costo e ad alte prestazioni utilizzando un propellente ecologico per satelliti di peso inferiore a 150 kg. «La necessità di un tale sistema di propulsione era significativa», ricorda Buzas. «I sistemi di propulsione consentono ai satelliti di svolgere compiti complessi che sono fondamentali per fornire servizi di alto valore. Questi comprendono volo di precisione nelle costellazioni, manovre orbitali, manovre per evitare i detriti spaziali, sincronizzazione e posizionamento di apparecchiature di comunicazione e di strumenti di carico utile, compensazione dell’attrito atmosferico e successiva estensione del ciclo vitale, nonché il de-orbitaggio alla fine della missione». Essenzialmente, un sistema di propulsione consente ai piccoli satelliti di fornire servizi satellitari contemporanei: telerilevamento, astronomia radio e ottica, esplorazione dello spazio per missioni scientifiche governative e private, studi atmosferici e previsioni meteorologiche, comunicazioni e radiodiffusione, navigazione, sicurezza, ricerca e salvataggio e Internet delle cose (IoT). Con l’EPSS, tali missioni beneficiano non solo di un’etichetta verde e di costi ridotti, ma anche di una notevole spinta e durata della combustione.
Un’architettura semplice ma affidabile
Quindi come funziona esattamente? «L’EPSS eredita un’architettura relativamente semplice ma affidabile, composta da un serbatoio di propellente, un blocco di controllo del flusso e un propulsore, e utilizza una miscela monopropellente», spiega Erikas Kneižys, CDO di NanoAvionics. «Il serbatoio del propellente presenta un sistema di gestione termica attivo e utilizza una configurazione di spurgo con una membrana elastomerica che separa pressurante e propellente. Il blocco di controllo del flusso, d’altra parte, è costituito da una valvola di blocco, un sensore di pressione, un filtro di sistema e due valvole di isolamento in serie che fungono da valvole di controllo di volo. Infine, la camera del propulsore presenta un catalizzatore e riscaldatori. L’accensione del propulsore si verifica quando la centralina elettronica del motore (ECU, Engine Control Unit) aziona le elettrovalvole, aprendo così un percorso di flusso del propellente. Quando il propellente fluisce nella camera di decomposizione e viene iniettato su un letto di catalizzatore preriscaldato situato all’interno della camera di decomposizione del propulsore, inizia la reazione di decomposizione e l’energia viene rilasciata, generando rapidamente la spinta». Le riduzioni dei costi di produzione derivano dall’uso di strumentazione e componenti interni ottimizzati, ma anche e soprattutto dal sistema catalitico situato nella camera di decomposizione del propulsore. La fase 2 del progetto sostenuto dallo strumento per le PMI è stata completata nel settembre 2019. Il sistema è già stato portato a TRL 9 attraverso dimostrazioni orbitali ed è iniziata l’integrazione e il volo con i satelliti dei clienti commerciali. Questi clienti possono ora beneficiare di un ciclo vitale più lungo della missione, un controllo orbitale più efficiente e tempi di implementazione della costellazione più brevi.
Parole chiave
EPSS 2, piccolo satellite, propulsione, propellente, dinitramide di ammonio