Una rete europea di formazione per far progredire la tecnologia destinata alle applicazioni satellitari
I componenti e i sistemi a radiofrequenza per i carichi utili dei satelliti sono essenziali al fine di raggiungere gli obiettivi delle missioni e di supportare le apparecchiature di terra, nonché i sistemi di telecomunicazione. Risultano pertanto necessarie nuove tecnologie e tecniche che consentano di soddisfare i requisiti delle applicazioni satellitari emergenti e delle sfide tecnologiche di ultima generazione.
Coltivare talenti nel campo della tecnologia spaziale
Finanziato dal programma di azioni Marie Skłodowska-Curie, il progetto TESLA ha rivestito un ruolo da protagonista in questo senso, affrontando questioni tecnologiche chiave per le applicazioni satellitari del futuro. «Abbiamo riunito gruppi di ricerca in ambito accademico di spicco e organizzazioni industriali di primo piano provenienti da tutta Europa e dotati di esperienze complementari nei settori della tecnologia a radiofrequenza, della progettazione elettromagnetica, dei materiali avanzati e delle tecnologie di produzione», spiega Jiasheng Hong, il coordinatore del progetto. TESLA ha formato 15 ricercatori nella fase iniziale della propria carriera, che si sono inoltre iscritti al proprio dottorato di ricerca presso otto istituzioni accademiche. Questi ricercatori, in collaborazione con personale accademico e industriale, hanno esplorato nuove tecnologie abilitanti per varie applicazioni, quali i carichi utili flessibili dei satelliti, i sistemi di grandi costellazioni, le comunicazioni ad alta velocità, il telerilevamento e le piattaforme satellitari di grandi dimensioni. Oltre alla formazione tecnica, i ricercatori hanno partecipato ad attività di formazione e sensibilizzazione all’imprenditorialità e all’innovazione, rafforzando l’economia spaziale europea e catalizzando un impatto economico e sociale di più vasta portata.
Ampliare i confini della tecnologia satellitare
TESLA ha compiuto progressi significativi rispetto allo stato dell’arte della tecnologia in numerosi ambiti. Hong mette in evidenza la realizzazione di diverse scoperte, come l’integrazione su chip di sottosistemi ortogonali consentita dalla distorsione a banda larga a 220-325 GHz, una soluzione tecnologica riportata in un articolo pubblicato sulla biblioteca digitale IEEE Xplore. Altri risultati degni di nota sono costituiti dallo sviluppo di un filtro a banda ultralarga miniaturizzato ed estremamente compatto, basato sulla tecnologia dei risonatori quasi-concentrati integrati nel substrato. Questo filtro è stato presentato in occasione della conferenza 2021 IEEE MTT-S International Microwave Filter Workshop. I ricercatori hanno anche esplorato dispositivi sintonizzabili, mantenendo prestazioni selettive in frequenza ad alto Q, rendendo inoltre possibile la realizzazione di un front-end d’antenna riconfigurabile per radar che si avvale di un nuovo circuito di commutazione. Per di più, le progettazioni di transizioni a guida d’onda riconfigurabili e di unità di array di antenne hanno offerto prestazioni a banda larga e funzioni flessibili in un sistema di formazione del fascio per applicazioni di comunicazione satellitare.
Esplorare nuovi materiali e tecniche di produzione
Un materiale ceramico è stato utilizzato in qualità di risonatore efficiente per lo sviluppo di filtri adatti alla tecnologia satellitare. I ricercatori hanno anche impiegato materiali ceramici basati su compositi di alluminio-nitruro, focalizzandosi sulle loro proprietà e sui relativi metodi di sinterizzazione. TESLA ha inoltre allargato i confini delle tecniche di produzione, ottenendo componenti passivi non planari dotati di caratteristiche migliorate. Vari prototipi di strutture di filtraggio passa-basso sono stati prodotti utilizzando tecniche di fabbricazione additiva in metallo. Diversi componenti, come i diplexer a guida d’onda, hanno dimostrato ampi intervalli di sintonizzazione mediante l’impiego di nuovi sintonizzatori basati su materiali dielettrici. Sviluppi in ambito di hardware millimetrico per la prossima generazione di comunicazioni satellitari sono stati riportati in oltre 10 articoli di riviste. Inoltre, il progetto ha sviluppato componenti microlavorati in silicio ad alte prestazioni per applicazioni satellitari nella gamma di frequenze dei terahertz e sono stati istituiti diversi concetti di filtri a metamateriale o metasuperficie per migliorare la riconfigurabilità dei componenti e la reiezione fuori banda. In definitiva, grazie all’uso di tecniche di produzione additiva è stata concretizzata la produzione di strumenti di ottimizzazione della topologia al fine di creare parti miniaturizzate per componenti ad alta potenza.
L’eredità di TESLA e un impatto duraturo
«Nel complesso, TESLA ha contribuito in modo significativo all’economia spaziale europea sviluppando varie soluzioni, quali la flessibilità del carico utile, la tecnologia dell’Internet delle cose nello spazio, le comunicazioni ad alta velocità, il telerilevamento e la tecnologia ad alta potenza», afferma Hong. Nel corso dei suoi 4 anni e mezzo di durata, il progetto ha dato vita a forti legami tra partner accademici e industriali e altri progetti in ambito spaziale. TESLA ha conseguito vari risultati significativi, tra cui l’applicazione di tre brevetti, uno dei quali è stato venduto ad Airbus. Da notare inoltre la pubblicazione di oltre 60 articoli di riviste e conferenze, mentre nuovi risultati di ricerca arriveranno presto.
Parole chiave
TESLA, spazio, comunicazioni satellitari, antenna, produzione additiva