Propulsione elettrica nello spazio: alimentare il futuro ecosistema spaziale dell’UE
Nell’ultimo decennio, i progressi della microelettronica e la riduzione dei costi di lancio hanno portato a un aumento del numero di satelliti messi in orbita. Nei prossimi anni è previsto il lancio di decine di migliaia di satelliti con l’obiettivo di migliorare l’osservazione della Terra, la navigazione e le comunicazioni. Attualmente ci sono più di 5000 satelliti in orbita terrestre bassa (LEO), che girano intorno al nostro pianeta ad altitudini comprese tra 200 e 1600 km. Tuttavia, i satelliti LEO sono soggetti al decadimento orbitale, in cui la loro distanza dalla Terra diminuisce gradualmente, richiedendo un sistema di propulsione efficiente a bassa spinta per il «mantenimento della stazione» orbitale. La propulsione elettrica (EP) è una tecnologia rivoluzionaria, leggera e altamente efficiente, che ha tutte le carte in regola per far viaggiare i satelliti LEO sopra il globo. Questa classe di propulsione spaziale utilizza l’energia elettrica per accelerare un propellente attraverso diversi mezzi elettrici e/o magnetici. L’uso dell'energia elettrica migliora le prestazioni dei propulsori satellitari rispetto ai propulsori chimici convenzionali. A differenza dei sistemi chimici, la propulsione elettrica richiede una massa minima per accelerare un veicolo spaziale. Il propellente viene espulso fino a 20 volte più velocemente rispetto a un classico propulsore chimico e quindi il sistema complessivo è molto più efficiente. Questo fatto è di particolare importanza per i veicoli spaziali destinati a missioni di assistenza e trasporto in orbita. I sistemi EP ad alta potenza potrebbero anche contribuire alle missioni sulla Luna, su Marte e nella fascia degli asteroidi, poiché la loro maggiore potenza si traduce in valori di spinta più elevati, rispetto ai propellenti chimici o all’energia solare dei pannelli di bordo. L’EP è una tecnologia abilitante e strategica per l’ecosistema spaziale futuro dell’UE e per garantire la leadership europea a livello mondiale nei settori delle operazioni e del trasporto nello spazio. Il suo sviluppo ridurrà inoltre la dipendenza dell’Europa da fornitori stranieri di tecnologie spaziali critiche, garantendo un accesso indipendente allo spazio. Questo nuovo CORDIS Results Pack mette in evidenza i principali risultati di 12 progetti di ricerca Orizzonte finanziati dalla CE nell'ambito del Cluster di ricerca strategica (CRS) sulla propulsione elettrica. Il CRS ha rafforzato la ricerca europea sulla EP lungo due linee di sviluppo tecnologico complementari. La prima si è concentrata su tecnologie incrementali come i propulsori a effetto Hall, i motori ionici a griglia e i propulsori al plasma multistadio ad alta efficienza. La seconda ha presentato altre tecnologie promettenti e potenzialmente dirompenti nel campo della EP, tra cui concetti innovativi di propulsori e nuove tecnologie di supporto. Il progetto EPIC2 ha identificato le attività che affrontano le sfide della ricerca e ha valutato le attività e i risultati dei progetti. CHEOPS LOW POWER, CHEOPS MEDIUM POWER e ASPIRE hanno sviluppato sistemi EP utilizzando la tecnologia dell’effetto Hall, che accelera efficacemente gli ioni per produrre una spinta elevata. GIESEPP-MP ha dimostrato la prima piattaforma europea EP standardizzata con motore ionico plug-and-play a griglia. HEMPT-NG2 ha sviluppato una tecnologia di propulsione ionica basata sull’uso di magneti permanenti per il confinamento del plasma. Altri concetti promettenti e potenzialmente dirompenti nel campo della PE includono concetti innovativi di propulsori e nuove tecnologie di supporto. HIPATIA ha testato un sistema di propulsione elettromagnetica al plasma per l’uso in satelliti non geostazionari e altri piccoli veicoli spaziali. NEMESIS ha sviluppato una tecnologia catodica basata sugli elettridi con proprietà superiori a quelle della ceramica convenzionale. Nel frattempo, iFACT ha studiato l’uso dello iodio come propellente per la PE per contribuire a ridurre i costi e il volume del carburante. PJP ha sviluppato un propulsore elettrico a impulsi basato sulla fisica dell’arco a vuoto che utilizza un propellente metallico solido. EDDA ha testato come gli array solari di bordo forniscano energia elettrica ai propulsori senza la necessità di un convertitore di potenza. AETHER si è concentrato sulla tecnologia di propulsione ad aria, che utilizza i gas residui dell’atmosfera superiore come propellente invece di quello di bordo, consentendo ai satelliti in orbita terrestre molto bassa (VLEO) di rimanere in servizio più a lungo e di diventare più economici.
