Nuove vette per i propulsori elettrici a media potenza
Per tenere il passo con l’evoluzione delle necessità in relazione alla messa in orbita di grandi satelliti di prossima generazione, l’Europa è impegnata a fornire all’industria spaziale una soluzione di propulsione altamente competitiva e affidabile. Il progetto CHEOPS MEDIUM POWER, finanziato dall’UE, concentra l’attenzione sullo sviluppo di un sistema di propulsione elettrica (EPS, electric propulsion system) a media potenza basato sulla tecnologia dei propulsori a effetto Hall, che è destinato a rivoluzionare le modalità di propulsione dei veicoli spaziali.
Innalzare gli standard di prestazione
Guidato dall’impresa Safran Spacecraft Propulsion, il consorzio si propone di raggiungere il sesto o settimo livello di maturità tecnologica (TRL) per un sistema di propulsione elettrica dual-mode a media potenza. «Le nostre attività prevedono il perfezionamento del sistema al fine di garantirne un funzionamento efficiente sia in modalità ad alta spinta per il raggiungimento dell’orbita, sia in modalità a impulso elevato per il mantenimento della posizione, assicurando al contempo un basso consumo di carburante e la compatibilità con i propellenti basati sullo xeno e sul kripton», spiega Vanessa Vial, la coordinatrice del progetto. I partner del progetto puntano inoltre a ridurre del 30% i costi totali del sistema di propulsione elettrica per i satelliti in orbita terrestre geostazionaria e per le configurazioni di navigazione. Basandosi su una vasta esperienza, essi pongono l’accento su approcci di ottimizzazione della progettazione in funzione dei costi, sulla semplificazione dei processi produttivi e sul miglioramento delle funzionalità di sistemi e sottosistemi. Il progetto si propone infine di migliorare gli approcci diagnostici per i test a terra e le potenziali applicazioni nello spazio, con l’obiettivo di comprendere in maniera migliore gli effetti delle condizioni terrestri sulle prestazioni del sistema.
Miglioramenti a livello di sistema
Per raggiungere i loro obiettivi, i partner del progetto si concentrano sulla realizzazione di sviluppi graduali a livello di sistema e di sottosistema. «In tal modo dovremmo incrementare il livello di maturità tecnologica di alcuni componenti chiave, ossia l’unità di propulsione, quella di elaborazione della potenza e il sistema di gestione dei fluidi, portandoli ai TRL 6 e 7 entro il 2024», dichiara Vial. Tra gli sforzi intesi a ottimizzare l’unità di elaborazione della potenza figurano la semplificazione delle sue funzioni e la scelta di componenti più economici, ma ugualmente affidabili. Il sistema di gestione dei fluidi integrerà prodotti commerciali pronti per l’uso convalidati al fine dell’impiego spaziale, garantendo la possibilità di supportare un numero variabile di propulsori per satellite. Inoltre, l’unità di propulsione sarà applicabile per diverse missioni nel segmento di mercato bersaglio, riducendo significativamente la necessità di sviluppare nuovi prodotti per ciascuna missione.
Attività svolte nell’ambito del progetto
Il progetto è partito dalla progettazione di apparecchiature flessibili che potessero adattarsi non solo all’architettura di riferimento, ma anche a missioni di diverso tipo. Questo compito ha comportato un’analisi dettagliata dell’affidabilità e il calcolo del bilanciamento tra i requisiti di potenza, dei rapporti potenza-spinta e dei compromessi di prestazione necessari allo scopo di ottimizzare sia il raggiungimento dell’orbita che il mantenimento della posizione. La seconda fase dei lavori ha spostato l’attenzione sul perfezionamento delle specifiche tecniche del sistema di propulsione elettrica a media potenza, che si è basato sull’utilizzo del riscontro fornito dai grandi integratori di sistemi per migliorare le capacità di raggiungimento dell’orbita e di mantenimento della posizione. Gli sviluppi paralleli in ambito di diagnostica non intrusiva hanno offerto indicazioni in merito alle prestazioni e alle dinamiche interne dei propulsori, rivelando oscillazioni complesse e raggi rotanti in condizioni specifiche. Lo sviluppo del software Club Design e del codice EP2PLUS-2 ha facilitato rispettivamente l’analisi dei costi e la simulazione accurata del pennacchio di plasma.
Nuovi traguardi per i propulsori elettrici a media potenza
Seguendo la scia dei successi della sua fase iniziale, CHEOPS MEDIUM POWER mira ad aumentare la competitività dell’industria spaziale europea. «La nostra ambizione è quella di introdurre in tutto il mondo un sistema di propulsione elettrica in grado di offrire una spinta e un impulso specifico elevati, garantendo al contempo una durata utile prolungata. Questa progettazione innovativa dovrebbe soddisfare sia i mercati tradizionali, ovvero le telecomunicazioni e la navigazione, sia i settori emergenti», spiega Vial. CHEOPS MEDIUM POWER risponde anche alle future esigenze del mercato cercando di ridurre i costi ricorrenti e non per quanto riguarda i tempi di progettazione, produzione, collaudo, convalida e consegna. «Puntiamo a ottimizzare i processi di produzione per ottenere cicli di fabbricazione più brevi, una qualità migliore, una produzione più snella, tempi di assemblaggio più rapidi e una gestione ottimizzata delle tolleranze. In definitiva, aspiriamo a trasformare radicalmente le pratiche di progettazione e produzione a lungo termine, incrementando in tal modo il carico utile e i ricavi generati», conclude Vial.
Parole chiave
CHEOPS MEDIUM POWER, raggiungimento dell’orbita, mantenimento della posizione, propulsore elettrico a media potenza, sistema di propulsione elettrica, propulsore a effetto Hall, Safran Spacecraft Propulsion