La nuova tecnologia di propulsione della NASA per l’esplorazione spaziale
(METEOGIORNALE.IT) La NASA ha sviluppato una tecnologia di propulsione avanzata per facilitare future missioni di esplorazione planetaria utilizzando piccole sonde spaziali. Questa tecnologia non solo consentirà nuovi tipi di missioni scientifiche planetarie, ma uno dei partner commerciali della NASA si sta già preparando ad utilizzarla per un altro scopo: estendere la vita operativa dei satelliti già in orbita. Identificare l’opportunità per l’industria di utilizzare questa nuova tecnologia non solo avanza l’obiettivo della NASA di commercializzazione della tecnologia, ma potrebbe potenzialmente creare un percorso per la NASA per acquisire questa importante tecnologia dall’industria per l’uso in future missioni planetarie.
La nuova tecnologia
Le missioni scientifiche planetarie che utilizzano piccole sonde spaziali dovranno eseguire manovre propulsive impegnative, come raggiungere velocità di fuga planetaria, cattura dell’orbita e altro, che richiedono una capacità di variazione di velocità (delta-v) ben superiore alle esigenze commerciali tipiche e allo stato attuale dell’arte. Pertanto, la tecnologia abilitante per queste missioni di piccole sonde spaziali è un sistema di propulsione elettrica in grado di eseguire queste manovre ad alto delta-v. Il sistema di propulsione deve operare con bassa potenza (sub-kilowatt) e avere un alto flusso di propellente (cioè, la capacità di utilizzare una massa totale elevata di propellente nel corso della sua vita) per consentire l’impulso richiesto per eseguire queste manovre.
Dopo molti anni di ricerca e sviluppo, i ricercatori del NASA Glenn Research Center (GRC) hanno creato un sistema di propulsione elettrica per piccole sonde spaziali per soddisfare queste esigenze: il propulsore Hall-effect NASA-H71M sub-kilowatt. Inoltre, la commercializzazione di successo di questo nuovo propulsore fornirà presto almeno una soluzione per abilitare la prossima generazione di missioni scientifiche di piccole sonde spaziali che richiedono fino a un incredibile delta-v di 8 km/s. Questa impresa tecnica è stata realizzata grazie alla miniaturizzazione di molte tecnologie avanzate di propulsione elettrica solare ad alta potenza sviluppate nell’ultimo decennio per applicazioni come l’elemento di potenza e propulsione di Gateway, la prima stazione spaziale umana intorno alla Luna.
Vantaggi di questa tecnologia per l’esplorazione planetaria
Le piccole sonde spaziali che utilizzano la tecnologia di propulsione elettrica NASA-H71M saranno in grado di manovrare autonomamente dall’orbita terrestre bassa (LEO) alla Luna o addirittura da un’orbita di trasferimento geosincrona (GTO) a Marte. Questa capacità è particolarmente notevole perché le opportunità di lancio commerciale verso LEO e GTO sono diventate routine, e la capacità di lancio in eccesso di tali missioni è spesso venduta a basso costo per distribuire sonde spaziali secondarie. La capacità di condurre missioni che hanno origine da queste orbite terrestri vicine può aumentare notevolmente la cadenza e ridurre i costi delle missioni scientifiche lunari e marziane.
Questa capacità propulsiva aumenterà anche la portata delle sonde spaziali secondarie, che sono state storicamente limitate a obiettivi scientifici che si allineano con la traiettoria di lancio della missione primaria. Questa nuova tecnologia consentirà missioni secondarie di deviare sostanzialmente dalla traiettoria della missione primaria, facilitando l’esplorazione di una gamma più ampia di obiettivi scientifici.
Inoltre, queste missioni scientifiche di sonde spaziali secondarie avrebbero tipicamente solo un breve periodo di tempo per raccogliere dati durante un sorvolo ad alta velocità di un corpo distante. Questa maggiore capacità propulsiva consentirà la decelerazione e l’inserimento in orbita su planetoidi per studi scientifici a lungo termine.
Inoltre, le piccole sonde spaziali dotate di una capacità propulsiva così significativa saranno meglio attrezzate per gestire cambiamenti tardivi alla traiettoria di lancio della missione primaria. Tali cambiamenti sono frequentemente un rischio elevato per le missioni scientifiche di piccole sonde spaziali con capacità propulsive limitate a bordo che dipendono dalla traiettoria di lancio iniziale per raggiungere il loro obiettivo scientifico.
Applicazioni commerciali
Le mega costellazioni di piccole sonde spaziali che si stanno formando in orbite terrestri basse hanno reso i propulsori Hall-effect a bassa potenza il sistema di propulsione elettrica più abbondante utilizzato nello spazio oggi. Questi sistemi utilizzano il propellente in modo molto efficiente, consentendo l’inserimento in orbita, la disorbita e molti anni di evitamento delle collisioni e di riposizionamento. Tuttavia, il design attento ai costi di questi sistemi di propulsione elettrica commerciali ha inevitabilmente limitato la loro capacità di durata tipicamente a meno di alcune migliaia di ore di funzionamento e questi sistemi possono elaborare solo circa il 10% o meno della massa iniziale di una piccola sonda spaziale in propellente.
Al contrario, le missioni scientifiche planetarie che beneficiano della tecnologia del sistema di propulsione elettrica NASA-H71M potrebbero operare per 15.000 ore ed elaborare oltre il 30% della massa iniziale della piccola sonda spaziale in propellente. Questa capacità rivoluzionaria è ben oltre le esigenze della maggior parte delle missioni commerciali LEO e viene fornita con un premio di costo che rende improbabile la commercializzazione per tali applicazioni. Pertanto, la NASA ha cercato e continua a cercare partnership con aziende che sviluppano concetti di missioni commerciali di piccole sonde spaziali innovativi con requisiti di flusso di propellente insolitamente elevati.
Collaborare con l’industria statunitense per trovare applicazioni di piccole sonde spaziali con requisiti propulsivi simili a future missioni scientifiche planetarie della NASA non solo supporta l’industria statunitense nel mantenere la leadership globale nei sistemi spaziali commerciali, ma crea nuove opportunità commerciali per la NASA per acquisire queste importanti tecnologie man mano che le missioni planetarie lo richiedono.
La NASA continua a maturare le tecnologie di propulsione elettrica H71M per ampliare la gamma di dati e documentazione disponibili all’industria statunitense allo scopo di sviluppare dispositivi di propulsione elettrica a bassa potenza altrettanto avanzati e altamente capaci. (METEOGIORNALE.IT)
