Una vela in compositi per navigare nello spazio

Avviato nell’agosto 2018, il programma Advanced Composite Solar Sail System (ACS3) è coordinato dal Langley Research Center della NASA e dal Deutsches Zentrum für Luft – und Raumfahrt, la sua controparte tedesca. Ha raggiunto la fase finale del suo sviluppo nel maggio 2022 e oggi mira a convalidare un nuovo concetto di propulsione dei nanosatelliti.

 

Questione di peso

Quando si lancia un veicolo nello spazio, la massa totale degli oggetti caricati a bordo è un fattore decisivo da un punto di vista dei costi. Eliminare la necessità di trasportare carburante, impiegando un sistema di propulsione elettrica, è una soluzione rivoluzionaria.

La NASA e il centro DLR hanno raggiunto questo obiettivo grazie all’utilizzo di vela solare esterna, supportata da un boma in materiali compositi. Una volta che il Cube-Sat è in orbita, i quattro bracci compositi si srotolano, formando un telaio a forma di X, che serve a sostenere i quattro segmenti di vela che si dispiegano successivamente.

I boma sono lunghi sette metri e la vela misura nove metri per lato, per una superficie totale di 81 metri quadrati. L’ampia superficie della vela è una caratteristica fondamentale per sviluppare una spinta sufficiente per muovere il satellite, dal momento che la pressione della radiazione solare è abbastanza ridotta.

 

I vantaggi dei compositi

Gli ingegneri del centro aerospaziale tedesco DLR hanno realizzato i boma ACS3 utilizzando un materiale polimerico rinforzato da fibre multidirezionali in carbonio, dando vita ad una struttura flessibile che può essere piegata o avvolta su una bobina. Le bobine, che pesano solo 900 g, sono posizionate su tutti e quattro gli angoli del CubeSat e si attivano automaticamente per dispiegare i bracci.

Rispetto al Progetto Apollo, dove tutte le parti erano realizzate in metallo, questi nuovi bracci offrono un risparmio di peso del 75% circa e sono 100 volte più resistenti alla distorsione termica nello spazio. Inoltre, occupano meno spazio a bordo perché possono essere arrotolati per uno stivaggio compatto. La vela stessa pesa solo 0,5 g per una superficie complessiva di 81 metri quadrati.

 

Mobilità senza limiti

Lo scopo di un sistema di propulsione che utilizza l’energia solare, non è quello di competere con i motori tradizionali in materia di prestazioni e velocità, ma piuttosto di offrire un’autonomia infinitamente maggiore, dal momento che si basa su una fonte energetica che non si esaurisce. Finché la vela è esposta alle emissioni solari, infatti, fornisce un livello controllabile di spinta che consente al CubeSat di navigare nello spazio proprio come fa una nave in mare, ma invece di usare il vento, si affida ai raggi del sole.

L’energia solare, inoltre, è una fonte affidabile che può essere utilizzata per almeno un altro miliardo di anni, dal momento che non si esaurirà finché esiste il sole.

 


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