La trasmissione diretta migliora le prestazioni della propulsione elettrica solare nei veicoli spaziali
La propulsione elettrica è fondamentale per il futuro dei veicoli spaziali in quanto consente di risparmiare sulla massa del propellente. Sul mercato sono disponibili diversi propulsori elettrici che utilizzano propellenti come lo xeno e l’energia solare dei pannelli di bordo per generare elettricità. La tecnologia attuale richiede però convertitori di potenza ingombranti per fornire elettricità a una determinata potenza. Il progetto EDDA, finanziato dall’UE, ha testato come l’architettura a trasmissione diretta possa ovviare alla necessità di un convertitore di potenza in più propulsori già presenti sul mercato, essendo alimentata direttamente da un array solare di bordo ad alta tensione (fino a 400V).
Prestazioni dei propulsori in missioni spaziali simulate
La tecnologia attuale richiede un convertitore di potenza affinché la tensione di propulsione elettrica salga a 250 V e oltre per alimentare i propulsori a bordo dei veicoli spaziali. EDDA ha analizzato diverse architetture di trasmissione diretta e ha testato una nuova unità di potenza elettronica sviluppata dal partner Thales Alenia Space, in Belgio. L’unità di potenza è progettata per funzionare con alcuni propulsori esistenti e futuri, come il propulsore a effetto Hall (HET), progettato da diverse aziende spaziali, tra cui il partner del progetto Sitael, e il propulsore al plasma multistadio ad alta efficienza (HEMPT) costruito da Thales-D. Secondo il coordinatore del progetto Gilles Bouhours: «EDDA integra alimentazione elettrica e propulsione. Attualmente, questi sottosistemi sono nettamente separati. Per EDDA, la gestione dell’energia controlla simultaneamente diversi propulsori per ottimizzare la potenza e le prestazioni di propulsione». Utilizzando simulatori di array solari, sono stati testati più volte diversi propulsori, valutando le prestazioni di propulsione elettrica a trasmissione diretta nelle simulazioni di missione relative al lancio, al cambio di orbita e alle operazioni in stazione. I risultati dei test sono stati molto incoraggianti, con quasi il 100 % di energia estratta dai pannelli e perdite termiche trascurabili. Simulazioni avanzate del propulsore sono state eseguite dalla Universidad Carlos III de Madrid (UC3M), dove sono state analizzate in dettaglio anche le oscillazioni delle correnti di scarico. In Extenso Innovation Croissance ha coordinato la gestione del progetto.
Applicazioni per l’architettura di trasmissione diretta
I lanci dei veicoli spaziali sono molto costosi e la rimozione dei convertitori di potenza dal carico utile non solo riduce i costi ma aumenta anche le capacità dei veicoli spaziali che possono disporre di carburante o attrezzature aggiuntive. L’architettura di trasmissione diretta ha tre principali applicazioni di mercato. I satelliti per telecomunicazioni in orbita geostazionaria - quelli che si trovano a circa 36 000 km di altitudine sopra la Terra - beneficeranno delle significative riduzioni di costo e di massa ottenute grazie a un più rapido innalzamento elettrico dell’orbita, reso possibile da tecnologie di propulsione elettrica mature. I servizi in orbita sono un mercato emergente. La soluzione permette ai veicoli spaziali di visitare i satelliti esistenti e di rispondere a diverse esigenze, come l’estensione della vita, il trasferimento del veicolo spaziale, la manutenzione con le unità di sostituzione orbitale e la rimozione dei detriti. La propulsione elettrica a trasmissione diretta consente l’esplorazione dello spazio profondo. Le missioni sulla Luna, su Marte e sugli asteroidi richiedono il trasporto di enormi carichi utili. Per i cargo con propulsione diretta, ciò richiede una grande quantità di potenza, e le soluzioni di trasmissione diretta contribuiscono a soddisfare questa esigenza. Come dice Bouhours: «L’obiettivo finale di EDDA è fornire un potente sistema di propulsione elettrica solare per trasportare qualsiasi carico da un’orbita terrestre a un’altra o a un altro pianeta». I partner del progetto provengono da cinque aziende e un’università di Belgio, Germania, Spagna, Francia e Italia. Coordinandosi con i produttori dei propulsori più utilizzati nello spazio, EDDA ha posizionato la tecnologia di trasmissione diretta affinché si diffonda rapidamente.
Parole chiave
EDDA, propulsione diretta, veicolo spaziale, tecnologia dirompente, propulsore al plasma multistadio ad alta efficienza, propulsione elettrica, propulsore a effetto Hall