La propulsione dei microsatelliti

La formazione di costellazioni di microsatelliti richiede un’ampia capacità di manovra come il posizionamento preciso dei satelliti oltre al mantenimento dell’orientamento. L’incapacità di fare questo provocherebbe ruzzoloni lungo la sua orbita e le sue antenne perderebbero l’allineamento con la Terra.

La propulsione chimica alimenta i missili convenzionali e i satelliti tramite un propellente solido. Sta tentando di miniaturizzare la tecnica di propulsione provata e verificata. Tuttavia, il progetto PRECISE (Chemical-µpropulsion for an efficient and accurate control of satellites for space exploration), finanziato dall’UE, ha fatto progressi nell’immaginare una forma di propulsione più idonea per i microsatelliti.

Il sistema sperimentale che è stato sviluppato è ispirato dai sistemi microelettromeccanici (MEMS). Questa tecnologia comporta la creazione di componenti molto piccoli, con caratteristiche che si misurano sulla scala dei micrometri. Le piccole dimensioni e il peso ridotto dei componenti MEMS li rende ideali per i sistemi di propulsione dei microsatelliti.

I partner PRECISE hanno fabbricato tali componenti sotto forma di chip di silicio, proprio come quelli che si trovano nei computer e in altri sistemi elettronici. Essi sono stati saldati assieme, consentendo di alloggiare filtri, radiatori, regolatori del flusso termico, valvole di controllo del flusso e di sfiato della pressione in unità compatte non più grandi di una moneta da un centesimo.

Le valvole nel sistema di micropropulsione funzionano a livello micro riscaldando paraffina in cavità chiuse per aumentare il suo volume prima di espellerla attraverso degli ugelli. Sono state modellate cavità in corrispondenza dell’interfaccia tra i chip per attuare vari design di micro-catalizzatori per la decomposizione di idrazina e la spinta risultante.

Infine, sono stati montati più chip uno sull’altro. Il sistema di propulsione micro-chimica (µCPS), dotato di sensori per controllare il basso flusso di paraffina mediante la regolazione della potenza dei riscaldatori nel chip inferiore, offre la spinta nella gamma di microNewton, fino a molti milliNewton.

Prima della fine del progetto PRECISE, è stato montato un prototipo µCPS. Inoltre, è stata testata estensivamente una struttura di controllo del pennacchio di fumo ad elevata depressione presso il Deutsche Forschungsanstalt für Luft- und Raumfahrt (DLR). I risultati del controllo suggeriscono che è richiesto l’ulteriore sviluppo dell’µCPS sperimentale.

Nonostante ciò, la flessibilità e le dimensioni compatte della tecnologia dei sistemi MEMS la rendono una piattaforma promettente per futuri design di propulsione. Sono già stati tracciati design di progettazione dettagliati che soddisfano i severi requisiti di due navicelle, Solar Sail e InspectorSat.