Levitazione – come mantenere i satelliti nella posizione verticale target

Il sistema di controllo dell’assetto e dell’orbita (attitude and orbit control system, AOCS) di un velivolo spaziale mantiene l’orientamento della navicella durante l’orbita e ne conserva la traiettoria orbitale, il che è essenziale per il successo e la sicurezza della missione. Inoltre, l’efficienza con cui l’AOCS compie il suo lavoro si riflette direttamente sulla quantità di propellente utilizzato, che ha un impatto indiretto sui costi della missione e sul carico utile.

Al fine di migliorare l’indipendenza e la competitività europea nei settori satellitari commerciali e scientifici, i ricercatori hanno avviato il progetto ELSA (European levitated spherical actuator), finanziato dall’UE. La riduzione dei requisiti di massa, dimensioni ed energia dei sottosistemi di controllo dell’assetto (attitude control subsystem, ACS), il contemporaneo mantenimento della precisione e il miglioramento dell’affidabilità erano gli obiettivi chiave.

Un ACS generalmente utilizza un minimo di tre volani di reazione o regolatori giroscopici inerziali per rilevare i cambiamenti nei parametri come accelerazione o torsione. L’ACS utilizza poi degli attuatori per generare una risposta correttiva. I ricercatori del progetto ELSA hanno portato avanti una nuova idea per un ACS proposto più di 20 anni fa, una cosiddetta sfera a reazione che levita grazie a un campo magnetico. La sfera presenta una simmetria quasi perfetta, un quadro di riferimento multiassiale inerente ottimale e una significativa riduzione della massa rispetto alla configurazione a tre volani di reazione. Il superamento delle difficoltà tecniche ha reso la tecnologia più commerciabile.

È stato progettato, costruito e testato un prototipo di laboratorio per le prove di concetto basato su questo principio. Il concetto sincrono selezionato è stato adattato per soddisfare approssimativamente le specifiche fornite da vari contraenti. Il primo prototipo di sfera di reazione era progettato per raggiungere una torsione di 0,2 metri newton e un momento angolare di 23 metri newton al secondo.

L’elegante breadboard ELSA permetterà di valorizzare le potenzialità della sfera di reazione in termini di forza prodotta e torsioni, per dimostrare tutte le potenzialità della progettazione per quanto riguarda le ruote di reazione o il momento di controllo dei giroscopi per applicazioni spaziali.

La realizzazione tecnica dell’idea di un ACS a sfera a reazione rappresenterà un risultato importante per la comunità spaziale dell’UE. In questo modo si ridurrà la dipendenza dai sistemi stranieri, offrendo una solida alternativa che potrebbe essere esportata ad altri paesi e aziende. Il lavoro e i risultati di ELSA hanno spianato la strada per la realizzazione di questo potenziale.