Quando i lanciatori spaziali decidono di raccontare tutto

Gli stadi superiori dei lanciatori spaziali sono tipicamente pieni di sensori che potrebbero, in teoria, dire agli ingegneri tutto quello che hanno bisogno di sapere riguardo allo stato del lanciatore e a possibili punti deboli. Ma le limitate capacità di calcolo a bordo e la larghezza di banda fino al suolo hanno finora reso impossibile l’acquisizione della maggior parte di questi dati.

Questo è il contesto in cui è venuto alla luce il progetto MaMMoTH-Up (Massively extended Modular Monitoring for Upper Stages). In 42 mesi, il consorzio di progetto si è posto l’obiettivo di incrementare la quantità di dati monitorati di oltre 2 500 volte.

Jan-Gerd Mess, coordinatore del progetto per conto dell’agenzia spaziale tedesca, parla dei risultati ottenuti dal progetto prima della sua conclusione, prevista nel mese di agosto del 2018.

Perché è importante raccogliere più dati dagli stadi superiori dei veicoli di lancio?

Uno dei nostri principali obiettivi è quello di fornire maggiori informazioni riguardanti l’ambiente del lanciatore. Questo è importante per meglio comprendere le condizioni a cui esso è soggetto e, ciò che più conta, le risultanti sollecitazioni meccaniche con cui l’intero sistema deve fare i conti.

I dati acquisiti provengono da sensori di temperatura, pressione, vibrazione, impatto e accelerazione, oltre che da estensimetri. Questo aiuterà a ottimizzare il sistema stesso e anche a rendere possibili futuri sviluppi in termini di stabilità, riduzione del peso e sicurezza. Questo è importante in particolare per i materiali introdotti da poco, come ad esempio la fibra di carbonio, poiché ne possiamo sfruttare pienamente il potenziale solo se ne comprendiamo del tutto il comportamento in condizioni operative.

Cosa rende così difficile riuscire a raccogliere questi dati?

L’attuale hardware del lanciatore e la sua catena della telemetria, anche se ampiamente collaudati e affidabili, sono limitati nelle loro prestazioni in termini di potenza di calcolo e larghezza di banda.
Aggiornare ciascuno di questi sarebbe molto dispendioso, dal momento che comportano la costosa e prolungata riqualificazione dell’intero lanciatore, in aggiunta a considerevoli investimenti nelle infrastrutture a terra.

Come suggerite di superare questo problema e cosa rende il vostro approccio particolarmente innovativo?

Il nostro approccio prevede di introdurre un sistema modulare che può essere facilmente adattato ed esteso per rispondere a specifici requisiti della missione. Esso è quanto meno possibile invasivo, riducendo allo stesso tempo al minimo i rischi per la missione nominale del lanciatore.

Utilizzando componenti disponibili commercialmente in un ambiente protetto, la potenza di calcolo dell’hardware a bordo può essere notevolmente aumentata. Questo ci consente di introdurre algoritmi per la selezione e compressione intelligente dei dati, che ottimizzano la quantità di informazioni utili per il collegamento esistente della telemetria. Introducendo inoltre delle interfacce seriali largamente utilizzate, come RS422 e CAN-bus, garantiamo anche che i futuri sviluppi e moduli (telecamere, sensori wireless, ecc.) possano fare uso del sistema sviluppato.

Il dimostratore si è dimostrato all’altezza delle vostre aspettative iniziali?

A questo punto, il dimostratore ha superato il necessario collaudo di qualificazione per essere adatto all’uso su un lanciatore ARIANE 5 in termini di vuoto termico, depressurizzazione rapida ed EMC. Le prove di vibrazione sono ancora in sospeso, ma i test verranno effettuati nei prossimi mesi, prima della fine del progetto.

Da un punto di vista funzionale, l’intero sistema è stato assemblato, e sono state effettuate con successo simulazioni di missione basate sui profili di volo di ARIANE 5. Sebbene la selezione dei dati sia ancora oggetto di discussione sia nella ricerca che nella sua implementazione, la compressione dei dati nonché tutti i meccanismi per allocazione e trasmissione dei dati dei sensori sono al proprio posto e sono stati testati con successo.

Quanto lontano pensate di riuscire a spingervi? Avete già raggiunto la fase del volo dimostrativo?

Un modello di qualificazione è adesso integrato con facilità e viene sottoposto a un collaudo di qualificazione rappresentativo come un componente effettivo dell’hardware di volo. Siamo pertanto convinti di poter raggiungere un livello di maturità tecnologica TRL 5/6 entro la fine del progetto.

Quali sono i vostri piani per la commercializzazione, e quali saranno, secondo voi, i vostri principali punti a favore rispetto ai potenziali concorrenti?

Al meglio delle nostre conoscenze, non esiste al momento un altro sistema che sia in grado di incrementare in modo modulare le capacità del lanciatore in termini di acquisizione dati e anche di introdurre una piattaforma estensibile per testare nuove tecnologie in un ambiente sicuro durante il volo. Questo crea un caso d’uso completamente nuovo per il lanciatore.

Quali sono i vostri piani successivi, se ve ne sono?

Abbiamo intenzione di fare richiesta per ulteriori finanziamenti Orizzonte 2020 ed ESA all’interno del quadro di una verifica e dimostrazione in orbita, in modo da dimostrare l’applicabilità del nostro approccio.

Inoltre, potrebbe essere fattibile un adattamento ad ARIANE 6, che includerebbe non solo un volo futuro ma anche l’applicazione del sistema di MaMMoTH-Up durante test del sistema e del sottosistema condotti a terra. Questo aumenterebbe le capacità di acquisizione dati delle strutture di qualificazione.