Si immagini di raggiungere la Luna utilizzando solo una frazione di litro di carburante. Con il motore ionico, MicroThrust, gli scienziati dell’ École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) e altri partner europei stanno per realizzare questo sogno, inaugurando una nuova era di esplorazione spaziale a basso costo.
Immagine tratta dal video (in basso) che descrive MicroThrust. Immagine: EPFL
Un propulsore completo, miniaturizzato e progettato per piccoli satelliti (1-100 kg), che permetterà ad essi di cambiare la loro orbita attorno alla Terra e persino affrontare viaggi con destinazioni più lontane.
Nello specifico, il motore progettato per essere montato su satelliti molto piccoli come è estremamente compatto, ma altamente efficiente. Si pensi che il prototipo pesa soltanto 200 grammi. “Al momento, i nanosatelliti sono bloccati nelle loro orbite. Il nostro obiettivo è quello di renderli liberi”, spiega Herbert Shea, coordinatore del progetto European MicroThrust e direttore del laboratorio di tecnologie spaziali di EPFL Microsystems.
I piccoli satelliti si stanno via via diffondendo grazie alla maggiore facilità di realizzazione e ai costi di produzione e lancio relativamente bassi – circa mezzo milione di dollari, rispetto ai satelliti convenzionali per i quali si sale anche a centinaia di milioni di dollari. I nanosatelliti sono attualmente privi di un efficiente sistema di propulsione che li possa rendere davvero autonomi e in grado di svolgere missioni di esplorazione e osservazione.
Invece di un normale combustibile, MicroThrust è alimentato con un liquido “ionico”. Nel caso specifico il composto chimico è chiamato EMI-BF4 e agisce sia come solvente sia come elettrolita. Esso è composto da molecole elettricamente cariche, chiamate ioni, e alla temperatura ambiente il composto è allo stato liquido. Gli ioni vengono estratti dal liquido e poi espulsi ad alta velocità mediante un campo elettrico per generare la spinta necessaria. Questo è il principio alla base del motore ionico: il carburante non viene più bruciato, come nei motori chimici di vecchia generazione, ma viene espulso.
Nel motore sviluppato da EPFL, il flusso di ioni viene emesso da una matrice di piccoli ugelli di silicio – oltre 1.000 per centimetro quadrato. Il combustibile viene prima guidato per azione capillare da un serbatoio all’estremità dei micro-ugelli, dove gli ioni vengono estratti grazie ad un elettrodo a 1000 volt, accelerati, e infine emessi dal retro del satellite. La polarità del campo elettrico viene invertita ogni secondo, in modo che tutti gli ioni positivi e negativi possano essere espulsi.
Il problema più grosso è nato proprio dal fatto che l’accelerazione ionica doveva essere garantita da un campo elettrico. Ora i nanosatelliti sono talmente piccoli da poter montare a bordo poche celle solari e la quantità di potenza erogabile è spesso inferiore ai 5 Watt. Una società Olandese, per fortuna, è stata in grado di risolvere questo problema.
Ma quali velocità possono raggiungere i nanosatelliti con un motore MicroThrust?
Le velocità sono davvero ragguardevoli anche se parliamo di accelerazioni molto basse. Basti pensare che se dovessimo paragonare le prestazioni a quelle di un’autovettura, MicroThrust al confronto va da 0 a 100 km/h in ben 77 ore. Ma come ben sappiamo nello spazio il tempo è relativo. Grazie alla quasi totale mancanza di attrito, nel tempo queste debolissime accelerazioni si traducono in velocità di crociera finali davvero ragguardevoli. Dopo 6 mesi la velocità passerebbe infatti dai 24.000 km/h, velocità iniziale di lancio, a ben 40.000 km/h.
Il primo micromotore ionico si accenderà dietro CleanSpace One – un nanosatellite la cui missione è quella di vero e proprio spazzino spaziale, che afferrerà detriti attirandoli nell’atmosfera terrestre per riuscire ad incenerirli in modo sicuro. Secondo il Centro Spaziale svizzero, CleanSpace One avrà due o tre mesi di tempo e più di 1.000 rivoluzioni terrestri per raggiungere uno dei suoi obiettivi, il dismesso Swisscube cubesat o Tlsat-1 cubesat. Gli scienziati hanno poco più di un anno per completare il loro sistema.
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