L'Agenzia Spaziale Europea, insieme all'azienda italiana Sitael di Bari e alla polacca QuinteScience, ha sviluppato il prototipo di un propulsore elettrico per satelliti, che sfrutta aria invece del carburante. I test condotti nella camera a vuoto dell'azienda pugliese promettono bene e si prospetta - se tutto andrà per il meglio - una potenziale rivoluzione nel settore dei satelliti che volano a bassa quota, e finanche delle future missioni spaziali.
Per capire a cosa ci si riferisce bisogna fare un passo indietro: semplificando al massimo, i satelliti che volano in orbita bassa (all'incirca a 200 metri di altitudine) necessitano di accendere i motori per compensare la resistenza aereodinamica. Questo significa che al lancio debbono avere a bordo del carburante, e che quando questo si esaurisce la loro attività termina. Il carburante ha un costo, soprattutto considerato il suo peso, che impatta direttamente sulle spese di lancio.
Per ovviare a questo problema l'ESA studia da un decennio una soluzione alternativa che consenta ai satelliti che operano in orbite molto basse di lavorare per lunghi periodi. Gli studi hanno portato alla creazione del prototipo di un propulsore elettrico capace di "ingerire le poche molecole d'aria" presenti nella parte superiore dell'atmosfera terrestre e di usarle come propellente.
Un primo esperimento parziale è stato quello condotto con il mappatore di gravità GOCE (Gravity Field and Steady-State Ocean Circulation Explorer), che ha volato a 250 km di altitudine per più di quattro anni sfruttando un propulsore elettrico che compensava continuamente la resistenza aerodinamica. Parziale perché una volta terminati i 40 kg di Xenon che erano caricati a bordo la missione è terminata.
Nella camera a vuoto della Sitael di Bari è quindi stato condotto un esperimento usando il prototipo di un propulsore con un nuovo design che gli consente di raccogliere le poche molecole d'aria presenti nell'atmosfera terrestre a un'altitudine di circa 200 km, tenuto conto che il satellite si muoverebbe a una velocità tipica di 7,8 km/s, e usarle come propellente.
Come spiegato sul sito dell'ESA, la sfida consisteva nel progettare una soluzione capace di raccogliere le molecole d'aria in arrivo ad alta velocità. Il sistema di raccolta è stato progettato dalla polacca QuinteScience, mentre Sitael ha progettato un propulsore a doppio stadio capace di garantire una migliore accelerazione dell'aria in ingresso, che è più difficile da ottenere rispetto ai tradizionali progetti di propulsione elettrica
"Il risultato è che è stato possibile dimostrare che potremmo effettivamente raccogliere e comprimere le molecole d'aria ad un livello in cui potrebbe verificarsi l'accensione del thruster e misurare la spinta effettiva" ha spiegato Louis Walpot dell'ESA.
Il propulsore è stato acceso con dello Xeno, che poi è stato parzialmente sostituito da una miscela di aria azoto-ossigeno: "quando il colore blu dello xeno del pennacchio del motore è diventato viola, abbiamo capito che c'eravamo riusciti", ha commentato Walpot.
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Il sistema è stato poi acceso ripetutamente usando solo il propellente atmosferico per dimostrare la fattibilità del concept. "Il risultato che abbiamo ottenuto significa che la propulsione elettrica mediante l'aspirazione di aria non è più solo teoria, ma un'idea tangibile e funzionante, pronta per essere sviluppata, per essere impiegata un giorno come base per una nuova classe di missioni".
Propulsori elettrici di questo tipo potrebbero essere usati sia nell'orbita bassa terrestre, sia ai margini esterni di atmosfere di altri pianeti, per esempio sfruttando il biossido di carbonio di Marte.
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