La nanotecnologia con ambizioni spaziali

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Dalle piattaforme per l’osservazione della Terra, alle costellazioni per telecomunicazioni pensate per una copertura internet globale, tutti i satelliti artificiali richiedono a bordo una fonte di propulsione che consenta di effettuare manovre necessarie come compensazione della resistenza atmosferica, inserimento orbitale, smaltimento del satellite a fine vita.

In tal senso i propulsori elettrici offrono una soluzione a basso consumo di propellente, motivo per cui la propulsione elettricaha vissuto negli ultimi anni una crescita di interesse da parte dell’industria spaziale.

Tra i vari sistemi di propulsione elettrica, i propulsori a effetto Hall (HETs, Hall Effect Thrusters) e i propulsori a ioni (GIEs,Gridded Ion Engines) dominano la scena. Entrambi accelerano il propellente (il più utilizzato è il gas nobile xenon), dopo averlo ionizzato, creando particelle cariche in modo da sfruttare le forze elettriche e magnetiche.

Come ottenere la ionizzazione del propellente? Con una sorgente di elettroni: il catodo o neutralizzatore, elemento cruciale del sistema propulsivo elettrico, che provvede anche a neutralizzare il fascio ionico emesso, evitando accumuli di carica indesiderati sul veicolo spaziale.

La tecnologia più affermata in questo contesto è il catodo cavo, che basa il suo funzionamento sull’emissione di elettroni pereffetto termoionico da un elemento attivo, denominato emettitore. Il tipo di materiale dell’emettitore determina la facilità con cui gli elettroni sono estratti, in funzione della temperatura superficiale. Recentemente si è iniziata ad esplorare la possibilità di impiegare gli elettridi, ossia particolari composti chimici, come sorgente elettronica nei catodi cavi. L’elettride candidato principe per applicazioni nei catodi spaziali, studiato preliminarmente da alcuni gruppi di ricerca in Giappone, USA e Germania, è denominato C12A7.

Il vantaggio principale del suo utilizzo è un abbassamento della temperatura operativa del catodo, con una conseguente semplificazione del progetto e una più ampia gamma di materiali possibili per i vari componenti del catodo stesso.

Il progetto NANOCAT si propone quindi di unire le competenze di SITAEL, azienda pugliese appartenente al gruppo Angel, in ambito di propulsione spaziale con quelle di SPIN-PET, azienda innovativa che nasce dalla ricerca universitaria, sulla formulazione innovativa di materiali funzionali, per produrre un catodo ad elettride e caratterizzarne le prestazioni. Obiettivo a lungo termine sarà quello di sviluppare un programma di industrializzazione e produzione in serie di catodi cavi, affermando la presenza italiana nell’espansione di questa tecnologia innovativa nel settore dei piccoli satelliti.

In particolare i propulsori di bassa potenza stanno emergendo come scelta vincente per una serie di missioni che coinvolgonopiccoli satelliti per l’esplorazione dello spazio vicino, il cui mercato ha, allo stesso tempo, beneficiato della miniaturizzazione dell’elettronica e dei progressi sui nano-materiali di ultima generazione. L’utilizzo di tale tecnologia potrebbe infatti rappresentare l’elemento chiave per semplificare l’accesso allo spazio, riducendo significativamente il peso e conseguentemente l’ammontare di propellente necessario al decollo del razzo. Progressi che ridurrebbero i costi di lancio ed immissione in orbita di satelliti.

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