ESA presenta ICE-Cube Thruster: il mini propulsore spaziale che funziona con l'acqua

© Imperial College / ESA

Hai mai immaginato che l'acqua potesse essere il futuro del viaggio spaziale? L'ESA, in collaborazione con l'Imperial College nel Regno Unito, ha sviluppato un micro propulsore spaziale lungo quanto un'unghia, chiamato Iridium Catalysed Electrolysis CubeSat Thruster, o semplicemente ICE-Cube Thruster, che funziona utilizzando l'elettrolisi dell'acqua come propellente. Questa innovativa tecnologia ha il potenziale per rivoluzionare il settore spaziale e soddisfare le esigenze del mercato in rapida crescita dei satelliti di piccole dimensioni.

Come funziona il ICE-Cube Thruster?

A differenza dei propulsori spaziali convenzionali che richiedono serbatoi ingombranti di propellente gassoso, il ICE-Cube Thruster utilizza un elettrolizzatore associato per far passare una corrente da 20 watt attraverso l'acqua, producendo idrogeno e ossigeno per alimentare il propulsore. Questo sistema è così piccolo da richiedere l'applicazione di approcci della tecnologia MEMS (Micro-Electrical Mechanical Systems), simili a quelli impiegati nell'industria microelettronica, per essere assemblato con precisione.

Risultati eccezionali nei test

Durante una campagna di test, il ICE-Cube Thruster ha generato una spinta di 1.25 millinewton con un impulso specifico di 185 secondi in modo continuo. Questi test sono stati condotti nell'ambito del programma ESA General Support Technology Programme De-Risk per dimostrare la fattibilità del propulsore in un ambiente di laboratorio.

Questo minuscolo chip propulsore spaziale, lungo quanto un'unghia, utilizza il propellente più ecologico di tutti: l'acqua.

Progettato per manovrare le classi più piccole di satelliti, il funzionamento di questo Iridium Catalysed Electrolysis CubeSat Thruster (ICE-Cube Thruster) sviluppato in collaborazione con l'Imperial College nel Regno Unito si basa sull'elettrolisi.

Evitando la necessità di ingombranti serbatoi di propellente gassoso, un elettrolizzatore associato fa passare una corrente da 20 watt attraverso l'acqua per produrre idrogeno e ossigeno per alimentare il propulsore.

L'ICE-Cube Thruster è così piccolo in scala, con la sua camera di combustione e ugello che misurano meno di 1 mm di lunghezza, che potrebbe essere assemblato solo utilizzando un approccio MEMS (Micro-Electrical Mechanical Systems), utilizzando metodi settoriali dell'industria microelettronica.

Una campagna di test ha raggiunto 1,25 millinewton di spinta con un impulso specifico di 185 secondi in modo sostenuto. I test sono stati effettuati nell'ambito del programma di supporto tecnologico generale dell'ESA, per dimostrare la fattibilità del propulsore in una prova di laboratorio.

I dati sperimentali raccolti durante questa attività aiuteranno a guidare lo sviluppo di un 'Modello di Ingegneria' rappresentativo del volo del sistema di propulsione, compreso l'elettrolizzatore.

Progetto: ICE Cube Thruster

Il ricercatore post-laurea Charlie Muir sta lavorando a questo progetto, sponsorizzato dall'Agenzia Spaziale Europea.

Il Iridium Catalysed Electrolysis CubeSat Thruster (ICE-Cube Thruster) è un motore a razzo su scala micro che viene sviluppato presso l'Imperial College di Londra nell'ambito del programma di supporto tecnologico generale dell'ESA (GSTP).

La ragione di un propulsore a così piccola scala è soddisfare le esigenze del mercato in rapida crescita dei satelliti di piccole dimensioni. Il numero annuale di veicoli spaziali lanciati nel 2020 è previsto essere oltre tre volte superiore rispetto al 2016, e di questo mercato in crescita, i nanosatelliti (<10 kg) costituiscono la maggioranza dei veicoli spaziali lanciati (~90% nel 2017). Questi piccoli satelliti (solitamente delle dimensioni di una valigetta) hanno vincoli molto rigidi che rendono difficile l'integrazione di un sistema di propulsione. Un sistema di propulsione deve essere molto piccolo, funzionare con una potenza molto bassa e, nella maggior parte dei casi, utilizzare propellenti non pressurizzati e non tossici.

L'ICE-Cube Thruster soddisfa questi requisiti utilizzando un elettrolizzatore per separare l'acqua nelle sue molecole costituenti di idrogeno e ossigeno nello spazio e alimentare direttamente il propulsore. I benefici immediatamente evidenti di questo sistema riguardano principalmente la facilità di conservazione di un propellente non pericoloso in serbatoi compatti e leggeri, oltre alle ottime prestazioni di idrogeno/ossigeno. L'elettrolisi dell'acqua richiede anche solo una frazione della potenza rispetto ai dispositivi di propulsione elettrica comparabili, il che rientra nel range di potenza disponibile per i nanosatelliti.

Fabbricare un propulsore così piccolo non è fattibile utilizzando le tecniche di produzione convenzionali (la camera di combustione e l'ugello misurano meno di 1 mm di lunghezza) e può essere realizzato solo mediante un approccio MEMS (Micro-Electrical Mechanical Systems). Questo è lo stesso approccio di fabbricazione utilizzato per produrre microelettronica come i processori, e consente di lavorare su wafer di silicio con una precisione sub-micrometrica. L'approccio è anche intrinsecamente scalabile e consente di produrre propulsori in grandi quantità a un costo unitario eccezionalmente basso. Queste tecniche di fabbricazione sono state sviluppate attraverso lo sviluppo del propulsore ICE-200, che è una variante con spinta maggiore (1N) sviluppata presso l'ICL.

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Source by Agenzia spaziale Europea

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