In fase di test i propulsori FEEP per LISA Pathfinder [0903-ESA]

E’ in fase di preparazione il propulsore più piccolo mai testato nello spazio, un propulsore elettrico ad emissione di campo, FEEP (Field Emission Electric Propulsion), sviluppato per conto dell’Agenzia Spaziale Europea. Le dimensioni longitudinali del propulsore sono di soli 10 centimetri, mentre la spinta prodotta è dell’ordine dei microNewtons.

Gli aspetti innovativi dei FEEP, in fase di test in europa ed anche in Italia da alcuni anni, sono l’elevata controllabilità e l’alto range di spinta forniti, superiori a tutti gli altri propulsori mai testati. Nello specifico, i FEEP sono in fase di studio specialmente per missioni di più veicoli spaziali in formation flying, ossia che debbano mantenere una distanza reciproca fissa ed un assetto stabilito. Una missione di questo tipo allo studio congiunto di ESA-NASA sarà la missione LISA (Laser Interferometer Space Antenna), che sarà caratterizzata da 3 satelliti in un’orbita HALO attorno al punto lagrangiano L1 del sistema Terra-Sole: saranno proprio le minuscole forze perturbanti l’orbita e l’assetto a richiedere un sistema di controllo che possa garantire spinte molto basse e modulabili in modo continuo. Prima di LISA, programmata per il 2018, sarà la missione ESA LISA-Pathfinder (precursore di LISA) a validare in volo, nel 2010, queste tipologie di propulsori.

Il principio di funzionamento dei propulsori FEEP è il medesimo di un motore ad ioni, come ad esempio quello imbarcato sulla missione SMART-1 di ESA: l’applicazione di un campo elettrico accelera degli atomi carichi elettricamente (gli ioni), producendo, per reazione, spinta nella direzione opposta a quella di espulsione. La particolarità dei FEEP è proprio la capacità di fornire spinte dell’ordine di micronewton (0.000001 N), minori delle spinte dei comuni motori ad ioni, dell’ordine dei milliNewton (1 mN = 0.001 N), e un elevato range di spinta, da 0.1 a 150 microNewtons con una risoluzione migliore di 0.1 microNewton ed un tempo di risposta di 190 ms (0.19 secondi) o anche minore.

Il propellente dei FEEP in fase di studio è il Cesio liquido, un metallo, capace di fluire tra due superfici anch’esse metalliche che finiscono in una fessura con una sezione della dimensione di 1 micron (cento volte minore della sezione di un capello umano). Il metallo liquido è quindi fermato in questo piccolo condotto dalla tensione superficiale, fino a che il campo elettrico è generato ed il metallo si ionizza, caricandosi positivamente ed accelerandosi.

Un totale di 3 gruppi da 4 propulsori FEEP saranno montati su LISA Pathfinder, provvedendo alla generazione di livelli di spinta con un’accuratezza di due ordini di grandezza (100 volte) migliore di ogni altra missione mai operata. Nel mese di marzo nel centro ESA ESTEC in Olanda sono in fase di qualifica in camera termovuoto i modelli del FEEP che saranno impegati su LISA-PF, prima della costruzione finale dell’hardware per la missione.

I FEEP sono in fase di studio da 7 anni in ESA, sviluppati attraverso un contratto con l’italiana Alta (Pisa), Galileo Avionica, Astrium di Tolosa e Oerlikon (Svizzera), e costituiscono il solo sistema propulsivo sviluppato e concepito interamente in Europa.

La missione LISA Pathfinder, che avrà l’onore-onere di imbarcare questi propulsori ad elevata precisione, sarà composta da un satellite in orbita HALO attorno a L1 Terra-Sole, con l’obiettivo futuro di studiare le onde gravitazionali teorizzate dalla Teoria della relatività generale di Einstein ma non ricevibili da Terra, attraverso lo studio del comportamento di due masse test in condizioni di caduta libera. LISA-PF, il cui lancio è previsto per marzo 2010, sarà il precursore della missione cornerstone LISA, di ESA, prevista NET 2018 ed avente appunto l’obiettivo dello studio delle onde gravitazionali attraverso interferometria laser tra 3 veicoli spaziali. LISA-Pathfinder costituisce di fatto la seconda missione del programma SMART (Small Missions for Advanced Research in Technology) di ESA, con lo scopo di test-bench per varie tecnologie, e quindi potrebbe essere chiamata, a pieno titolo, SMART-2. Dopo il lancio, un ulteriore sistema di propulsione espanderà progressivamente l’orbita ellittica di parcheggio per arrivare ad immettersi nell’orbita HALO in L1, raggiunta la quale verrà sganciato e lascerà LISA-PF al controllo dei propulsori FEEP.

Alcune immagini:

  1. Esempio di propulsore in fase di test (generico EP, non FEEP)
  2. Visione pittorica dello spacecraft di LISA-PF (si notano i gruppi di FEEP)
  3. LISA-PF in ESTEC
  4. Visione pittorica del payload di LISA-PF: due masse di platino-oro
  5. Visione pittorica della missione di interferometria LISA

Immagini (ESA) e (NASA)


FEEP.jpg

Vado un po’ OT ma vorrei far notare come ESA non abbia una capsula manned propria, ma di ricerca di ne fa parecchia!!!
Fine OT

Speriamo proceda tutto bene, di nuove tecniche di “spinta” c’è bisogno, anche se i FEEP servono solo a controlli di precisione…

D’accordissimo. Persino gli appassionati si accorgono di più delle missioni manned rispetto a quelle automatiche…

Ciao,
sono stato giusto ieri sera qui a torino al circolo dei lettori ad una conferenza che aveva ospite il dott. Stefano Vitale ordinario di Fisica generale alla facolta di ingegneria dell’università di trento… ed uno dei padri di Lisa, il quale con la solita passione che cottrandistingue gli scienziati italiani ha cercato di spiegarci in maniera semplice in cosa consiste il suo esperimento.
Si tratta di misurare l’influenza della onde gravitazionali su delle masse completamente libere, ma come farlo? L’idea è di mettere un cubo di una decina di cm di lato all’interno di un cubo un po piu’ grosso di qualche cm e lasciarlo galleggiare nello spazio senza fargli mai toccare le pareti, per poter misurare i suoi spostamenti sui 3 assi dovuti alle onde gravitazionali.
per evitare di toccare le pareti il concetto è molto semplice, basta misurare la distanza istantanea dalle pareti del cubo e spostare il contenitore in modo da allontanarlo se si avvicina troppo… Concetto molto semplice in teoria… ma realizzarlo in pratica…
Qui compaiono proprio i propulsori di cui avete appena parlato, la loro precisione e modulabilita servirà appunto a spostare il satellite con all’interno questa scatola col cubo dentro per far si che il cubo galleggi sempre…
A fine conferenza ho chiesto date per il progetto, mi ha risposto che lisa path finder, in ritardo di tre anni dovrebbe partire entro 2-3 anni e che lisa se path finder darà risultati positivi dovrebbe essere entro il 2020.
Lisa path finder serve per testare i concetti teorici dell’idea di lisa e per ottenere i finanziamenti necessari ad una missione davvero fantascientifica, si tratta infatti di misurare gli spostamenti di queste masse galleggianti a 40cm di distanza, se tutto funziona su Lisa pathfinder, il vero progetto Lisa misurera gli stessi spostamenti, non a 40cm ma… a 5 milioni di KM!!! sempre con interferometria laser con 3 satelliti che volano appunto in formazione a triangolo proprio a quella distanza… misurare micron e anche meno, su spostamenti di una massa di 20cm posta a 5 milioni di km…

ciao

Raffaele

P.s.
googolando ho trovato questo link che può dare qualche indicazione in piu sul progetto Lisa…http://www.unitn.it/unitrentomagazine/n2_nov2000/vitale.htm

Ne approfitto per segnalare che sul periodico cartaceo/elettronico “ESA Bulletin” si possono seguire i periodici aggiornamenti di questa e delle altre, presenti e future, missioni ESA.

Grazie del tuo contributo… Hai spiegato molto bene il concetto “fisico” del payload di LISA-PF… Per quanto riguarda i ritardi della missione, che rimane per ora sullo schedule 2010, sappiamo che potranno essere aumentati… i test sui FEEP servono anche per aumentare la TRL dei propulsori che, non avendo mai volato, è decisamente bassa…

Giusto per segnalare che l’immagine NON e’ quella di un FEEP che spara :slight_smile:

Dovrebbe trattarsi di un arcogetto.

Per vedere il FEEP di LISA Pathfinder consiglio di andare direttamente alla fonte:
http://www.alta-space.com/index.php?page=feep
In basso nella pagina il cluster assemblato, che in questi giorni sta passando il test di shock (dopo aver superato quello di vibrazione).

L’immagine è stata presa dal sito dell’Austrian Institute of Technology. Il link è questo http://www.advanced-materials.at/images/Bilder%20SPA/feep%20testing.jpg
Non lavorando con i FEEP non ti saprei dire se effettivamente è un FEEP o se hanno messo la didascalia sbagliata. Quello che è certo è che l’immagine non è relativa ad un FEEP di Alta.

Grazie per il link.

E anche in questo programma viene utilizzata tecnologia Selex Galileo (Milano), che ha progettato e costruisce il Power Control Unit:

Field Emission Electrical Propulsion Power Control Unit (FEEP PCU) is designed for scientific missions requiring accurate positioning or atmospheric drag compensation (micro gravity). The PCU manages the supply of FEEP thrusters (up to 4 per PCU) and relevant neutralisers (up to 2 per PCU). Key to experiments like LISA and Microscope missions FEEP PCU has low thrust levels and high controllability.

(dal sito SelexGalileo)

L'immagine è stata presa dal sito dell'Austrian Institute of Technology. Il link è questo [http://www.advanced-materials.at/images/Bilder%20SPA/feep%20testing.jpg](http://www.advanced-materials.at/images/Bilder%20SPA/feep%20testing.jpg)

Non lavorando con i FEEP non ti saprei dire se effettivamente è un FEEP o se hanno messo la didascalia sbagliata. Quello che è certo è che l’immagine non è relativa ad un FEEP di Alta.

Sulla seconda parte non posso che confermare, lavorandoci io ad Alta ;->

Sulla prima affermazione, i FEEP di Martin Tajmar sono visibili un paio di pagine sopra quella linkata, esattamente qui:
http://www.advanced-materials.at/products/products_SPA_de.html
Le figure in basso sono:

  • un cluster di tre aghetti FEEP a Indio,
  • il principio di funzionamento del campo gravitomagnetico (in parole povere: gli studi che Martin sta facendo sull’antigravita’. Sto evidentemente esagerando),
  • a destra quello che puo’ essere tutto (arcogetto, resistogetto, motore chimico) ma NON un FEEP, tanto meno un FEEP di Tajmar (che e’ una roba minuscola: per eguagliare la spinta di un thruster Alta servono in teoria nove dei loro).

Giusto per la precisione :slight_smile:

M_D

Bene, grazie per la precisazione. Evidentemente hanno sbagliato a catalogare la terza foto :wink: da cui, avendola chiamata FEEP, risulta taggata nei motori di ricerca come tale. Personalmente l’avevo preso come un piccolo plume e non avrei quindi detto che non fosse un FEEP :slight_smile:

Intanto benvenuto nel forum, visto che questi sono i tuoi primi messaggi.
Sei anche il benvenuto ad illustrarci il lavoro che state facendo in Alta :slight_smile: