Approfondimento: Nuovo propellente “verde” per voli spaziali più sicuri

Generalmente, i tecnici al lavoro su di un veicolo spaziale carico di propellente, somigliano più a degli astronauti che a degli ingegneri, dovendo indossare per motivi di sicurezza delle tute e dei dispositivi di protezione individuale.
Queste protezioni sono necessarie ogniqualvolta si ha a che fare con l’idrazina, il principale propellente impiegato nella maggior parte dei veicoli spaziali, che purtroppo però è tossico, corrosivo e cancerogeno. Tuttavia, delle nuove ricerche potrebbero arrivare a far assomigliare le fasi di rifornimento dei serbatoi di un satellite simili a quelle del rifornimento di una normale automobile.

Usata per la prima volta nei motori a razzo dalla Luftwaffe tedesca durante la Seconda Guerra Mondiale, l’idrazina rimane il primo propellente scelto per i propulsori di bordo dei satelliti. Essa è un propellente altamente performante e facilmente conservabile, caratterizzato dal fatto di essere ipergolico, ovvero è in grado di accendersi spontaneamente a contatto con un ossidante oppure da sola, con un opportuno catalizzatore. E’ indubbio: nella storia del volo spaziale, l’utilizzo dell’idrazina come propellente, ha reso più facile il lavoro dei progettisti dei veicoli spaziali.

Purtroppo, come già detto, l’idrazina (o diammina, o diammide, o idruro di azoto) è altamente corrosiva ed estremamente tossica. Se dispersa nell’ambiente essa degrada nell’arco di pochi giorni, ma ha comunque il potere di danneggiare le piante e la fauna ittica, mentre una concentrazione atmosferica di appena 50 parti per milione è considerata nociva per l’essere umano.

Alla ricerca di una valida alternativa, l’ESA si è messa al lavoro con l’azienda ECAPS, che fa parte dello Swedish Space Corporation Group, per costruire e testare un propulsore che utilizzi un propellente più sicuro ed ecologico.

Denominato ufficialmente LMP-103S, questo nuovo carburante è in sostanza un blend di ammonio dinitrammide (ADN), acqua, metanolo, ed ammoniaca. Va detto che l’ESA e la Swedish Space Corporation stavano da tempo svolgendo ricerche su monopropellenti liquidi facilmente conservabili a base di ADN, stipulando una serie di contratti a partire dal 1997.
I dettagli dell’ultimo progetto realizzato dall’ECAPS, un propulsore da 1 N ad ADN per applicazioni spaziali, è stato presentato lo scorso Febbraio ai Techno/Innovation Days dell’ESTEC.

Mark Ford, Capo della Propulsion Engineering Section dell’Agenzia Spaziale Europea, ha spiegato che l’ADN ha un potere propulsivo del 30 % superiore a quello dell’idrazina ed è molto meno tossico: “Diversamente dall’idrazina, il nuovo propellente è sicuro da trasportare tramite aereo e può essere maneggiato in maniche di camicia invece che con le tute protettive.”
“Nessun propellente per razzi è innocuo come l’acqua, ed ovviamente non stiamo improvvisamente sostituendo completamente l’idrazina, ma contiamo di fornire un’accettabile alternativa all’industria.”

La riduzione dei rischi porterà a delle operazioni di manipolazione del liquido più economiche e che andranno ad alleviare i costi della relativa missione spaziale. Lo scopo finale della società svedese è quello di permettere la spedizione dei satelliti dalla fabbrica al launch site con i serbatoi già pieni di propellente. Attualmente, i veicoli spaziali vengono riforniti di idrazina immediatamente prima del lancio per motivi di sicurezza.

Se da un lato il propellente è nuovo, la tecnologia del propulsore è abbastanza conservativa, ha spiegato Matthias Persson dell’ECAPS: “Il propulsore segue un’architettura tradizionale per i dispositivi monopropellente, ed utilizza dei componenti COTS (Commercial Off-The-Shelf) con una larga autonomia di volo.”
“Il motore ha avuto delle buone performances durante le prove a terra, e presto verrà testato in orbita come dimostratore tecnologico a bordo del satellite svedese Prisma.”
Il lancio di questo satellite con a bordo il motore High Performance Green Propellant (HPGP) 1 N era previsto per il prossimo mese di Aprile da Yasny, Russia, ma a causa dei problemi burocratici esistenti fra Russia e Kazakhstan, il lancio è stato rinviato.

L’HPGP 1 N ha comunque già ottenuto un primo successo, infatti le autorità russe del launch site di Yasny, hanno definito l’operazione di rifornimento del thruster sperimentale come “non pericolosa”, e ciò contribuirà a risparmiare diversi soldi durante la campagna di lancio. “Comparata alle procedure standard, sarà quasi come fare il pieno alla propria auto in una stazione di rifornimento.” ha concluso Persson.

L’ESA ha supportato il thruster HPGP attraverso un progetto nell’ambito del programma General Support Technology Programme (GSTP), che mira a convertire i più promettenti prototipi da laboratorio in flight-ready hardware. Un follow-up GSTP project iniziato sul finire dello scorso anno qualificherà il nuovo dispositivo in parallelo al suo volo a bordo di Prisma. Infine è in fase di valutazione da parte dei responsabili dell’Agenzia Spaziale Europea l’impiego dell’HPGP 1 N in volo in formazione nella missione test Proba-3.

Immagini:

  1. Il propulsore HPGP 1-N (C) ECAPS.

  2. Una fase del test firing (C) ECAPS.

  3. Il dimostratore tecnologico svedese Prisma per il volo in formazione (Swedish Space Corporation).

Infine allego il Product Sheet del HPGP 1N Rocket Engine

Fonti: esa.int/wikipedia.org/ecaps.se


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Molto interessante!
Certo faciliterà di molto le operazioni di lancio e di conseguenza i costi!
Aspettiamo di vedere come si comporta in orbita…

Potere propulsivo del 30 % superiore all’idrazina.

Mi chiedo perché non sia già utilizzato da tutti, dov’è la magagna? Forse il costo?

Ne approfitto per far notare l’operato dell’italiano Luca Rossettini, che ha sviluppato, insieme a tecnologi russi, un propellente solido “eco-friendly” con ISP molto interessante.

Anch’io stavo pensando la stessa cosa…
In effetti non è ancora stato provato in orbita, quindi non ha nessun riscontro nella pratica ma resta da capire perchè sino ad ora non era stato nemmeno provato…forse i costi…

È giustissimo Biduum, però io ingenuamente penso che un propellente non è che abbia bisogno di chissà quali test (a differenza ad esempio di un qualsiasi altro hardware).

Bisogna però testare i motori!
E poi vedere se nelle “condizioni orbitali e dopo lo stress di lancio” il tutto rispecchia le caratteristiche che aveva mostrato a terra pur nelle condizioi simulate. Poi c’è da vedere se il suo uso rispecchia in tutto e per tutto quello che fa l’idrazina (una delle sue caratteristiche che “piacciono” è la stoccabilità e, per vedere se è almeno simile, non puoi far altro che mandarlo su, attendere un po’ e poi provare a vedere se funziona ancora il motore…)
Queste considerazioni mi vengono ovviamente così ragionando a spanne…non sono un tecnico e attendo anch’io lumi dai più esperti

Beh sai, non è mica detto. Tu affideresti un tuo satellite che ti è costato chissà quanto (non solo in soldi, ma in anni di sviluppo) a un propellente non testato? E se poi non funziona e non riesce a controllare l’orbita?

Comunque il progetto è interessante. I costi in fase di integrazione sono una bella fetta del progetto, e ridurre le procedure di contenimento perchè si usano materiali non nocivi può essere un notevole passo avanti…

Tempo fa avevo letto di un progetto di ricerca dell’Università di Pisa sempre rivolto ai green propellant…
ecco ho rotrovato il link generale:
http://www.dia.ing.unipi.it/Ricerca/Propulsione/Chimica.aspx
e quello più specifico di ALTA, uno spinoff dell’Università di Pisa che si sta appunto occupando dell’argomento:
http://www.alta-space.com/index.php?page=greenprop

Praticamente lo studio è rivolto verso l’utilizzo di propulsione a perossido di idrogeno e bipropellente perossido di idrogeno-etano e verso i catalizzatori di reazione…Tra l’altro uno dei problemi che stanno prendendo in esame è che l’utilizzo di ADN o altre molecole ad elevato peso molecolare conduce ad elevate temperature di lavoro e degradazione dei catalizzatori…credo si voglia cercare di limitare tale effetto così che possano essere utilizzati il più a lungo possibile…

Interessante. Grazie!