“La propulsione è un sottosistema fondamentale per molti veicoli spaziali. I veicoli spaziali richiedono la propulsione per eseguire manovre nello spazio, come trasferimenti orbitali, evitare collisioni, mantenimento dell’orbita per compensare perturbazioni aerodinamiche o gravitazionali e smaltimento a fine vita. Attualmente, il propellente di scelta è lo xeno. Tuttavia, lo xeno è molto raro (meno di una parte per dieci milioni nell’atmosfera) e la produzione commerciale è sia costosa che limitata. Con l’aumento delle mega-costellazioni satellitari, la domanda di xeno potrebbe superare l’offerta entro i prossimi dieci anni. Un ulteriore svantaggio è che lo xeno deve essere immagazzinato a pressioni molto elevate (tipicamente 10-20 MPa), che richiede attrezzature di carico specializzate e personale qualificato, rendendolo incompatibile con il paradigma del “nuovo spazio”. Per la sostenibilità a lungo termine dell’industria spaziale, è fondamentale trovare un propellente sostitutivo”, si legge in uno studio, pubblicato sulla rivista Nature, che identifica “una possibile alternativa nello iodio, che è molto più abbondante e più economico dello xeno e può essere conservato non pressurizzato come solido”.
“Inoltre, sia lo iodio atomico che quello biatomico hanno una soglia di ionizzazione inferiore e lo iodio biatomico ha una massa relativa che è quasi il doppio di quella dello xeno. Sebbene lo iodio sia visto come un propellente rivoluzionario ed è stato studiato da aziende, università e agenzie spaziali di tutto il mondo, nessun sistema è stato precedentemente testato nello spazio”, scrivono i ricercatori, che descrivono “lo sviluppo e il test di un sistema di propulsione elettrica allo iodio (l’NPT30-I2, con una potenza nominale e una spinta di 55 W e 0,8 mN, rispettivamente)”, presentando “i risultati del funzionamento nello spazio di questa nuova tecnologia”. L’NPT30-I2 “include tutti i sottosistemi necessari e si inserisce in un unico pacchetto di circa 10 cm x 10 cm x 10 cm”, spiega Dmytro Rafalskyi, Cto e co-fondatore di ThrustMe, che ha sviluppato il sistema.
Il confronto con lo xeno mostra che lo iodio dà un miglioramento delle prestazioni di quasi il 50%. Dopo numerosi test e qualificazioni, il primo NPT30-I2 è stato integrato nel satellite Beihangkongshi-1, gestito da Spacety, e lanciato nello spazio da un razzo Long March 6 il 6 novembre 2020. Da allora, ThrustMe ha analizzato attentamente i dati del sistema di propulsione e i dati satellitari, confrontando i risultati in volo con le misurazioni a terra. I risultati confermano il successo delle operazioni con le prestazioni previste, e i cambiamenti orbitali del satellite corrispondono alle previsioni basate sulla telemetria del sistema di propulsione. La dimostrazione in orbita di ThrustMe rappresenta una prima mondiale.
La capacità dell’elettronica moderna e il più facile accesso allo spazio hanno portato a uno spostamento verso piccoli satelliti e nuove applicazioni spaziali per l’osservazione della Terra, la gestione dei disastri, il monitoraggio dei cambiamenti climatici, la pianificazione urbana e l’accesso a Internet globale. Fino a poco tempo fa, non erano sempre disponibili sistemi di propulsione adeguati per i piccoli satelliti a causa dei loro rigidi vincoli di dimensione. Lo iodio, tuttavia, consente una significativa miniaturizzazione e offre nuove capacità di manovra senza precedenti a tali satelliti. Questa capacità si estende oltre le missioni intorno alla Terra e i sistemi di propulsione miniaturizzati ad alte prestazioni si dimostreranno fondamentali nel prossimo decennio quando l’umanità tornerà sulla Luna e si espanderà ulteriormente nello spazio, si legge in un comunicato stampa di ThrustMe.
“Il nostro lavoro mostra che lo iodio non è solo un valido propellente sostitutivo per lo xeno, ma offre anche prestazioni migliori. Per i grandi satelliti e le costellazioni di satelliti, l’uso di un propellente più abbondante che può essere immagazzinato non pressurizzato aiuterà a semplificare la progettazione del satellite e l’integrazione del sistema di propulsione e a ridurre la domanda di mercato per lo xeno, che potrebbe avere benefici in altri settori. Per i satelliti più piccoli, lo iodio fornisce un’elevata capacità di impulso, offrendo nuove opzioni per il dispiegamento, la prevenzione delle collisioni e la deorbita e missioni avanzate di esplorazione dello spazio”, scrivono i ricercatori nel loro studio.
“La riuscita dimostrazione dell’NPT30-I2 significa che possiamo procedere al passo successivo nello sviluppo della propulsione allo iodio. Parallelamente ai nostri test nello spazio, abbiamo sviluppato nuove soluzioni che consentono di aumentare le prestazioni e abbiamo avviato un’ampia campagna di test di resistenza a terra per spingere ulteriormente i limiti di questa nuova tecnologia”, afferma Dmytro.
