LE SFIDE 2023

Space sustainability: focus sui debris e il riuso dei veicoli

La sostenibilità fra i top trend dell’anno in termini di progetti e investimenti. Riflettori anche sulle innovazioni nei materiali, nella stampa 3d, nei sistemi di motori e nelle piattaforme di lancio per migliorare l’efficienza nell’ambito delle applicazioni nell’orbita Leo. E si punta su intelligenza artificiale e pilotaggio automatico

30 Gen 2023

Paolo Marelli

infografica

I lanci spaziali sono in costante aumento. Nel 2021 sono stati oltre 130. Eppure non sono mancati problemi e ostacoli. Con sfide complesse da affrontare: dalla sostenibilità agli alti costi, fino al sovraffollamento in orbita. Un aiuto arriva dalla continua innovazione e ricerca nel settore, come conferma lo studio messo a punto dagli esperti di StartUs Insights, il database che fotografa tendenze e novità rilevanti nel settore della tecnologia. Questo dossier, analizzando un campione di 506 startup nel mondo, ha individuato le 18 più all’avanguardia nel comparto delle missioni spaziali. A cominciare dai detriti in orbita e dal riuso dei razzi.

Razzi riutilizzabili

Il costo dei lanci spaziali è alto a causa del fatto che la maggior parte dei razzi è monouso. Ciò aumenta anche la quantità di spazzatura spaziale. Per prevenire tale rischio e rendere più frequenti i lanci spaziali, le startup stanno sviluppando veicoli di lancio riutilizzabili.

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Come fa la startup tedesca Polaris Raumflugzeuge che realizza sistemi di lancio spaziale e di trasporto ipersonici riutilizzabili, con decollo e atterraggio su piste convenzionali, migliorando al contempo la flessibilità e la scalabilità della missione. Questo sistema trova applicazioni nel trasporto di merci spaziali, nel volo spaziale umano e nella Difesa ipersonica.

La startup indiana Starlax Aerospace, invece, ha sviluppato “Genesis”, un veicolo di lancio riutilizzabile per trasportare piccoli satelliti in orbita terrestre bassa (Leo). È dotato di una capacità di carico utile fino a 950 chilogrammi e di un sistema di propulsione a tre stadi. Il razzo riutilizzabile utilizza anche un motore ottimizzato per il vuoto di secondo stato e un motore di terzo stadio che trasporta satelliti a maggiori altitudini e inclinazioni. La riutilizzabilità dei loro veicoli di lancio migliora la portata dei voli spaziali e delle missioni nello Spazio profondo.

Detriti spaziali

Con l’aumentare del traffico spaziale, il tracciamento degli oggetti diventa sempre più difficile, mentre aumenta il rischio di collisione. Inoltre, una collisione nello Spazio crea un gran numero di “proiettili” che si muovono ad alta velocità con notevoli pericoli. Ma le innovazioni nella cattura dei detriti spaziali e nella gestione del traffico mirano a garantire una maggior sicurezza.

A questo proposito, la startup statunitense Kall Morris sviluppa soluzioni hardware e software per rimuovere i detriti orbitali. La soluzione hardware della startup, “Reacch”, è un end effector articolato meccanicamente con “cattura” elettrostatica e gecko per il recupero di oggetti spaziali. Allo stesso modo, il suo modulo software, “Tumbleye”, identifica gli oggetti nello Spazio utilizzando il machine learning.Infine, l’altro prodotto della startup, “Laelaps”, facilita la raccolta dei detriti stabilendo una comunicazione con le stazioni di terra.

Anche la startup portoghese Neuraspace sviluppa una piattaforma scalabile di intelligenza artificiale e machine learning per la gestione intelligente del traffico spaziale. Il suo sistema di prevenzione delle collisioni utilizza l’unione dei dati e combina i dati provenienti da più fonti con la previsione del comportamento degli oggetti basata sull’intelligenza artificiale. 

Materiali innovativi

Le innovazioni nell’ingegneria dei materiali stanno consentendo ai produttori di costruire veicoli spaziali più leggeri, resistenti ed economici.

Gli ingegneri della startup statunitense Canopy Aerospace sviluppa scudi termici che proteggono i veicoli spaziali durante il rientro sulla Terra. Il sistema di protezione termica (Tps) presenta una soluzione software che ottimizza le condizioni aerotermiche per diverse traiettorie. Inoltre, i materiali Tps intelligenti di Canopy Aerospace contengono sensori multimodali per rilevare anomalie in qualsiasi fase del volo. Le loro schermature si applicano a razzi riutilizzabili, voli spaziali orbitali, viaggi ipersonici.

Anche la startup statunitense Alpine Advanced Materials produce il materiale nanocomposito “Hx5” che offre la resistenza dell’alluminio con solo la metà del peso. Inoltre, si comporta bene a temperature estreme calde e fredde, ha una basso contrazione, un’elevata stabilità dimensionale ed è resistente alla corrosione. Le parti sviluppate dall’Hx5 sono quindi ottimali per le missioni spaziali.

Stampa 3D

La costruzione di veicoli spaziali è molto impegnativa poiché anche piccoli errori nella produzione possono portare a guasti catastrofici durante i voli spaziali. Di conseguenza, gli attuali metodi di produzione sono meticolosi e richiedono mesi o anni anche per cicli di produzione a basso volume. Ciò porta anche a costi elevati di manodopera, supply chain ed energia. Pertanto, tecnologie come la stampa 3D permettono di rendere i lanci spaziali più sicuri ed economici.

La startup statunitense Additive Space Technologies è specializzata nella stampa 3D di strutture aerospaziali, inclusi veicoli di lancio e moduli abitativi. Il processo di produzione e assemblaggio additivo integrato della startup, “Aperture”, utilizza sistemi di machine learning, design collaborativo e l’elaborazione di materiali “intelligenti”.

Anche la startup indiana AgniKul Cosmos produce motori per veicoli di lancio stampati in 3D. Il motore semi-criogenico della startup, “Agnilet”, produce 3kN di propulsione e funziona insieme ai suoi serbatoi con pareti sottili in fibra per lo stoccaggio del propellente ad alta pressione. AgniKul Cosmos produce anche un razzo a 2 stadi altamente personalizzabile, “Agnibaan”, con una capacità di carico utile fino a 100 kg.

Sistemi di propulsione avanzati

I sistemi di propulsione avanzati riducono la quantità di gas serra prodotti dai razzi sfruttando motori sostenibili e nuovi carburanti.

La startup francese HyPrSpace fornisce un motore a razzo ibrido che utilizza propellenti liquidi e del suolo. È dotato di un serbatoio di stoccaggio dell’ossidante liquido che alimenta la camera di combustione contenente il combustibile solido.

Anche la startup francese Opus Aerospace stampa in 3D camere di combustione in alluminio per satelliti e gli ultimi stadi dei lanciatori. La piattaforma della startup, “Epervier”, produce un motore con componenti in alluminio a bassa emissione di carbonio stampando in 3D in un unico blocco. Opus Aerospace produce anche lanciatori ecologici ed economici per posizionare piccoli carichi utili in orbite terrestri basse e sincrone al sole a 500 km.

Automazione del volo

L’automazione dei sistemi di volo spaziale e l’integrazione dell’intelligenza artificiale nei sistemi di lancio riducono i problemi di calcolo e il rischio di errori, rendendo i viaggi nello Spazio più accessibili agli astronauti.

La startup statunitense Morpheus Space sviluppa il sistema “Sphere” che permette ai satelliti di manovre orbitali autonome, mentre Aevum è una startup con sede negli Stati Uniti che crea sistemi di lancio riutilizzabili basati sull’intelligenza artificiale per il trasporto spaziale.

Piattaforme di lancio nello Spazio

La produzione nello Spazio e il lancio di razzi e satelliti dallo Spazio stesso eliminano quasi tutti gli inconvenienti associati ai tradizionali lanci spaziali.

La startup americana Think Orbital fornisce un’infrastruttura scalabile per stazioni spaziali versatili per attività di manutenzione, assemblaggio e produzione nello spazio (Isam). Questo modulo utilizza anche lo standard di attracco internazionale, semplificando l’attracco e il lancio di veicoli spaziali. Inoltre, il braccio robotico della piattaforma è dotato di un saldatore a fascio di elettroni per un funzionamento ottimale nel vuoto.

Dal canto suo, la startup con sede nel Regno Unito Lunasa Space offre servizi di manutenzione nello Spazio attraverso una costellazione di stazioni di manutenzione orbitale in miniatura riutilizzabili e automatizzate.

Veicoli di lancio su misura

Anche se la frequenza dei lanci spaziali aumenta, il costo del lancio dei loro payload rimane estremamente elevato. Questo è il motivo per cui le startup stanno sviluppando veicoli di lancio in base alle dimensioni del payload e ai requisiti orbitali, rendendo i lanci spaziali più economici.

La startup sudcoreana Innospace promuove la mobilità spaziale attraverso la sua tecnologia a razzo ibrido. Il lanciatore smallsat a 3 stadi della startup, Hanbit-Mini, trasporta un carico utile di 500 kg fino a un’orbita sincrona solare (Sso) di 500 km. Inoltre, il suo gruppo di motori di spinta del 1°, 2° e 3° stadio rende possibile il lancio da più posizioni con ampi angoli di azimut e inclinazione.

La startup britannica Stratobooster, invece, sviluppa un sistema di razzi per il lancio di palloni ad alta quota per piccoli satelliti e carichi utili. Utilizza un pallone che solleva i razzi a un’altitudine di 32 km, dove l’atmosfera sottile riduce la quantità di spinta necessaria a un razzo. L’uso di palloni per sollevare i razzi riduce i costi operativi e i requisiti delle infrastrutture di terra.

Payload personalizzati

Le startup stanno sviluppando soluzioni che consentono ai produttori di payload di personalizzare i loro carichi per missioni specifiche.

La startup tedesca Precious Payload ha messo a punto una suite software “Payload.ctrl” per ottimizzare i flussi di lavoro dei payload, mentre la startup statunitense Loft Orbital realizza prodotti software e hardware per semplificare le operazioni delle missioni di lancio nello Spazio. L’interfaccia universale della startup, Payload Hub, consente una rapida integrazione dei payload senza aggiungere alcun vincolo al loro sviluppo.

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