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. È 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.

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