In fase di test i propulsori FEEP per LISA Pathfinder

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.