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Recentemente abbiamo riportato il successo del dispiegamento della vela solare della missione di dimostrazione tecnologica del Sistema Avanzato di Vela Solare Composita (ACS3). Questo grande traguardo rappresenta un progresso in una delle tecnologie più importanti disponibili per i CubeSat: una forma alternativa di propulsione. Ma arrivarci non è stato semplice, e lo scorso maggio, un team di ingegneri del NASA Langley Research Center, che ha lavorato su ACS3, ha pubblicato un documento che dettaglia le prove e le tribolazioni affrontate per preparare la missione. Diamo un’occhiata a cosa hanno imparato.
ACS3 era solo una missione di dimostrazione tecnologica—non aveva un carico scientifico da gestire. E questo è un vantaggio, perché inserire la vela solare nell’alloggio di un CubeSat è stata una sfida anche senza attrezzature scientifiche. La tecnologia dimostrata era il sistema di braccio dispiegabile che creava una superficie di 81 metri quadrati di vela solare per catturare i fotoni utilizzati per spingere la missione in avanti. Sembra molto più semplice di quanto fosse, come evidenziato dalle descrizioni dei problemi che il team ha dovuto superare.
Fraser descrive quanto siano utili le vele solari.
Alla fine, la missione è stata lanciata in una configurazione di CubeSat 12U, con un peso totale di circa 16 kg. Tuttavia, la missione era inizialmente prototipata per adattarsi a una configurazione 6U—circa la metà delle dimensioni e del peso del 12U. Con la quantità di materiale dispiegabile e i motori necessari per il loro dispiegamento, gli ingegneri non erano in grado di inserire altri componenti essenziali, come le ruote di reazione, per stabilizzare l’orientamento del CubeSat. Tuttavia, il design 12U «è venuto con diverse sfide tecniche», secondo il documento. Una di queste era se usare quattro spool indipendenti di materiale, ciascuno legato a un braccio indipendente, o un unico hub centrale con tutti e quattro i bracci avvolti attorno a un asse centrale. Come accade in quasi tutti i progetti ingegneristici, la decisione del team non è stata basata su ciò che era tecnicamente migliore. Hanno deciso di utilizzare i quattro spool indipendenti poiché richiedevano la minima modifica dal design originale 6U.
Un’altra lezione descritta nel documento riguardava il coordinamento del lancio. Sia il «dispenser» (ossia il sistema che lancia i CubeSat nello spazio dopo un lancio riuscito) che il contratto di lancio non erano stati presentati fino a quando ACS3 non era già in fase di test. A quel punto, erano state apportate modifiche al design, rendendo difficile l’integrazione in un dispenser esistente, poiché il team aveva modificato i bordi del satellite per adattarvi meglio le vele. Ma farlo ha compromesso uno dei punti di contatto critici per i dispenser standard dei CubeSat.
Ecco una panoramica di Fraser su cosa sia una vela solare.
Per aggravare la situazione, senza una data di lancio e un’inclinazione noti, il team ha dovuto sovradimensionare molti dei sistemi del CubeSat. Hanno dovuto soddisfare un intervallo di temperature e ambienti di shock/vibrazione molto più ampio. Ma quando alla fine hanno ricevuto la data di lancio del 23 aprile su un razzo Electron dalla Nuova Zelanda, il sistema era stato progettato per un ambiente molto più severo di quello a cui è stato sottoposto, causando aumenti dei costi e ritardi nella consegna.
Per affrontare queste sfide, il team ha adottato un approccio di prototipazione rapida, compresa la creazione di diversi prototipi stampati in 3D prima di realizzare il sistema completo in metallo. A un certo punto, è stata presa una decisione di gestione di non sostituire alcun fastener di inserti che non erano mai stati destinati all’uso durante il volo finale, ma che sono stati inclusi comunque a causa dei costi di sostituzione.
E ancora, questo tipo di decisioni di gestione sono comuni per chiunque sia coinvolto in un progetto ingegneristico. Tuttavia, è bello vedere che, in questo caso, non ha influenzato il successo complessivo del progetto. Nonostante alcune indicazioni che potesse essere in ribaltamento o oscillazione, ACS3 ha senza dubbio raggiunto il suo obiettivo principale di dispiegare la sua vela solare. Quindi, dopo tutto l’impegno e i compromessi che il team di Langley e altrove alla NASA ha messo in questo progetto, ora basta guardare in alto nel cielo notturno, e potresti vedere i frutti del loro lavoro solcare il cielo.
Scopri di più:
Schneider et al. – Sistema Avanzato di Vela Solare Composita (ACS3): Meccanismi e Lezioni Apprese da un Dispiegatore di Vele Solari CubeSat
UT – La Nuova Vela Solare della NASA Estende i Suoi Bracci e Set Sail
UT – La Prossima Vela Solare della NASA Sta per Andare nello Spazio
UT – La NASA Sta Mettendo alla Prova la Sua Vela Solare
Immagine principale:
Immagine CAD della sonda ACS3.
Credit – Schneider et al