Motore a vapore per i satelliti CubeSat

Howe Industries ha svelato un motore a razzo a vapore a energia solare per alimentare i microsatelliti CubeSats. Con solo due parti mobili, il motore ThermaSat utilizza un condensatore termico per convertire istantaneamente l'acqua distillata in vapore surriscaldato.

Il CubeSat, composto da blocchi standardizzati a forma di cubo da 10 cm, potrebbe rivoluzionare i satelliti sostituendo veicoli spaziali grandi e complessi con costellazioni piccole e semplici che possono essere schierate rapidamente ed a basso costo.

Tuttavia, le loro piccole dimensioni significano anche che c'è un compromesso nel design. I satelliti più grandi possono trasportare anni o addirittura decenni di carburante per mantenerli in orbita o cambiare secondo necessità, ma i CubeSats non hanno molto spazio per i motori, per non parlare del carburante e dei sistemi di alimentazione per farli funzionare.

Peggio ancora, i CubeSat di solito vanno in orbita con il carico del razzo principale, il che significa che devono evitare combustibili per motori infiammabili, esplosivi, pressurizzati o tossici.

Questo è un peccato perché la maggior parte dei CubeSat sono dispiegati in un'orbita terrestre bassa, il che significa che senza motori, le loro orbite vengono rapidamente interrotte e spesso bruciano nell'atmosfera. Ciò limita l'utilità della minuscola navicella spaziale, e anche se i CubeSat sono solitamente progettati per essere poco costosi da costruire e lanciare, i costi sono ancora in aumento.

Per ovviare a questo problema, Howe Industries sta sviluppando ThermaSat, che è un modulo separato che può essere installato su un lato di CubeSat. Il principio alla base di questo è così semplice che fu dimostrato per la prima volta da Airone di Alessandria nel I secolo d.C.: l'acqua si riscalda fino a trasformarsi in vapore, che crea spinta.

La cosa più difficile è creare vapore senza caldaia, nessuna fonte di alimentazione interna o grandi riflettori solari per fornire calore. Invece, ThermaSat concentra la luce solare utilizzando una superficie inferiore rispetto ai riflettori e trattiene il calore utilizzando un condensatore termico abbastanza intelligente.

"Il cuore del sistema è un condensatore termico unico realizzato con materiali a cambiamento di fase che concentra e immagazzina il calore solare da soli 20 pollici quadrati (129 cm2) di superficie esposta", afferma Jack Miller, ingegnere di ricerca e sviluppo di ThermaSat.

“Usando una combinazione di cristalli fotonici e specchi dorati, il condensatore completamente inerte raggiunge una temperatura di esercizio di 1052 K (779 ° C). Ciò fornisce un'energia specifica paragonabile a una batteria agli ioni di litio, ma senza possibilità di esplosione. I pannelli solari laterali sono utilizzati per l'elettromeccanica, il riscaldamento di riserva e come riserva di carica per il carico utile. "

Secondo l'azienda, ThermaSat pesa 2,4 kg, incluso un carico standard di 1 kg di acqua distillata, ed è composto da due unità CubeSat (2U). Possono fornire il movimento di veicoli spaziali fino a 16 unità CubesSat. Quando l'acqua si trasforma in vapore, crea una spinta di 1,02 N e un impulso specifico di 203 secondi. Questo è sufficiente per mantenere CubeSat in orbita terrestre bassa per più di cinque anni, o in orbita terrestre molto bassa per mesi anziché settimane.

Inoltre, ThermaSat fornisce a CubeSat la possibilità di cambiare la sua orbita. Ciò significa che i satelliti spaziali possono volare in formazione, uscire dall'orbita a comando ed evitare collisioni con altri satelliti.