Il prossimo satellite dell’Estonia volerà a bordo del lanciatore europeo Vega VV23 entro questa settimana. Anche se in gran parte progettato e costruito da studenti universitari, l’ESTCube-2, grande come una scatola di scarpe, ha in mente obiettivi ambiziosi, tra cui le indagini sulla vegetazione estone e la prima dimostrazione in orbita di successo della tecnologia del “freno al plasma”. L’implementazione di un microtether carico rallenterà l’orbita del CubeSat, dimostrando la prospettiva di aiutare a mantenere lo spazio libero da detriti pericolosi in futuro.
Frenare col plasma
In caso di successo, la frenatura al plasma di ESTCube-2 segnerebbe il primo utilizzo della tecnologia della vela elettrica, o E-sail, ideata da Pekka Janhunen dell’Istituto meteorologico finlandese (FMI) come mezzo senza propellente per esplorare il Sistema Solare. Al di là del campo magnetico terrestre, la carica elettrostatica dei cavi satellitari li farebbe respingere i protoni del vento solare, conferendo loro slancio nel processo.
Più vicino alla Terra, la magnetosfera respinge il vento solare. Invece una vela elettronica può svolgere la funzione opposta: il cavo carico respingerebbe il plasma quasi stazionario che costituisce la ionosfera del nostro pianeta – uno strato esterno elettricamente attivo della nostra atmosfera – e di conseguenza causerebbe resistenza, portandolo a rallentare e la sua orbita decadere di conseguenza.
I freni al plasma offrono quindi un metodo a basso costo e di massa ridotta per rimuovere rapidamente i satelliti dall’orbita al termine della loro missione. Il sistema è commercializzato attraverso la finlandese Aurora Propulsion Technologies.
La vela elettronica con freno al plasma di ESTCube-2 è un cavo in alluminio intrecciato lungo 50 m composto da fili, ciascuno di soli 50 micrometri (0,05 mm) di spessore, circa il diametro di un capello umano medio.
Nell'illustrazione il funzionamento del freno al plasma. Credito: Rute Marta Jansone.
Pekka Janhunen spiega: "Storicamente, i cavi sono stati inclini a spezzarsi nello spazio a causa di micrometeoriti o altri pericoli, quindi il design del microtether simile a una rete di ESTCube-2 offre ulteriore ridondanza con due fili paralleli e due a zig-zag."
Satellite costruito dagli studenti
ESTCube-2 è stato sviluppato e costruito da un team dell'Osservatorio di Tartu dell'Università di Tartu e dell'organizzazione studentesca Tudengisatelliit.
La missione in miniatura trasporta anche microcamere costruite dagli studenti per osservare la vegetazione estone, sulla base di un progetto originariamente sviluppato per la missione European Student Earth Orbiter dell’ESA.
I loro risultati saranno confrontati con la missione Copernicus Sentinel-2 a grandezza naturale, nonché con un carico utile di materiali che indaga gli effetti corrosivi dell’“ossigeno atomico” trovato nella parte superiore dell’atmosfera, oltre a un software radio per i test radioamatoriali.
Un “CubeSat” da 3 unità – un satellite a basso costo costruito con scatole standardizzate da 10 cm di lato e del peso di circa 4 kg. – ESTCube-2 volerà sullo Small Spacecraft Mission Service di Vega, un servizio di voli condivisi per piccoli satelliti. Si è assicurato il suo posto grazie al programma di dimostrazione in orbita/convalida in orbita della Commissione europea.
Primi test in orbita per nuove tecnologie
Gestito per conto della Commissione dalla Small Satellite Platform Unit dell’ESA, questo programma consente il primo test orbitale di nuove tecnologie per rendere il settore spaziale europeo più competitivo.
"Come progetto studentesco volontario, questo programma IOD/IOV è l'ideale," spiega il project manager di ESTCube-2 Hans Teras. “Si adatta perfettamente alla nostra tempistica, compresi i test di cui avevamo bisogno per essere sicuri delle nostre prestazioni. Ben oltre 600 studenti universitari di tutti i livelli di studio hanno avuto un ruolo nella realizzazione di ESTCube-2, ma la missione nel suo insieme è molto ambiziosa e spinge oltre i limiti di ciò che gli studenti possono fare”.
ESTCube-2 volerà un decennio dopo il suo predecessore, ESTCube-1, lanciato su un Vega nel 2013. Anch'esso trasportava un carico utile con vela elettrica della FMI, ma un problema al motore ne aveva impedito il dispiegamento.
Nella foto il satellite ESTCube-2 in mano ad uno degli studenti che l'ha realizzato. Credito: University of Tartu.
ESTCube-2 è dotato di un motore di distribuzione più forte e robusto che è stato sottoposto a test meccanici approfonditi.
“Il team ESTCube-2 ha investito otto anni di lavoro di sviluppo per avere un’altra possibilità di testare in orbita il rivoluzionario concetto di propulsione E-sail,” spiega il professore associato dell’Università di Tartu Andris Slavinskis che ha guidato la transizione da ESTCube-1 a ESTCube-2.
Kristo Allaje, Principal Systems Engineer di ESTCube-2, aggiunge: “L’ultima volta abbiamo potuto incoraggiare gli studenti a unirsi a noi nella sfida di essere il primo satellite estone. Questa volta dobbiamo motivarli in un altro modo, chiedendo loro di consentire una scienza eccellente”.
Dopo circa un anno dall'inizio della missione, ESTCube-2 verrà fatto girare utilizzando le sue ruote di reazione. La conseguente forza centrifuga dovrebbe servire a dispiegare la vela elettrica in modo sufficientemente teso.
In caso di successo, si prevede che la vela elettronica abbasserà l’orbita di ESTCube-2 molto più rapidamente del normale.
Nella foto il cavo in allumino formato da fili delle dimensioni di un capello umano. Credito: University of Tartu.
La missione a seguire, ESTCube-LuNa, è stata progettata per testare una vela elettrica oltre l'orbita terrestre, per dimostrare la sua utilità come metodo di propulsione nello spazio profondo.
L'ESA ha recentemente studiato la tecnologia E-sail come mezzo economico per la prospezione degli asteroidi.
Monitoraggio della Terra e studio degli effetti spaziali
La coppia di microcamere ESTCube-2 progettate dagli studenti è stata ottimizzata per l'indice "Normalised Difference Vegetation" per rivelare la salute delle piante. La coppia di telecamere verrà inclinata secondo necessità per osservare il territorio estone il più spesso possibile, offrendo visite più frequenti rispetto ad altre missioni di osservazione della Terra.
La società spin-off dell'Università di Tartu, Captain Corrosion, sta supportando un esperimento montato sullo scafo di ESTCube-2. Una serie di 16 materiali diversi sarà valutata per la loro resistenza all’”ossigeno atomico” – una varietà di ossigeno normalmente incontrata solo in orbite basse, nota per corrodere le superfici dei satelliti.
Anche il software radio di ESTCube-2 sarà impegnato, inclusa la trasmissione di videoclip di 8 secondi preregistrati da cittadini estoni, la connessione alle scuole estoni lungo la sua zona e l’esecuzione di esperimenti a distanza con appassionati radioamatori.
Il volo Vega VV23 dovrebbe decollare questa settimana dallo spazioporto europeo nella Guyana francese. Insieme ai suoi principali carichi satellitari trasporta diversi CubeSat, tra cui la missione PRETTY dell'ESA che indaga sui navigatori satellitari riflessi per il monitoraggio ambientale, il Proba-V Companion CubeSat che testa le prestazioni di un imager spettrale precedentemente volato a bordo di un CubeSat e altri CubeSat IOD/IOV.
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