Pannelli solari per applicazioni spaziali: protagonisti per il successo di ogni missione

15 giugno 2021

Impegnata sin dalle sue origini in campo spaziale, Leonardo ha da sempre investito nella ricerca finalizzata alla realizzazione dei pannelli solari, componenti indispensabili per fornire energia a satelliti e navicelle, qualsiasi sia la loro missione. Un settore, e un mercato, in continua crescita, che oggi vede Leonardo tra i protagonisti mondiali.

 

Space Rider

 

Uno dei successi di rilievo più recenti riguarda il programma Space Rider, avviato dall’ESA (l’Agenzia Spaziale Europea) nel dicembre del 2020 per la realizzazione di una mini-navetta spaziale automatizzata senza equipaggio e riutilizzabile, che vede l’Italia come principale finanziatore. Attualmente in fase di progettazione, Space Rider avrà una massa complessiva di 2,4 tonnellate e la capacità di trasportare un carico utile di 800 kg, con un volume massimo di 1.200 litri. Il sistema si basa su quanto realizzato per il veicolo spaziale sperimentale IXV (Intermediate eXperimental Vehicle), sviluppato per verificare la capacità di compiere un rientro atmosferico controllato da una bassa orbita terrestre.

Il lancio del programma ha richiesto 5 anni di preparazione e Space Rider farà il suo debutto nel 2023 per adempiere a un’ampia varietà di missioni, come gli esperimenti in orbita terrestre bassa (LEO), l’osservazione della Terra e le ispezioni satellitari.

Il contributo italiano prevede:

  • le attività di manifattura e la qualifica del segmento di volo, affidate a Thales Alenia Space (joint venture Thales 67% e Leonardo 33%) e Avio
  • il sistema di controllo a terra, fornito da Telespazio (joint venture Leonardo 67% e Thales 33%) e Altec
  • il sistema elettrico della navicella riutilizzabile, a partire dai pannelli solari, affidato a Leonardo.

I pannelli solari di Leonardo contribuiscono, infatti, da anni all’alimentazione di satelliti per importanti missioni spaziali, come, solo per fare alcuni esempi, i satelliti italiani COSMO-SkyMed e PRISMA, o le missioni europee Rosetta, che ha volato per un anno vicino alla cometa 67P, ExoMars, MetOp-SG (MetOp Seconda Generazione, una famiglia di satelliti meteorologici sviluppata congiuntamente da ESA e EUMETSAT) e la costellazione di osservazione della terra Copernicus (Sentinel-3, Sentinel 5-P e Sentinel-6).

In questo contesto è significativa la particolare configurazione per i satelliti MetOP-SG e Sentinel-6, dove la disposizione dei pannelli solari cambia in base alla missione da svolgere, al tipo di orbita e alle diverse prestazioni che i satelliti devono garantire nel tempo.

 

La più grande superficie di pannelli solari mai costruita finora per satelliti e sonde interplanetari

 

Leonardo ha un ruolo determinante anche nella più impegnativa missione JUICE (Jupiter Icy Moon Explorer), la prima su vasta scala nell’ambito del programma di esplorazione planetaria Cosmic Vision 2015-2025 dell’ESA.

Il lancio della sonda avverrà nel 2022, con arrivo in prossimità di Giove nel 2029 per condurre osservazioni dettagliate del pianeta e di tre delle sue più grandi lune: Ganimede, Callisto ed Europa. Il sistema di alimentazione sarà garantito da 10 pannelli solari, per un’area totale di circa 85m2: la più grande superficie di pannelli solari mai costruita finora per satelliti e sonde interplanetari. Ogni pannello misurerà 2,5 x 3,5 metri e sarà composto da 2.356 celle solari, con una configurazione a nido d’ape disposte su una struttura rinforzata in fibra di carbonio. Le due ali solari comprenderanno ciascuna cinque pannelli disposti secondo la caratteristica forma a croce, dovranno potersi ripiegare completamente per il trasporto all’interno del lanciatore ed essere collegate all’elaborato meccanismo di dispiegamento che ne consentirà l’apertura non appena il satellite raggiungerà l’orbita. Oltre agli aspetti relativi alle dimensioni e alla complessità del sistema, un’altra criticità progettuale è rappresentata dall’ambiente operativo, che essendo molto distante dal sole avrà temperature bassissime.

 

Innovazione continua

 

Queste sfide tecnologiche rappresentano per Leonardo un grande stimolo per sviluppare le tecnologie finalizzate alla progettazione di pannelli solari e mantenere la propria leadership nel settore. Come è facile immaginare, ogni progetto ha le proprie peculiarità, con specifiche dettate dagli scopi finali. A differenza delle applicazioni commerciali che permettono standardizzazioni e, conseguentemente, economie di scala, i sistemi per le missioni scientifiche richiedono generalmente una progettazione ad hoc e hanno una loro unicità.

C’è però un aspetto che accomuna le esigenze delle diverse realizzazioni per lo spazio: realizzare pannelli solari sempre più leggeri, efficienti e modulari che permettano la disposizione in array di forma e dimensione diversa.

Per questo Leonardo ha in corso un’attività di ricerca per la realizzazione di pannelli arrotolabili e flessibili, impegno parallelo agli studi sui materiali e sui modelli di efficientamento del rapporto W/m2. Contemporaneamente Leonardo sta implementando le capacità nel settore per fornire oltre ai pannelli solari l’intero sistema, che comprenda il solar array, il sistema di dispiegamento e la power control and distribution unit, cioè le unità elettroniche di controllo e gestione. L’azienda possiede già alcune delle capacità necessarie e i programmi spaziali, come ad esempio lo Space Rider, contribuiranno certamente a svilupparle ulteriormente.

Leonardo ha anche abbracciato il concetto di Industria 4.0, impegnandosi nell’automatizzazione, nella standardizzazione e nella progressiva maturazione di elementi di Intelligenza Artificiale per la gestione dell’energia a bordo degli oggetti spaziali, come i satelliti, le sonde, le navette.

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