Prima di procedere
Una rivoluzione è alle porte nel settore spaziale, grazie a una tecnologia innovativa che potrebbe rendere i satelliti quasi autonomi in termini di propellente. I satelliti tradizionali, operanti in orbite terrestri basse (LEO), devono costantemente affrontare la resistenza atmosferica, che ne riduce gradualmente l'altitudine. Per compensare questa perdita, è necessario utilizzare carburante o gas come xeno o kripton. L'esaurimento di queste riserve segna la fine della missione, con il satellite destinato a bruciare nell'atmosfera. Ma ora, una soluzione promettente è in fase di sviluppo in Europa: un sistema di propulsione elettrica 'air-breathing' (ABEP) che raccoglie i gas atmosferici direttamente in volo.
Il sistema ABEP mira a risolvere, o almeno mitigare, il problema della dipendenza dal carburante. Catturando le particelle rarefatte dell'atmosfera terrestre durante il volo, il sistema le utilizza come propellente per generare spinta. Questo permette ai satelliti di operare quasi senza carburante, aprendo la strada a missioni prolungate in orbite bassissime VLEO (180–250 km), notoriamente difficili da esplorare e mantenere.
Il funzionamento del sistema ABEP si articola in tre fasi principali. Un apposito collettore d'aria cattura le molecole residue di azoto e ossigeno presenti nell'atmosfera rarefatta a quelle altitudini. Successivamente, i gas vengono ionizzati, trasformandosi in plasma. Infine, il plasma viene accelerato tramite campi elettrici e magnetici all'interno del motore, producendo la spinta necessaria per contrastare la resistenza atmosferica. L'energia per l'intero processo è fornita dai pannelli solari del satellite, mentre il propellente viene 'prelevato' dall'aria circostante.
I vantaggi di questa nuova tecnologia sono molteplici ed evidenti. Innanzitutto, la durata operativa del satellite diventa virtualmente illimitata, fintanto che l'atmosfera e l'energia solare sono disponibili. In secondo luogo, l'eliminazione della necessità di grandi riserve di carburante a bordo riduce il peso al lancio, i costi della missione e permette la creazione di costellazioni satellitari più dense e stabili (ad esempio, analoghi di Starlink operanti a quote inferiori). Ulteriori benefici derivano dalla riduzione dell'altitudine orbitale, tra cui una maggiore risoluzione per l'osservazione della Terra, una minore latenza nelle comunicazioni e una rapida e naturale deorbitazione in caso di guasto, contribuendo a ridurre i detriti spaziali.
Il progetto è portato avanti dalla società europea IQM, con il supporto dell'Agenzia Spaziale Europea (ESA) e la partecipazione di TransMIT GmbH. Recentemente, il sistema ha superato con successo la fase di revisione critica del progetto, confermandone la fattibilità tecnica. Attualmente, è in corso l'assemblaggio di un prototipo che sarà presto testato in camere a vuoto, simulando le condizioni estreme delle orbite bassissime. Se la tecnologia si dimostrerà valida, si aprirà una nuova era per i satelliti, capaci di 'respirare' l'atmosfera terrestre e trasformarla in una fonte inesauribile di propulsione, cambiando radicalmente l'approccio alle operazioni orbitali e all'esplorazione sostenibile dello spazio.
Una svolta chiave nello sviluppo del sistema ABEP è stata la progettazione di un motore senza catodo, che elimina i problemi legati al funzionamento dei componenti del motore in un ambiente ricco di ossigeno aggressivo e aumenta significativamente l'affidabilità del sistema. Gli sviluppatori puntano a raggiungere un'efficienza elettrica del sistema di almeno il 50% e un impulso specifico di almeno 4200 secondi.
