Gli stadi superiori dei lanciatori spaziali sono in genere caricati con sensori che potrebbero teoricamente dire agli ingegneri tutto ciò che devono sapere sullo stato del lanciatore e sulle possibili vulnerabilità. Ancora, le limitate capacità di elaborazione a bordo e la larghezza di banda a terra hanno finora reso impossibile acquisire la maggior parte di questi dati.

In questo contesto ha preso vita il progetto MaMMoTH-Up (Massively extended Modular Monitoring for Upper Stages). In 42 mesi, il consorzio del progetto si è prefissato l'obiettivo di aumentare la quantità di dati monitorati di un fattore superiore a 2 500.

Jan-Gerd Mess, coordinatore del progetto per conto del Centro aerospaziale tedesco, discute i risultati del progetto prima del suo completamento nell'agosto 2018.

Perché è importante raccogliere più dati dagli stadi superiori dei veicoli di lancio?

Uno dei nostri obiettivi principali è fornire maggiori informazioni sull'ambiente del lanciatore. Questo è importante per capire meglio le condizioni a cui è sottoposto, ma soprattutto il conseguente stress meccanico che l'intero sistema deve affrontare.

I dati acquisiti provengono da termiche, pressione, vibrazione, sensori d'urto e di accelerazione, nonché estensimetri. Aiuterà a ottimizzare il sistema stesso e consentirà anche sviluppi futuri in termini di stabilità, riduzione del peso e sicurezza. Ciò è particolarmente importante per i materiali di nuova introduzione come la fibra di carbonio, poiché possiamo sfruttare appieno il loro potenziale solo se comprendiamo appieno il loro comportamento in condizioni operative.

Cosa rende la raccolta di questi dati così difficile da ottenere?

L'hardware di avvio esistente e la sua catena di telemetria, sebbene ben collaudato e affidabile, sono limitati nelle loro prestazioni in termini di potenza di calcolo e larghezza di banda.

Gli aggiornamenti a uno di questi sono molto costosi in quanto comportano una riqualificazione costosa e prolungata dell'intero lanciatore, nonché ingenti investimenti nelle infrastrutture di terra.

Come suggerisci di superare questo problema e cosa diresti che renda il tuo approccio particolarmente innovativo?

Il nostro approccio consiste nell'introdurre un sistema modulare che può essere facilmente adattato ed esteso per soddisfare i requisiti specifici della missione. È poco invasivo, e allo stesso tempo minimizza i rischi per la missione nominale del lanciatore.

Utilizzando componenti commerciali standard (COTS) in un ambiente protetto, la potenza di calcolo dell'hardware di bordo può essere aumentata in modo significativo. Questo ci consente di introdurre algoritmi di selezione e compressione dei dati intelligenti che ottimizzano la quantità di informazioni utili per il collegamento di telemetria esistente. Introducendo ulteriormente interfacce seriali ampiamente utilizzate come RS422 e CAN-bus, garantiamo inoltre che sviluppi e moduli futuri (telecamere, sensori senza fili, ecc.) possono avvalersi del sistema sviluppato.

Il dimostratore è stato all'altezza delle tue aspettative iniziali?

A questo punto, il dimostratore è sopravvissuto alle prove di qualificazione necessarie per essere applicabile per l'uso su un lanciatore ARIANE 5 in termini di vuoto termico, depressurizzazione rapida ed EMC. Il test delle vibrazioni è ancora in corso, ma i test saranno condotti nei prossimi mesi, prima della fine del progetto.

Dal punto di vista funzionale, l'intero sistema è stato assemblato, e sono state condotte con successo simulazioni di missione basate sui profili di volo di ARIANE 5. Sebbene la selezione dei dati sia ancora un argomento in corso sia nella ricerca che nell'implementazione, la compressione dei dati e tutti i meccanismi per l'allocazione e la trasmissione dei dati dei sensori sono attivi e sono stati testati con successo.

Fino a che punto pensi di poter arrivare? Sei già arrivato alla fase di volo dimostrativo?

Un modello di qualificazione è ora prontamente integrato ed è sottoposto a test di qualificazione rappresentativi come un vero e proprio pezzo di hardware di volo. Noi siamo, perciò, fiduciosi di poter raggiungere TRL 5/6 entro la fine del progetto.

Quali sono i tuoi piani per la commercializzazione, e quali diresti che saranno i tuoi principali punti di forza contro i potenziali concorrenti?

Al meglio delle nostre conoscenze, non esiste attualmente nessun altro sistema in grado sia di aumentare modularmente le capacità del lanciatore in termini di acquisizione dati, sia di introdurre una piattaforma estensibile per testare nuove tecnologie in un ambiente sicuro durante il volo. Questo crea un caso d'uso completamente nuovo per il launcher.

Quali sono i tuoi piani di follow-up, se del caso?

Stiamo progettando di richiedere ulteriori finanziamenti Horizon 2020 ed ESA nel quadro di una verifica e dimostrazione in orbita, in modo da dimostrare l'applicabilità del nostro approccio.

Inoltre, un adattamento ad ARIANE 6 potrebbe essere fattibile, che includerebbe non solo un volo futuro, ma anche l'applicazione del sistema MaMMoTH-Up durante i test di sistemi e sottosistemi a terra. Ciò aumenterebbe le capacità di acquisizione dati delle strutture di qualificazione.