Secondo un nuovo studio, l'uso della propulsione elettrica per portare i satelliti in orbita geostazionaria può provocare un significativo degrado delle celle solari. Il lungo viaggio si traduce in una maggiore esposizione agli effetti dannosi del tempo spaziale. Comprendere l'entità di questo rischio è essenziale affinché gli operatori commerciali adottino misure per mitigarne gli effetti e proteggere i propri beni.

La nuova ricerca del British Antarctic Survey, Università di Cambridge, e DH Consultancy—pubblicato questo mese sulla rivista Meteo spaziale —viene presentato oggi (1 luglio 2019) al National Astronomy Meeting della Royal Astronomical Society.

Lo studio conclude che dopo una tempesta di radiazioni, la massima potenza di uscita delle celle solari potrebbe essere ridotta fino all'8% prima che i satelliti raggiungano la loro destinazione target utilizzando il sollevamento elettrico dell'orbita. Ciò equivale al livello di danno che ci si aspetterebbe dopo aver trascorso circa 15 anni in orbita geostazionaria.

Durante una tempesta di radiazioni, le particelle cariche rilasciate dal Sole rimangono intrappolate nel campo magnetico terrestre, formando le fasce di radiazione di Van Allen che circondano la Terra, e le collisioni con queste particelle cariche causano danni alle celle solari. Questo degrado arriva fino all'8% della potenza di uscita nello scenario peggiore, ma anche in un ambiente tranquillo, lo studio prevede una riduzione dell'1-3% della produzione.

L'autore principale Alexander Lozinski, uno scienziato meteorologico spaziale presso il British Antarctic Survey (BAS), Commenti:

"Ora comprendiamo il livello di danno causato da un viaggio più lento nell'orbita geostazionaria, gli operatori satellitari commerciali possono pianificare percorsi ottimali durante le fasi di progettazione e pianificazione della missione per garantire la migliore durata dei loro prodotti".

Negli ultimi quattro anni le missioni satellitari commerciali hanno iniziato a utilizzare l'uso della propulsione elettrica per il sollevamento dell'orbita. Senza la necessità di portare a bordo propellente chimico, le dimensioni e la massa del satellite possono essere ridotte, con conseguente notevole risparmio economico. Ridurre le dimensioni dei satelliti potrebbe consentire di lanciare due veicoli spaziali sullo stesso razzo (quasi dimezzando il costo di lancio). In alternativa, il risparmio di massa potrebbe essere utilizzato per ospitare carichi utili aggiuntivi/maggiori, consentendo un aumento delle entrate o una maggiore capacità tecnica.

In un lancio convenzionale, il satellite viene posizionato in un'orbita di trasferimento geostazionaria dal veicolo di lancio e utilizza propellenti chimici per raggiungere l'orbita geosincrona. Questa manovra di trasferimento orbitale richiede in genere alcuni giorni. Però, quando viene utilizzata (esclusivamente) la propulsione elettrica, possono essere necessari fino a 200 giorni per raggiungere l'orbita target a causa della spinta inferiore. Ciò si traduce in satelliti che trascorrono più tempo nelle fasce di Van Allen, dove sono esposti agli effetti nocivi delle radiazioni spaziali.

"Abbiamo studiato tre diversi tipi di sollevamento dell'orbita e abbiamo scoperto che sebbene l'8% di degrado sia molto alto, un'attenta scelta dell'orbita e della schermatura può ridurla a un livello accettabile, " dice Lozinski." Ad esempio, orbite di trasferimento con un alto apogeo iniziale (altitudine massima) consentono ai satelliti di passare attraverso regioni in cui sono presenti protoni intrappolati, a maggiore velocità, riducendo il livello di danno da radiazioni."

"I satelliti commerciali con propulsione completamente elettrica sono stati introdotti per la prima volta nel 2015", afferma il professor Richard Horne, Capo del team Space Weather di BAS. "Non ci saremmo mai aspettati una così grande riduzione di potenza da una tempesta di radiazioni. La cosa buona è che questo studio aiuterà l'industria dei satelliti a pianificare l'orbita migliore che riduca i danni da radiazioni".