La corsa è per sviluppare un razzo europeo riutilizzabile in grado di garantire l'accesso allo spazio autonomo ed economico dell'Europa, aumentando al contempo la sostenibilità dei lanci.

I veicoli di lancio, o razzi, sono essenziali per trasportare nello spazio satelliti e sonde spaziali. Una volta che hanno servito il loro scopo, sono in genere smaltiti. Ma con il numero annuo di nuovi satelliti che dovrebbe quadruplicarsi nel prossimo decennio, i ricercatori stanno ora sviluppando soluzioni più sostenibili, lanciatori riutilizzabili meno costosi.

Il primo sistema di lancio riutilizzabile, in cui vengono recuperati alcuni o tutti i componenti, è stato lo Space Shuttle della NASA, in uso dal 1981 al 2011. Tutte le sue parti sono state riutilizzate ad eccezione del serbatoio del carburante esterno che si sarebbe bruciato nell'atmosfera. Ma i costi di manutenzione erano alti, che ha portato a ritenere che fosse più economico utilizzare sistemi sacrificabili.

Ansgar Marwege del Centro aerospaziale tedesco (DLR) e i suoi colleghi pensano che i razzi riutilizzabili possano essere convenienti se atterrati in posizione verticale. "Lo Space Shuttle era molto complesso, perché aveva le ali e così via, " disse Marwege. "Con un atterraggio verticale, vuoi rendere tutto più semplice."

Uno dei vantaggi dell'atterraggio verticale è che il carico durante il decollo e l'atterraggio è simile, che è più facile in termini di design. Sebbene sia necessario più carburante per la discesa rispetto ad altre configurazioni di atterraggio a causa delle manovre di frenata, Marwege afferma che avrebbe un impatto minimo sul costo complessivo poiché il carburante è relativamente economico.

Marwege e il suo team, insieme ad altri partner di ricerca e industriali, stanno studiando le tecnologie chiave necessarie per far atterrare verticalmente un lanciatore dopo una missione come parte del progetto RETALT. Stanno cercando di far atterrare un razzo usando la retropropulsione, dove il veicolo viene decelerato generando una spinta in senso contrario al suo moto. Esamineranno anche come guidare un veicolo durante l'atterraggio. Poiché si prevede che la base di un razzo si riscaldi, uno dei partner del progetto sta progettando una protezione termica in sughero.

Lanciatori

Il team ha concetti per due diversi tipi di lanciatori. Uno è un lanciatore per carichi pesanti che può trasportare un carico utile fino a 14, 000 chilogrammi, come un satellite di previsioni del tempo, ad un'orbita di circa 36, 000 km sopra la superficie terrestre. Il secondo design è per carichi utili più piccoli fino a 500 kg che devono essere trasportati a distanze fino a circa 140 km. "Questa configurazione potrebbe teoricamente essere utilizzata per esperimenti a gravità zero o voli dimostrativi, " disse Marwege.

Finora, i ricercatori hanno iniziato tutto il lavoro tecnico come i progetti iniziali delle gambe di atterraggio. Nel prossimo anno, condurranno test strutturali ed esperimenti in galleria del vento per testare il comportamento aerodinamico utilizzando modelli in scala ridotta dei loro lanciatori. Un esperimento metterà alla prova i motori a razzo nella galleria del vento usando la combustione a caldo, che è impegnativo e non viene fatto spesso. Utilizzando gas caldi, però, imita meglio il modo in cui la potenza del motore viene generata nella vita reale.

Oltre a ridurre i costi, Marwege ei suoi colleghi si aspettano che le loro tecnologie abbiano un impatto ambientale positivo. I sistemi di consumo creano detriti quando si disgregano nell'atmosfera, dove alcune parti cadono a terra mentre altre rimangono nello spazio. I sistemi riutilizzabili inquinano l'ambiente e riducono lo spazio, secondo Marwege.

Attualmente, in Europa, non ci sono lanciatori disponibili per mettere in orbita piccoli satelliti.

Quando un piccolo satellite deve essere trasportato nello spazio, in genere fa un passaggio su un lanciatore pesante con un satellite più grande. Ma ciò significa che la data di partenza e l'orbita sono scelte dall'appaltatore che invia il carico maggiore.

"È come un autobus che parte (il piccolo satellite) un po' lontano dalla loro orbita, quindi hanno bisogno di un sistema di propulsione per raggiungere l'orbita desiderata, " ha detto Saverio Llairo, il co-fondatore e COO di Pangea Aerospace a Barcellona, Spagna.

Servizio

Un servizio di lancio per piccoli satelliti è attualmente offerto dalla società americano-neozelandese:Rocket Lab. Pur consentendo un servizio su misura, è più costoso del ride-sharing su un lanciatore pesante. E l'Europa è pronta ad avere i suoi piccoli lanciatori in modo da poter controllare il suo accesso allo spazio. "È importante per ragioni geostrategiche, " ha detto Llairo. "E poiché è un nuovo mercato sarebbe bello creare crescita e dare opportunità in Europa".

Per un progetto chiamato RRTB, Llairo e il suo team mirano a creare un piccolo lanciatore che sia conveniente e che possa essere riutilizzato almeno dieci volte. Stanno sviluppando un nuovo sistema di atterraggio che utilizza ventilatori elettrici intubati, un sistema di propulsione attualmente utilizzato nei droni e negli UAV. Consente un atterraggio morbido e preciso, che è importante se il sistema verrà riutilizzato.

"La tecnologia è già collaudata ed esiste in altri settori quindi non è molto costosa, " disse Llairo.

Il motore principale non viene utilizzato per atterrare, il che limita lo stress termico e aumenta la riutilizzabilità.

Il progetto, che ha preso il via il mese scorso, sta ora studiando come rendere riutilizzabili i serbatoi di carburante poiché sono componenti costosi di un lanciatore. Il team sta anche iniziando a studiare come controllare il veicolo durante il rientro nell'atmosfera effettuando simulazioni. È una parte impegnativa della missione a causa del peso e dell'alta velocità del lanciatore e richiederà la generazione di un po' di sollevamento o la ricerca di un modo per rallentare il veicolo. "Stiamo analizzando diversi scenari e sceglieremo quello più promettente, " disse Llairo.

Oltre a trasportare piccoli satelliti nello spazio per scopi scientifici, usi commerciali e civili, Llairo pensa che alcuni dei loro componenti potrebbero avere anche altre applicazioni. I motori aerospike leggeri che stanno sviluppando, ad esempio, potrebbero anche essere adattati come sistemi di propulsione per i satelliti nello spazio. E il loro sistema di atterraggio potrebbe essere utilizzato per fornire soccorsi alle aree disastrate. "Proprio adesso, hai aerei con paracadute per atterrare (rifornimenti) ma il nostro sistema potrebbe essere utilizzato per avere un atterraggio più preciso, " disse Llairo.

Avere un minore impatto ambientale è anche uno dei loro obiettivi. Oltre alle credenziali più ecologiche guadagnate essendo riutilizzabili, il razzo utilizzerà ossigeno liquido e metano liquido come propellenti, dove l'80% delle emissioni sarà semplicemente acqua. E i loro motori aerospike dovrebbero essere circa il 15% più efficienti dei progetti attuali. "Crediamo che (la sostenibilità) sia la strada da percorrere in questo mercato, " disse Llairo. "Tra 10 o 20 anni da oggi, sarà assolutamente comune."