Un razzo sta salendo nello spazio con una vela di trascinamento. L'obiettivo. il gol? Per la vela di trascinamento per riportare il razzo sulla Terra, impedendogli di diventare come le migliaia di pezzi di spazzatura spaziale nell'orbita inferiore della Terra.

La vela di trascinamento, sviluppato dagli ingegneri della Purdue University, sarà a bordo di un razzo Firefly Aerospace che dovrebbe essere lanciato a novembre dalla Vandenberg Air Force Base in California.

Questa vela e altri sei payload "Dedicated Research and Education Accelerator Mission" (DREAM) stanno volando sul lancio Alpha di Firefly Aerospace, il primo volo per la compagnia del veicolo di lancio.

"Le orbite di alto valore intorno alla Terra stanno diventando congestionate, " ha detto David Spencer, professore associato di aeronautica e astronautica alla Purdue e responsabile della missione per la Mars Sample Return Campaign presso il Jet Propulsion Laboratory della NASA.

"Se non portiamo fuori dall'orbita i satelliti o altri componenti del veicolo di lancio, poi alla fine le orbite altamente utilizzate diventeranno inutilizzabili per altri sistemi spaziali, " ha detto. "La tecnologia della vela di trascinamento è progettata per essere lanciata con un veicolo spaziale ospite o un veicolo di lancio e dispiegarsi alla fine della missione del veicolo ospite. La resistenza fornita dall'atmosfera terrestre accelererà la deorbita del veicolo".

Chiamato "Spinnaker3, " questa vela a trascinamento non è la prima ad essere lanciata nello spazio. Ma è tra le prime ad essere abbastanza grande da deorbitare lo stadio superiore di un veicolo di lancio. Il lancio di Firefly Alpha avrà come obiettivo un'altitudine orbitale di circa 200 miglia, ma la vela di trascinamento Spinnaker3 è in grado di fornire capacità di deorbita da altitudini orbitali di 400 miglia o superiori.

Questo grazie ai boma in fibra di carbonio lunghi 3 metri (da cui il "3" nel nome) che tirano fuori una vela con una superficie di 194 piedi quadrati.

La vela stessa è fatta di un materiale traslucido luccicante, una poliimmide fluorurata chiamata CP-1, prodotto dalla società NeXolve. Il materiale è progettato per resistere alla degradazione dell'ossigeno monoatomico nell'orbita terrestre bassa.

L'ingegnere di laboratorio della navicella spaziale Purdue Anthony Cofer ha guidato la progettazione e il collaudo dell'assemblaggio della vela di trascinamento.

"Questa vela da traino ha boma come una barca a vela, ma navigare nello spazio è molto diverso. I boma della vela di trascinamento devono essere estremamente leggeri, e devono essere riposti in un volume stretto, "Cofer ha detto. "Una volta schierato, la vela deve mantenere la sua integrità durante la fase di deorbita, che potrebbero essere mesi o anni."

I veicoli di lancio e altri veicoli spaziali in genere deorbitano da soli utilizzando propellente, ma queste esigenze di propellente limitano la massa del carico utile che un veicolo di lancio può portare nello spazio. Le vele di trascinamento usano la resistenza dell'atmosfera per portare a termine il lavoro, risparmiando prezioso propellente e riducendo la massa complessiva del veicolo.

I veicoli spaziali statunitensi devono uscire dall'orbita entro 25 anni dalla fine della missione. Se un satellite o un veicolo di lancio diventa inutilizzabile, non può usare il propellente per deorbitare. Una vela di trascinamento aiuta passivamente il veicolo spaziale a deorbitare anche se è inutilizzabile o senza propellente.

Il lancio di Firefly Aerospace Alpha sarà un test di come il prototipo Spinnaker3 aiuta lo stadio del veicolo di lancio a deorbitare.

"Molte cose potrebbero uscire dall'orbita da sole in circa cento anni, ma questo non ci serve a niente. Vogliamo affrettare quella deorbita con una vela a strascico, " disse Arly Black, un dottorato di ricerca Purdue candidato in aeronautica e astronautica, che ha condotto test di sistema e analisi delle prestazioni per Spinnaker3.

"Prendendo in considerazione le condizioni atmosferiche previste per novembre, il veicolo di lancio Firefly Aerospace potrebbe deorbitare da solo a una bassa quota di circa 200 miglia entro 25 giorni. Usando Spinnaker3, il processo di deorbita potrebbe ridursi a 15 giorni".

Deorbitare senza vela in 25 giorni è già un lasso di tempo ragionevole per le basse quote, Nero ha detto, ma all'aumentare dell'altitudine di lancio, così fa il tempo di deorbita, aumentando la probabilità di collisione con altri oggetti. Accelerare quel tempo di deorbita con una vela a trascinamento farebbe un'enorme differenza.

Spinnaker3 è un prototipo per una linea di prodotti di vele drag che è in fase di sviluppo da Vestigo Aerospace LLC, una startup fondata da Spencer. L'idea è di sviluppare vele drag di varie dimensioni e lunghezze di boma su misura per il tipo di veicolo spaziale. La tecnologia è concessa in licenza dalla Purdue Research Foundation. Spencer ha collaborato con la Purdue Foundry allo sviluppo del modello di business per la startup.

La linea di prodotti comprende anche una vela Spinnaker1, che ha bracci lunghi 1 metro progettati per deorbitare satelliti più piccoli come CubeSats che vengono utilizzati per la ricerca spaziale.

Spencer ha diretto lo sviluppo annuale di Spinnaker3 da parte degli studenti, docenti e personale del Laboratorio di progetti di volo spaziale di Purdue. Lo sviluppo della vela di trascinamento ha incluso anche i contributi di 18 studenti universitari e laureati come parte di un corso sui progetti di volo spaziale.

I test di laboratorio dello Spinnaker3 a Purdue sono stati completati in primavera. Un team della California Polytechnic State University, San Luis Obispo ha contribuito con un'unità avionica che fornisce energia e comunicazioni per il carico utile, così come la capacità di imaging che consentirà di trasmettere le foto della vela sulla Terra dopo il dispiegamento.

Vestigo Aerospace ha collaborato con Purdue per un premio SBIR di Fase I della NASA e ha recentemente ricevuto un'indagine di Fase II di due anni per far progredire la tecnologia della vela di trascinamento. L'investigatore principale della Purdue per lo SBIR è Alina Alexeenko, professore alla Scuola di Aeronautica e Astronautica.