Gli ingegneri sono scesi nei bunker per testare le batterie spaziali fino alla distruzione - attraverso il surriscaldamento, sovraccarico, cortocircuiti e persino sparando loro dei proiettili. La campagna di test triennale sta aiutando a valutare il rischio che i satelliti abbandonati esplodano in orbita a causa di reazioni catastrofiche della batteria.

Test estremi di "abuso" dell'attuale generazione di batterie agli ioni di litio per lo spazio si sono svolti nei bunker di prova della Commissione francese per le energie alternative e l'energia atomica (CEA).

L'obiettivo era quello di sviluppare linee guida per garantire che le batterie a bordo dei satelliti rimangano inattive in sicurezza dopo la fine di una missione spaziale, contribuendo ad evitare rotture satellitari, una delle principali fonti di detriti spaziali.

"Di oltre 250 esplosioni di satelliti conosciute che hanno avuto luogo in orbita, circa 10 sono stati dovuti alle batterie, " spiega l'ingegnere dei sistemi di alimentazione dell'ESA François Bausier, supervisione del progetto.

"Tutte le esplosioni di batterie in passato provenivano da vecchie tecnologie che non sono più utilizzate per le nuove missioni dell'ESA.

"Non è mai stato osservato che le attuali batterie agli ioni di litio per lo spazio si rompano in volo, ma potrebbero esplodere se termicamente, abusato elettricamente o meccanicamente. Pertanto li abbiamo sottoposti a condizioni estremamente dure per simulare ciò che le batterie potrebbero incontrare una volta che una missione spaziale si conclude e un satellite viene lasciato alla deriva in orbita".

Nell'ambito dell'iniziativa Clean Space dell'ESA, i test sono scaturiti da una maggiore attenzione a rendere sicuri i satelliti una volta terminata la loro missione spegnendoli completamente.

Sono stati effettuati più di 200 test di abuso su diversi tipi di celle e moduli della batteria, ovvero più celle collegate tra loro. Queste celle erano nuove di zecca o erano state sottoposte a radiazioni spaziali simulate e caricate e scaricate molte volte per invecchiarle.

I test hanno incluso un focus sul funzionamento dei sistemi di protezione interni all'interno delle celle stesse in condizioni estreme, come interruttori interni o meccanismi di sfiato in caso di sovrapressione.

I metodi di distruzione includevano cortocircuiti esterni e interni, guasti che potrebbero verificarsi a causa di problemi di isolamento, cedimenti strutturali o difetti di fabbricazione; altri test includevano il sovraccarico che portava al surriscaldamento e anche test di surriscaldamento diretto.

Sono stati inoltre eseguiti test di "sovrascarica" ​​per verificare se un tale metodo di scarica potesse essere effettivamente utilizzato per "passivare" in sicurezza le batterie alla fine del loro ciclo di vita.

Le alte temperature della batteria, come quelle che si possono incontrare quando un satellite alla deriva languisce nella luce solare orbitale, possono innescare reazioni molto rapide, a volte troppo rapido perché i sistemi di protezione si attivino.

"Un altro metodo di abuso era quello di simulare un attacco di un micrometeoroide o un oggetto di detriti spaziali, " aggiunge Francois. "Le velocità orbitali possono superare i 20 km/s; non siamo stati in grado di raggiungere questa velocità a terra, quindi abbiamo deciso di utilizzare un proiettile più grande:8 mm invece di 0,8 mm. Con questa configurazione è stata raggiunta la stessa energia complessiva."

La maggior parte dei test ha avuto luogo in un'atmosfera inerte, privo di ossigeno, per adattarsi all'ambiente orbitale. Ma questa mancanza di ossigeno non significa necessariamente che le reazioni siano tanto meno violente, poiché le celle stesse contengono sia combustibile che ossidante per la combustione.

Le raccomandazioni per la passivazione dei satelliti risultanti includono che le batterie dovrebbero essere scaricate il più possibile alla fine della loro missione, ed essere completamente scollegato dai pannelli solari per evitare ulteriori addebiti o sovraccarichi. Inoltre, le batterie devono essere mantenute a temperature sicure. Queste raccomandazioni dovrebbero essere idealmente prese in considerazione all'inizio della fase di progettazione della missione.

Lo specialista delle batterie dell'ESA Maria Nestoridi ha sostenuto questo progetto. "È importante capire che le raccomandazioni di questa attività si basano su test eseguiti sulle attuali celle agli ioni di litio qualificate per lo spazio. Le soglie per i nuovi progetti di celle dovranno ovviamente essere definite in futuro dai rispettivi produttori di batterie".

La passivazione è una questione importante per tutti i satelliti, ma in particolare per quelli in orbita terrestre bassa altamente trafficata al di sotto di 2000 km di altitudine, dove le normative internazionali richiedono il deorbitante post-missione entro 25 anni, e che nel frattempo questi satelliti rimangano inattivi in ​​sicurezza.