Un render della vela solare del Advanced Composite Solar Sail System. Credits: NASA
La missione della NASA Advanced Composite Solar Sail System (ACS3), avrà l’obbiettivo di testare l’innovativa tecnologia dei sistemi di vele a propulsione solare per l’esplorazione dello spazio profondo. Il lancio è attualmente previsto non prima di metà 2022, dal Rocket Lab Launch Complex 1, a bordo di un vettore Electron.
Può la luce generare spinta? I fotoni non hanno massa ma trasportano energia e sono dotati di quantità di moto, sono quindi in grado di esercitare una pressione, chiamata pressione di radiazione, sulla superficie colpita. La luce solare può quindi essere sfruttata come mezzo di propulsione, in grado di fornire una spinta, eliminando il problema del carburante. Questa strategia è efficace per missioni con centinaia di milioni di chilometri da percorrere, nello spazio profondo e con poca massa da trasportare.
La possibilità di ottenere un’accelerazione grazie alla luce solare è già stata dimostrata nel 2010, con la missione IKAROS dell’Agenzia spaziale giapponese JAXA. Sulla Terra, la superficie di un metro quadrato colpita dai raggi solari genera una pressione di appena un grammo. Infatti, perché il sistema sia efficiente è necessario utilizzare materiali leggeri, per rendere la forza di spinta necessaria minore, e grandi vele, per avere superficie sufficiente a garantire una spinta significativa (la forza propulsiva è direttamente proporzionale all’area, a parità di pressione).
Il componente centrale della sonda è un CubeSat da 12U. Per spiegare le sue vele, ACS3 utilizzerà 4 bracci realizzati in materiali compositi, più precisamente in polimero rinforzato con fibra di carbonio (CRFP). Ogni braccio raggiunge 7 metri di lunghezza e pesa solo 900 grammi, il 75% più leggeri rispetto a bracci metallici. La scelta dei materiali non è dovuta solo al peso ma anche alla resistenza a sbalzi di temperatura importanti che potrebbero portare alla deformazione del materiale. Nel complesso quindi, la sonda spaziale sarà composta principalmente da pannelli solari, dell’intelaiatura delle vele e dal CubeSat. Con vele spiegate, misurerà 9 metri per lato.
I principali obiettivi della missione sono:
La messa in orbita della sonda spaziale sarà effettuata dal kick stage di Electron, durante un lancio rideshare. L’altitudine dell’orbita scelta è fra i 700 e 900 km. “Siamo entusiasti di essere il partner di lancio della NASA per questa missione innovativa”, ha affermato Peter Beck, fondatore e amministratore delegato di Rocket Lab. “Sembra appropriato lanciare l’Advanced Composite Solar Sail System della NASA su Electron, il primo veicolo di lancio orbitale composito al mondo completamente in carbonio. Siamo entusiasti di vedere i compositi usati ancora una volta per sbloccare nuove capacità nello spazio”.
Alla missione ACS3 sono coinvolti il Langley Research Center e il Ames Research Center della NASA per la costruzione dei bracci e la supervisione del progetto. Le vele sono sviluppate dalla NASA con il programma Game Changing Development. NanoAvionics, si occuperà invece della costruzione del cubesat con il supporto del Robotics System Lab dell’Università di Santa Clara. L’intera missione è invece sponsorizzata all’interno del Small Spacecraft Technology program della NASA.
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