Il 30 luglio 1955 gli Stati Uniti annunciarono l'intenzione di lanciare nello spazio alcuni satelliti in occasione dell'Anno geofisico internazionale 1957-1958. Quattro giorni dopo anche l'Unione Sovietica fece lo stesso annuncio, ovvero che avrebbe presto lanciato alcuni satelliti. La "corsa all'esplorazione spaziale" era iniziata e per decenni il mondo ha seguito affascinato ogni nuovo lancio.
Oggi è in corso un'altra corsa analoga, ma con meno clamore. La NASA descrive l'orbita terrestre bassa (Low Earth orbit LEO) come un'economia commerciale, piena di opportunità per enti governativi, autorità accademiche e soprattutto imprese a scopo di lucro.
Circa 7.500 satelliti si trovano già nella LEO ed è un numero che è destinato letteralmente a salire alle stelle nei prossimi 10 anni e oltre. Un report del Government Accountability Office degli Stati Uniti prevede il lancio di altri 58.000 satelliti entro il 2030, ad un ritmo sempre crescente di anno in anno. Lanci di 40-60 satelliti su un singolo razzo sono già comuni e a gennaio 2021 un razzo SpaceX ha trasportato un carico eccezionale di 143 satelliti.
Alla scoperta di nuove opportunità ma con saldi principi aziendali
Gran parte della crescita nell'economia commerciale della LEO è dovuta ad ampie costellazioni di satelliti che operano in reti globali per garantire comunicazioni, accesso a Internet, osservazione della Terra, monitoraggio meteorologico, posizionamento globale e altri servizi. Sicuramente risulteranno molte nuove applicazioni. Ad esempio, con un tale livello di attività nella LEO sarà necessaria una nuova tipologia di satelliti spazzini per rimuovere i detriti pericolosi?
Aziende come Amazon, Planet, OneWeb, SpaceX, Lockheed Martin, Sierra Nevada Corporation e L3Harris fanno da guida ma il campo è aperto agli innovatori che desiderano creare nuove opportunità per rivoluzionare tutto, dall'agricoltura alla risposta alle catastrofi, dalle cure sanitarie a distanza alla sicurezza globale e oltre. Come per qualsiasi impresa commerciale, il successo nello spazio dipende dall'applicazione di principi aziendali di base che esistono da sempre, tra cui il bisogno di massimizzare il valore e minimizzare i costi.
Motori progettati per i rigori dello spazio e le realtà del mercato
Per i motori che controllano i giunti e gli attuatori dei robot, i sistemi di raffreddamento criogenici, le ruote di reazione, le antenne, i pannelli solari, i giroscopi e altre funzioni, i progettisti di satelliti devono trovare opportunità per ridurre costi di progettazione non ricorrenti e i tempi di consegna, senza compromettere le prestazioni.
I motori devono essere disponibili rapidamente nelle quantità richieste, ma devono garantire tutta la qualità e l'affidabilità necessarie per un funzionamento continuo nei 3-5 anni in cui i satelliti LEO, di norma, rimangono in esercizio. Oltre ad adattarsi all'applicazione e assicurare prestazioni come da specifiche, i motori devono essere in grado di resistere alle difficoltà dei voli spaziali.
Urti e vibrazioni. I carichi possono essere soggetti a vibrazioni e urti estremi dovuti alle sollecitazioni del lancio e del volo dei razzi. I motori devono essere in grado di resistere in modo affidabile a queste forze senza ridurre le prestazioni una volta che il satellite è in orbita.
Kollmorgen offre varie soluzioni adatte alla LEO che integrano le nostre gamme di servomotori frameless KBM, TBM, RBE e altre, tutte progettate per funzionare nelle condizioni più estreme e in applicazioni in cui non si può sbagliare. Migliaia e migliaia di questi motori stanno dimostrando la loro affidabilità ogni giorno in ambienti estremamente soggetti a shock e vibrazioni elevate: sulla terra, sotto il mare e, naturalmente, nello spazio.
Valori estremi di temperatura. Quando un veicolo spaziale si sposta dalla luce del sole all'ombra della Terra, le temperature possono variare da +125 ºC a -65 ºC. Inoltre, la mancanza di atmosfera significa assenza di raffreddamento convettivo nello spazio, quindi le temperature all'interno del satellite, incluso il calore generato da motori e circuiti elettronici, devono essere gestite attraverso le radiazioni termiche, spesso con il supporto di un sistema attivo come un criorefrigeratore o un circuito di fluido pompato per trasferire calore da e verso i radiatori.
I motori devono essere in grado di resistere allo shock termico di cicli continui di temperature estreme. Non devono inoltre contribuire al bilancio termico globale con un eccessivo aumento di temperatura degli avvolgimenti. Kollmorgen ha sviluppato formulazioni di materiali che consentono un intervallo esteso di temperature ambiente per le nostre soluzioni elettromagnetiche standard, permettendo a versioni modificate dei nostri motori tradizionali di funzionare in modo affidabile, nonostante le temperature estreme presenti nello spazio. Inoltre, grazie all'impiego di circuiti elettromagnetici ad alta efficienza, i motori Kollmorgen assicurano tutte le prestazioni necessarie con un aumento di temperatura relativamente contenuto, senza bisogno di un motore più grande e più pesante.
Radiazioni. Le particelle ionizzate e le radiazioni elettromagnetiche dovute agli eventi solari e ai raggi cosmici galattici possono avere un'energia tale da attraversare l'esterno dei satelliti e danneggiare i materiali all'interno. Nei motori, le radiazioni possono degradare i materiali convenzionali utilizzati per l'isolamento elettrico e l'incapsulamento degli avvolgimenti che contribuisce a regolare il calore e a proteggere dagli urti.
Kollmorgen è in grado di apportare svariate modifiche a molti dei suoi modelli standard di motori per soddisfare i requisiti di affidabilità e durata dei satelliti LEO. Tra queste vi sono i materiali di isolamento e incapsulamento esclusivi, resistenti alle radiazioni.
Degassamento. I materiali non metallici possono rilasciare gas nel vuoto e calore solare nello spazio. Questi composti volatili possono condensarsi sotto forma di contaminanti su lenti, specchi, sensori e altre superfici fondamentali per il funzionamento del satellite. Esempi di materiali con scarse performance nello spazio includono poliesteri, Teflon, vinile, nylon, silicone, gomma naturale, gomma butilica, polistirene e polietilene, tra gli altri.
Molti di questi materiali si trovano nei motori progettati per applicazioni terrestri, come i poliesteri utilizzati nelle comuni vernici per gli avvolgimenti. Tuttavia, Kollmorgen può modificare molti dei suoi motori standard con materiali speciali e processi di produzione esclusivi per rispondere alle esigenze di ambienti sottovuoto, ad esempio per soddisfare lo standard NASA-STD-6016A in materia di degassamento, che prevede una percentuale ≤0,1% di materiali condensabili volatili raccolti (CVMC).
Dimensioni e peso. Precedentemente dominio di agenzie spaziali governative e colossi del settore, lo spazio LEO non è più la frontiera dell'immaginazione popolare. È un mercato aperto agli innovatori e agli imprenditori di ogni genere. Questo aspetto è particolarmente evidente nello sviluppo di minisatelliti (100-500 kg), microsatelliti (10-100 kg), nanosatelliti (1-10 kg) e picosatelliti ancora più piccoli, tutti altamente specializzati, reso possibile dalla crescente miniaturizzazione di componenti che garantiscono prestazioni superiori a costi inferiori.
Le dimensioni e il peso sono sempre stati importanti per gli oggetti lanciati nello spazio, ma quando un singolo razzo è ora in grado trasportare ben oltre 100 satelliti, i motori spaziali che offrono le massime prestazioni con ingombri molto compatti e leggeri sono estremamente preziosi. Kollmorgen offre servomotori frameless con densità di coppia e potenza leader nel settore in un'ampia gamma di dimensioni standard, ideali per ridurre al minimo le dimensioni e il peso, incrementando al massimo le prestazioni nei satelliti di tutte le categorie.
Esploriamo insieme
Kollmorgen fornisce motori per applicazioni spaziali di alto profilo sin dalle missioni Gemini nella metà degli anni '60, continuando con gli allunaggi, lo Space Shuttle, i vari rover su Marte e molti altri programmi. Possiamo applicare le stesse competenze alla fornitura dei motori spaziali ad alto volume necessari per gestire la crescita esponenziale dell'economia commerciale nella LEO.
Le nostre competenze per aiutarti a progettare satelliti LEO innovativi e di successo vanno ben oltre quello che possiamo descrivere in questo post. Cosa aspetti? Contattaci in qualsiasi momento. Siamo pronti a parlare dei tuoi requisiti specifici, da ingegnere a ingegnere, e ad aiutarti a mettere il tuo satellite sulla rampa di lancio
