Debris Collision Alert System: la scatola nera dello spazio

Con oltre 26.000 oggetti artificiali e quasi 2.700 satelliti operativi in orbita attorno al nostro pianeta ogni giorno, i detriti spaziali rappresentano un serio rischio per la sicurezza del “traffico spaziale” stesso, ma anche per il traffico aereo e per le persone sulla Terra.
La maggior parte degli oggetti e dei satelliti sono progettati per rientrare nell’atmosfera e bruciarsi gradualmente ma in media, il 10-40% della massa satellitare sopravvive al rientro e colpisce la superficie terrestre. Questo crescente rischio ha portato le agenzie spaziali a imporre regole progressivamente più severe e, nell’ambito del progetto europeo AHEAD (2018) prima, e De-Risk IDEA-RAP.ID (2019) poi, è nata la collaborazione tra Bercella e Aviosonic Space Tech per la produzione del DeCAS (Debris Collision Alert System), l’innovativo sistema di black-box per missioni spaziali.

Il DeCAS rappresenta una vera e propria scatola nera per i satelliti, ed è stato concepito specificamente per le fasi di attività in orbita e di rientro atmosferico. Se non collabora durante la fase orbitale, il sistema rimane in stato dormiente per tutta la durata della vita operativa del satellite e si risveglia solo durante la fase di rientro in atmosfera. Nel corso di questa delicata fase, il DeCAS, equipaggiato con appositi sensori che lo rendono autonomo, calcola in tempo reale la posizione dell’area di pericolo composta dai detriti, trasmettendo in tempo reale questa informazione direttamente agli enti preposti alla sicurezza delle persone, delle strutture e del traffico aereo. La sfida principale è quella di proteggere l’elettronica dalle temperature estreme che si raggiungono durante il rientro in atmosfera, sfida vinta da un innovativo guscio di protezione in Materiale Composito sviluppato da Bercella, capace di resistere a temperature elevatissime intorno ai 1.600 °C.

La dismissione dei satelliti a fine vita rappresenta per l’Agenzia Spaziale Europea un’attività fondamentale, sia per la valorizzazione commerciale delle tecnologie, sia per assicurare la sostenibilità delle attività spaziali del prossimo futuro. Questo sistema, inoltre, offre al mercato spaziale internazionale una soluzione efficace e una misura di sicurezza aggiuntiva al problema degli space debris.

È importante dire che, per contrastare le straordinarie condizioni di rientro, come le elevate temperature, il DeCAS deve essere protetto da uno scudo speciale, ed è proprio nell’ambito della collaborazione per lo sviluppo di questo particolare sistema di protezione, che Aviosonic e Bercella hanno intrapreso una partnership tecnica e commerciale che ha portato in meno di due anni alla realizzazione di un prototipo in grado di resistere alle sollecitazioni del rientro, e che è stato testato sia al Laboratorie d’Astrophysique de Marseille sia al Plasmatron del Von Karman Institute di Bruxelles.
Bercella ha collaborato a questo progetto realizzando il design della calotta che, da una iniziale forma cilindrica, si è poi trasformata in un’ogiva in quanto la superficie sferica favorisce la compattazione delle onde e, di conseguenza, migliora la funzionalità del pezzo. Inoltre, la calotta è stata rivestita con un materiale ablativo composto da Fibre di Carbonio legate da una matrice polimerica ad alto residuo carbonioso per essere resistenti alle alte temperature (come detto, intorno ai 1.600 °C). Infatti, il processo di ablazione avviene quando un corpo in rientro subisce l’erosione e l’evaporazione del materiale che lo ricopre a causa dell’attrito atmosferico, e il ruolo dei materiali ablativi è sia quello di proteggere i velivoli durante il rientro nell’atmosfera, sia quello di creare una schermatura termica nei dispositivi propulsori.

Le voci del progetto

Davide Solaroli, Bercella Head of Sales – Space Division, ricorda la nascita del rapporto tra Bercella e Aviosonic: “Il mio primo contatto con Aviosonic risale a qualche anno fa ai B2B Space Meetings di Nantes. Partecipavo a questi incontri per sviluppare le vendite di Bercella e per trovare nuovi clienti ma al tempo stesso anche nuove idee e opportunità di partnership nel settore. Ricordo che notai subito Piermarco, nella sezione delle startup, che raccontava con passione le funzioni innovative di un oggetto per me ancora sconosciuto. Capii però immediatamente che aveva a che fare con il problema dei detriti spaziali ed intravidi le sue potenzialità. Piermarco si prese il tempo di spiegarmi molto bene il principio di funzionamento e mi fece notare che Aviosonic stava cercando una società che potesse dare un contributo al progetto attraverso la fabbricazione di un guscio in Composito. Vedere il prototipo del DeCAS superare con successo il test al VKI, per affacciarsi ora ad una moltitudine di applicazioni spaziali, mi ha dato la prova di come sia indispensabile continuare ad essere curiosi e dare spazio alle nuove idee emergenti.”

Luca Serventi, Bercella Structural Designer, ha descritto il progetto come “molto stimolante e sfidante in quanto tutta la parte di design del componente è stata lasciata a Bercella e non esisteva un know-how passato su un progetto di questo tipo: tutti i materiali utilizzati sono stati ricercati e utilizzati per la prima volta”.

Piermarco Martegani, Aviosonic Space Tech CEO, commenta così la buona riuscita del test al Plasmatron: “Il superamento di questo test ha dimostrato come anche una piccola realtà come Aviosonic sia in grado, con il supporto di partner industriali estremamente competenti come Bercella, di raggiungere risultati straordinari in tempi da record. A fronte dei risultati degli ultimi anni, grazie anche alla partnership con Bercella, nel prossimo futuro ci auguriamo di elevare il nostro sistema ad uno standard di sicurezza per le attività spaziali”.

Il Von Karman Institute, ha diffuso una nota in cui descrive il DeCAS come “un progetto ad elevato tasso di modularità, che renderebbe possibili molte più missioni low-cost e che, conseguentemente, attirerebbe molte più aziende interessate alla filiera dell’industria spaziale, proprio grazie ai dati importanti che fornisce sulla dismissione delle componenti che avranno in seguito necessità di essere ridisegnate secondo il paradigma D4D. Il VKI è, inoltre, fermamente convinto del fatto che non possa esserci alternativa migliore alle architetture modulari come quella del DeCAS, per far fronte al mercato emergente del management dei rifiuti spaziali”.

Il test è stato condotto con esito positivo all’interno del Plasmatron del Von Karman Institute (VKI), nell’ambito del progetto De-Risk dell’ESA, denominato IDEA-RAP.ID led by VKI (ESA contract no. 4000127100/19/NL/BJ/va, link-al-progetto).