Motivazioni ed obiettivi della tesi

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Motivazioni ed obiettivi della tesi

2.1 Introduzione

La propulsione ad effetto Hall negli ultimi anni ha guadagnato un ruolo molto importante nell’ambito delle missioni spaziali; se agli inizi erano solo Russia e Stati Uniti a contendersi il primato in questo settore, al giorno d’oggi anche l’Europa ha ampliato molto le sue conoscenze e continua a migliorare tramite attività di ricerca e sviluppo. Questo percorso di ricerca ha conosciuto momenti difficili, come la perdita, dovuta al fallimento del lancio, dei satelliti commerciali STENTOR e ASTRA-1K; satelliti forniti, per la prima volta, di razzi al plasma basati sull’effetto Hall, ha avuto anche momenti di grande successo con lo SMART1 (Small Missions for Advanced Research in Technology), un veicolo spaziale anchesso a propulsione ad effetto Hall(Fig. 1-1) che nel novembre del 2004 ha permesso di arrivare sulla luna ed la effettuare la sua prima orbita lunare.

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Capitolo II Motivazioni ed obiettivi della tesi

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Fig. 2-1 –Immagini relative a SMART-1.

In particolare nell’ultimo decennio, si è andato formando un forte interesse per propulsori elettrici di bassa potenza (< 1 kW) per applicazioni quali:

I. micro satelliti, con bassa disponibilità di potenza, ma con la necessità di elevate prestazioni propulsive.

II. compensazione delle resistenza atmosferica (drag compensation) per missioni di osservazione della Terra da bassa orbita

III. manovre a bassa spinta per missioni scientifiche in cui sia richiesto un puntamento fine

IV. controllo di assetto su satelliti anche di grande dimensioni su cui sia già presente un sistema propulsivo di tipo elettrico per le manovre ad alta spinta

2.2 La propulsione elettrica ad Alta

Alta è una società di Pisa nata come spin off dell’università di Pisa attiva nel campo della propulsione spaziale con particolare riguardo alla propulsione elettrica. Il ruolo di Alta nel campo della propulsione elettrica è dimostrata da una lunga storia di successi:

- 1974: primo propulsore al plasma pulsato europeo

- 1980: primo propulsore europeo magnetoplasmadinamico a funzionamento quasi stazionario

- 1994: primo propulsore a effetto Hall europeo

- 2001: primo propulsore a effetto Hall europeo ad alta potenza - 2004: primo europeo miniaturizzati Propulsore a effetto Hall - 2005: il più grande impianto europeo di test elettrico di propulsione

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35 L’azienda di Alta S.p.A., tra le imprese europee, ricopre la più ampia gamma di tecnologia nel campo della propulsione elettrica (P.E.).

I ricercatori e gli ingegneri di Alta formano uno dei team più grandi e i più esperti in ambito europeo nel campo dello sviluppo e della ricerca sulla P.E.

2.3 Obiettivi della tesi

Il presente lavoro di tesi si inserisce in un’attività sperimentale sul prototipo di propulsore Hall di bassa potenza (175 W) HT-100C, sviluppato da Alta nell’ambito di un progetto dell’Agenzia Spaziale Europea (ESA).

In particolare il lavoro di tesi, si compone essenzialmente di quattro parti:

 Sviluppo di un programma per l’analisi della spinta.  Allestimento delle prove e partecipazione alle stesse

 Analisi dei dati (spinta, caratteristica elettrica, densità di corrente e distribuzione di energia del fascio).

 Caratterizzazione delle prestazioni del motore al variare dei parametri operativi.

Per quanto riguarda le prestazioni si sono determinate, partendo dalle misurazioni della bilancia, grandezze quali la spinta, l’impulso specifico e il rendimento di spinta, mentre dai dati raccolti dalle sonde di Faraday e sonde RPA (Retarding Potential Analyzer), il disallineamento del vettore di spinta, il rendimento di scarica e la divergenza del fascio.

L’obiettivo principale di questo lavoro di tesi è stato lo sviluppo di un programma di calcolo che permette di valutare la spinta del propulsore al variare delle condizioni operative epurando il segnale del sensore della bilancia da diversi effetti quali:

 Rumorosità elettrica del segnale

 Deriva termica della misura, con conseguente perdita del riferimento di spinta nulla

E' quindi necessario un programma di elaborazione che massimizzi l’accuratezza e la precisione della misura di spinta in modo da rendere possibile il confronto tra diverse condizioni operative dove in alcuni casi si hanno variazioni di spinta del decimo di mN.

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