ARIEL: il nuovo propulsore europeo

La gran parte dei satelliti e dei razzi è dotata di due tipologie di motori: uno per gli spostamenti su grandi distanze e uno per il controllo di assetto del veicolo. ARIEL è un nuovo propulsore sviluppato dalla società spagnola Arkadia Space, per essere integrato in un sistema RCS (Reaction Control System) per la gestione dell’assetto di volo di un veicolo spaziale.

ARIEL (Attitude for Reusable and Innovative European Launchers) nasce come propulsore monopropellente e la sua particolarità è che brucia soltanto perossido di idrogeno, la comune acqua ossigenata. Rispetto all’idrazina, abitualmente impiegata nei sistemi RCS, è una sostanza più sostenibile, meno tossica e cancerogena. Inoltre ARIEL è uno dei primi propulsori di questo tipo e dimensioni mai costruito in Europa. Può fornire fino a 250 N di spinta (quindi può sollevare un peso di 25 kg sulla Terra), più che sufficienti per orientare un veicolo spaziale o per direzionare un razzo nello spazio.

Il programma Future Launchers Preparatory Programme (FLPP) dell’Agenzia spaziale europea ESA, serve a preparare l’industria europea per l’ecosistema spaziale del futuro, supportando le imprese con le tecnologie promettenti per il divenire. La prima accensione di prova è stata effettuata appena sette mesi dopo la firma del contratto con l’ESA, nel giugno 2023. Il motore ha ora superato un’ampia campagna di test tenutasi recentemente nell’Arkadia Space Test Center presso l’aeroporto di Castellón, in Spagna, raggiungendo il sesto livello di maturità tecnologica in meno di due anni.

Il progetto comprende dei prototipi di serbatoi che alimentano i propulsori ARIEL con il suo propellente, che operano in maniera efficiente in modalità blowdown. Il principio di funzionamento è semplice quanto furbo: sono i vapori di acqua ossigenata presenti nel serbatoio stesso a spingere il propellente liquido verso il motore, senza fare dunque ricorso a complessi sistemi di pompaggio.

ARIEL funziona con acqua ossigenata concentrata al 98%, rappresentando un’alternativa più sicura, sostenibile ed economica all’idrazina. Usato come propellente per i voli spaziali, il perossido di idrogeno consente la costruzione di un sistema di controllo più semplice, con una più facile gestione complessiva a Terra e con costi inferiori rispetto ai sistemi a idrazina. Basti pensare che un’operazione di rifornimento con idrazina ha un costo nell’ordine dei milioni di euro, mentre uno con questa nuova tecnologia può costarne poche decine di migliaia. Inoltre, l’acqua ossigenata può ridurre le emissioni totali in atmosfera fino al 40% sulla base di una valutazione sulla sostenibilità del ciclo di vita.

Per l’esecuzione dei test, Arkadia ha costruito internamente un banco di prova in grado di resistere alla spinta e ai cicli di lunghe accensioni ripetute, necessari per testare minuziosamente ARIEL.

Durante la campagna di test ARIEL ha eseguito:

• oltre 178 secondi di impulso specifico nel vuoto;
• accensione continua fino a cinque minuti;
• accensioni per brevi impulsi di soli 40 millisecondi;
• oltre 2.000 impulsi totali per motore;
• oltre 100 kg di perossido di idrogeno bruciati per ciascun motore.

Bernard Decotignie, responsabile tecnico presso l’FLPP dell’ESA, ha dichiarato:

Siamo davvero felici di vedere i risultati di questo progetto. Arkadia ha avuto un tempo di consegna molto rapido e i risultati parlano da soli; è stata una grande collaborazione con i nostri esperti di propulsione che hanno lavorato gomito a gomito con gli ingegneri di Arkadia per ottenere un innovativo e robusto prodotto in tempo record.

Ismael Gutierrez, co-fondatore e direttore tecnico di Arkadia Space ha commentato:

Grazie al contratto FLPP e alla consulenza degli esperti dell’ESA, siamo riusciti a sviluppare un propulsore che ha rapidamente avuto successo guadagnandosi l’attenzione del mercato. Dopo le attività di collaudo, ARIEL ha continuato la sua evoluzione, dimostrando presto le sue potenzialità come prodotto pronto per la vendita. Siamo eccitati per aver vinto il contratto per fornire ARIEL per il sistema di controllo dell’assetto per il lanciatore Maia di MaiaSpace, e speriamo di firmare presto altri contratti per i sistemi RCS di grossi veicoli spaziali. Il contratto FLPP è stato davvero fondamentale per noi.

Il principio di funzionamento di ARIEL si basa sulla cosiddetta decomposizione catalitica, un processo chimico-fisico che è riassumibile in tre passaggi essenziali.

In primo luogo, il propellente (acqua ossigenata ad altissima concentrazione) viene iniettato nel motore. Qui attraversa un letto catalitico, la cui superficie è composta da materiali catalizzatori (in genere a base di metalli preziosi o leghe specifiche). A contatto con il catalizzatore, l’acqua ossigenata si decompone istantaneamente e violentemente in vapore acqueo surriscaldato e ossigeno, liberando inoltre un’enorme quantità di calore. Infine i gas prodotti dalla decomposizione, caldissimi e ad alta pressione, attraversano l’ugello del motore i quali espandendosi generano la spinta.

Nella missione Transporter-13 di SpaceX, lanciata il 15 marzo 2025, Arkadia Space ha mandato nello spazio un modulo di propulsione chiamato DARK, installato a bordo della diciassettesima missione di trasporto orbitale del satellite ION dell’italiana D-Orbit. Il modulo era dotato di due propulsori Triton da 5 N, ed era sia un sistema di propulsione che un banco di prova in miniatura. Esso era capace di fornire il propellente in condizioni adeguate, di gestire i sistemi di controllo dei propulsori, di misurare e acquisire oltre 60 canali telemetrici, registrando i dati per le analisi a Terra. Lo scopo della missione era quello di convalidare il sistema di alimentazione a perossido di idrogeno e il catalizzatore in condizioni di microgravità. Il successo di questo test ha aperto la strada all’impiego del più grande, ARIEL sui futuri razzi europei.

Fonte: ESA