TARDIS: l’Italia sul pallone stratosferico BEXUS 29

L’esperimento TARDIS, sviluppato da un team di studenti della Sapienza Università di Roma, è tra i selezionati per volare a bordo del pallone stratosferico BEXUS 29. 

Il pallone stratosferico BEXUS 29, che verrà lanciato dal SSC Esrange Space Center, Kiruna, Svezia (150 km a nord del Circolo Polare Artico) nel prossimo ottobre, avrà a bordo anche l’esperimento italiano TARDIS (Tracking and Attitude Radio-based Determination In Stratosphere), sviluppato da un team di studenti del Laboratorio di Sistemi Spaziali e Sorveglianza Spaziale – S5Lab della Sapienza Università di Roma, nell’ambito del progetto BEXUS (Balloon EXperiments for University Students) del programma europeo REXUS/BEXUS.

Dall’università allo spazio

Il programma REXUS/BEXUS consente agli studenti di università di tutta Europa di condurre esperimenti scientifici e tecnologici su razzi di ricerca e palloni. Ogni anno vengono lanciati due razzi e due palloni stratosferici, coinvolgendo fino a 20 esperimenti progettati e costruiti da team di studenti. 

Gli esperimenti REXUS sono lanciati su un razzo non guidato, stabilizzato ed alimentato da un motore Orion migliorato con 290 kg di propellente solido. È in grado di portare 40 kg di carico utile ad un’altitudine di circa 90 km. Il veicolo ha una lunghezza di circa 6 metri ed un diametro di 35 centimetri. Gli esperimenti BEXUS, come TARDIS, vengono sollevati da un pallone con un volume di 12.000 m³ fino a un’altitudine massima di 30 km, in base alla massa totale del carico (compresa solitamente tra 40 e 100 kg). La durata totale del volo è di circa 5 ore. 

REXUS/BEXUS è realizzato nell’ambito di un Accordo Bilaterale di Agenzia tra il German Aerospace Center (DLR) e l’Agenzia Spaziale Svedese (SNSA) in collaborazione con l’Agenzia Spaziale Europea (ESA). EuroLaunch, una cooperazione tra l’Esrange Space Center di SSC e il Mobile Rocket Base (MORABA) della DLR, è responsabile della gestione della campagna e delle operazioni dei veicoli di lancio. Esperti di DLR, SSC, ZARM ed ESA forniscono supporto tecnico ai team di studenti durante tutto il progetto. REXUS e BEXUS sono lanciati da SSC dal Esrange Space Center nel nord della Svezia.

Come nasce l’esperimento?

Il progetto TARDIS nasce all’interno del Laboratorio di Sistemi Spaziali e Sorveglianza Spaziale – S5Lab e coinvolge 11 studenti della Sapienza coordinati dal Prof. Fabrizio Piergentili. Il background degli studenti del team è prettamente di stampo aerospaziale, ma comunque eterogeneo. Nel team, infatti, è presente una studentessa del corso di laurea in Ingegneria Elettrica ed Elettronica della Sapienza e un Dottorando in Ingegneria Aeronautica e Spaziale, tutor del progetto.

L’esperimento TARDIS mira a testare un sistema innovativo per la determinazione di assetto e posizione in tempo reale ed il tracciamento di un target fisso a terra. L’assetto e la posizione del pallone stratosferico verranno dedotti sfruttando l’elaborazione del segnale VOR (VHF Omnidirectional Range). 

Tale segnale è utilizzato nei sistemi di radio-navigazione per aeromobili e consente di ottenere in ogni istante la direzione del velivolo, rispetto al Nord magnetico, secondo cui esso vede la stazione VOR. L’utilizzabilità del sistema di radio-navigazione VOR in stratosfera è stata provata con l’esperimento STRATONAV (STRATOspheric NAVigation), selezionato nel 2015 nell’ambito dello stesso programma e sviluppato da studenti appartenenti allo stesso gruppo di ricerca della Sapienza.

L’esperimento, lanciato nel 2016, ha infatti dimostrato l’effettiva possibilità di ricevere il segnale VOR durante tutto il volo in stratosfera, fino alla quota di 32 km. Sulla base dei risultati ottenuti, TARDIS, supportato anche dallo stesso team STRATONAV, determinerà la posizione del pallone elaborando simultaneamente più segnali VOR, al fine di valutare e intersecare le rispettive radiali VOR.

L’indicazione d’assetto, invece, si otterrà analizzando la potenza dei segnali ricevuti dalle stazioni VOR sfruttando antenne di varie geometrie. Inoltre, l’attuazione meccanica del sistema di tracciamento si baserà sull’utilizzo di servomotori capaci di operare in ambiente stratosferico. La selezione per il volo è stata guadagnata attraverso il Selection Workshop tenutosi ad ESA/ESTEC (Noordwijk, Paesi Bassi), alla fine di Novembre, dove 5 degli studenti membri del team hanno presentato il progetto e risposto alle domande di esperti ingegneri afferenti alle varie agenzie spaziali organizzatrici del programma. 

Perché la stratosfera?

La stratosfera offre numerose opportunità di ricerca in ambito scientifico per via delle sue caratteristiche di range di temperatura e pressioni comparabili a voli spaziali in alta atmosfera, permettendo però una significativa riduzione dei costi per lo sviluppo delle missioni. Nell’ottica di rendere lo spazio più accessibile, la stratosfera risulta essere un ambiente di sviluppo low-budget per piattaforme di test capaci di simulare condizioni che si ritroverebbero in alta atmosfera fornendo un’alternativa per molte applicazioni scientifiche e commerciali, che altrimenti risulterebbero eccessivamente costose se sviluppate in ambito spaziale.

Ed è proprio sulla necessità di ampliare le condizioni di applicabilità della stratosfera come ambiente di sviluppo e test, che si basa il progetto TARDIS. In quest’ottica, il sistema proposto potrebbe essere impiegato per la determinazione innovativa e a basso costo della posizione ed assetto di HAPS (High Altitude Platform Stations), piattaforme stratosferiche destinate ad applicazioni quasi-satellitari, come l’osservazione della Terra e le telecomunicazioni, di grande impatto sulla vita quotidiana. 

Quale sarà il futuro del progetto TARDIS?

Il progetto seguirà le fasi di progettazione caratteristiche dei sistemi ingegneristici del settore spaziale: dalla fase preliminare di definizione dei requisiti (PDR – Preliminary Design Review), allo sviluppo del sistema (durante la CDR – Critical Design Review) fino al volo e all’analisi dei dati post-volo. Nel mese di Febbraio il team sosterrà la PDR presso la sede DLR in Germania, Oberpfaffenhofen. 

Terminata la Preliminary Design Review inizierà la fase realizzativa del progetto con il supporto dei laboratori universitari e dei partner del programma. 

Per chi volesse approfondire e seguire lo sviluppo dell’esperimento: 

Sito Web TARDIS: https://tardis.s5lab.space/

Contatti utili: 

• Francesco Iovanna (Sapienza – Università di Roma) – francesco.iovanna@gmail.com;
• TARDIS Official e-mail : tardis.bexus2019@gmail.com;
• Sito web del programma: http://rexusbexus.net/