Ultimata la sostituzione delle batterie della Stazione Spaziale

Nella giornata del 1 febbraio 2021, i due astronauti Mike Hopkins e Victor Glover hanno completato l’ultima passeggiata spaziale per la sostituzione di alcune batterie della Stazione Spaziale. Questa attività extraveicolare è stata la 234esima nella storia della ISS ed è durata ben 5 ore e 20 minuti. Durante quest’ultima passeggiata spaziale, i due astronauti della NASA hanno completato la sostituzione delle batterie della Stazione Spaziale e aggiornato diverse telecamere esterne.

Un lungo programma per la sostituzione delle batterie

Sulla Terra, cambiare le batterie vecchie con quelle nuove non è un compito così complicato e non richiede una specifica preparazione e pianificazione. Nello spazio, invece, è un’attività per la quale gli astronauti si preparano allenandosi per anni e necessita un’attenta e precisa pianificazione. Infatti, quest’ultima passeggiata spaziale completa un lungo programma di 14 attività extraveicolari per la sostituzione di batterie obsolete sulla Stazione Spaziale.

La ISS orbita sopra le nostre teste a 17500 miglia orarie e il giorno e la notte per gli astronauti durano 45 minuti. Durante i 45 minuti di buio, tutti i sistemi della Stazione Spaziale sono alimentati dalle batterie che hanno immagazzinato energia durante i periodi di luce. Quindi, i pannelli solari raccolgono la luce, la trasformano in energia elettrica e la immagazzinano nelle batterie che provvedono al sostentamento dell’intera stazione. Inizialmente, i sistemi di alimentazione della ISS erano basati su batterie al nichel-idrogeno ma nel 2011 è stato approvato l’uso di nuove batterie. Dopo uno studio partito nel 2009, infatti, il programma della Stazione Spaziale ha acconsentito all’uso di batterie agli ioni di litio. Così, nel 2014 hanno avviato la produzione delle nuove batterie e nel 2016 è cominciato il processo di rimpiazzo delle batterie obsolete. Per completare questo lungo processo, sono state necessarie 14 passeggiate spaziali e quattro voli del veicolo spaziale cargo giapponese H-II Transfer Vehicle (HTV).

Le nuove batterie della Stazione Spaziale

Nell’ambito di questo programma di sostituzione, sono coinvolte varie aziende aerospaziali che forniscono materiali o servizi. La Boeing, con Aerojet Rocketdyne, ha fornito le nuove batterie e altri componenti, mentre, GS Yuasa Lithium Power si è occupata della fornitura di celle agli ioni di litio. L’azienda Atec, invece, fornisce le piastre adattatrici che fornivano calore alle batterie finché si trovavano sul HTV della Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA). Una volta installate, le piastre adattatrici completano il circuito elettrico tra le batterie agli ioni di litio e le unità di carica / scarica della batteria (BCDU). I BCDU sono fondamentali per l’utilizzo dell’energia immagazzinata: durante il giorno una parte dell’energia viene usata e un’altra parte immagazzinata e sfruttata quando è buio.

Le batterie agli ioni di litio ha caratteristiche superiori rispetto a quelle al nichel-idrogeno; infatti, le nuove batterie hanno una maggiore densità di energia che permette di ridurre il numero di batterie necessarie e, quindi, anche di lanci di rifornimento. Così, ora la ISS conta 24 batterie agli ioni di litio, invece delle 48 presenti prima, con una durata di servizio di circa 10 anni.

Nelle varie passeggiate spaziali per la sostituzione delle batterie, le squadre hanno avuto qualche contrattempo. Nel 2019, una batteria ha subito un guasto durante l’installazione e questo ha richiesto l’intervento di un robot per la reinstallazione di una vecchia batteria. Inoltre, un altro tentativo d’installazione fallì richiedendo una passeggiata spaziale aggiuntiva: questa è stata la prima passeggiata spaziale tutta al femminile con Christina Koch e Jessica Meir.

Così, con la passeggiata spaziale dell’altro giorno per l’ultima sostituzione delle batterie, la Stazione Spaziale ha raggiunto la sua configurazione finale.

Il futuro delle batterie

La ricerca della NASA sulle batterie agli ioni ha portato ad un loro impiego in orbita e potrà portare ad una maggiore sicurezza per il loro utilizzo sulla Terra. Le batterie agli ioni di litio, quando si surriscaldano, possono generare un fenomeno noto come fuga termica che porta ad un continuo aumento della temperatura. Questo continuo ed eccessivo aumento di temperatura è pericoloso e può causare l’esplosione della batteria. Per far fronte al problema, sulla Stazione Spaziale, fanno uso di uno scudo a barriera radiante, usato inizialmente per i motori a razzo.

Ultimamente, la società californiana KULR Technology ha sviluppato un Thermal Runaway Shield (TRS), che rimuove il calore dalle celle delle batterie, riducendo peso e dimensioni. Questa nuova tecnologia ha vari utilizzi in campo spaziale e il suo sviluppo ne permetterà l’impiego anche su auto elettriche, droni e aerei.

Nei prossimi anni, sei nuovi pannelli solari arriveranno sulla Stazione Spaziale Internazionale a bordo di tre veicoli spaziali cargo SpaceX. Infatti, sebbene funzionino bene, i pannelli originali stanno cominciando a raggiungere la fine della loro durata di vita di 15 anni. Questi forniranno alla stazione più di 20 kilowatt di potenza ciascuno, mentre, una coppia di pannelli in una posizione ombreggiata, genererà circa 95 kilowatt. Le batterie poste sui pannelli solari, così, alimenteranno la Stazione Spaziale con una potenza totale fino a 215 kilowatt per far fronte alle varie operazioni della ISS.