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Nuovo motore M10 di Avio: l’accensione è stata un successo

Il nuovo motore "green" M10 a ossigeno e metano liquido risuona a grande potenza fra le campagne nuoresi.

Categorie Agenzie spaziali · Veicoli spaziali

Il nuovo motore M10 per il lanciatore Vega E si dimostra un importante traguardo. L’azienda aerospaziale Avio ha sviluppato il propulsore con una classe di spinta di 10 tonnellate dimostrandosi primo nel suo genere in Europa. Il propulsore rappresenta un motore green di nuova generazione ed equipaggerà l’ultimo stadio del futuro lanciatore Vega E. Il motore sarà più sostenibile a livello ambientale grazie alla combinazione di ossigeno e metano liquidi. Sarà inoltre ri-accendibile e a spinta modulabile per permettere manovre orbitali multiple.

Il test del motore M10

Il motore ha superato il collaudo con successo presso il poligono Space Propulsion Test Facility (SPTF) a Perdasdefogu in Sardegna. Per circa 20 secondi il nuovo motore criogenico M10 ha liberato la sua grande potenza colorando l’aria di blu e rosso (fig.1). Il risultato raggiunto dal propulsore rappresenta un “tassello” per il mondo tecnologico di Avio. L’azienda sarà in grado di sviluppare nuovi prodotti efficienti e competitivi. Il nuovo propulsore apre la strada alla nuova generazione di lanciatori europei e unisce le tecnologie già sviluppate per i lanciatori Vega e Vega C. Grazie al nuovo motore, Avio è tra i pochi protagonisti al mondo a disporre della tecnologia a propulsione criogenica a metano per applicazioni spaziali.

Accensione del motore M10 in Sardegna, SPTF, Credits Avio
Accensione del motore M10 in Sardegna, SPTF, Credits Avio

Alcuni anni fa

Grazie alla cooperazione tra Avio e l’Agenzia spaziale italiana, il progetto è stato selezionato da Esa in prospettiva come motore di ultimo stadio del lanciatore Vega E. Dopo il primo lancio nel 2012 del vettore Vega, sono iniziate allora missioni di vario genere con l’intento di arrivare presto alla terza versione di lanciatore, con Vega-E e il suo propulsore a metano. L’impianto di test LRE (Liquid Rocket Engine) di Perdasdefogu in Sardegna, creato da AVIO, ha dunque sviluppato il banco per l’esecuzione di test per lo sviluppo e la qualifica di propulsori spaziali di nuova generazione, a basso impatto ambientale. I cosiddetti green sono basati su propellenti criogenici ad ossigeno liquido e metano liquido. Il collaudo del primo motore green ha rappresentato l’ultimo obiettivo in ordine di tempo di una magnifica storia dell’innovazione italiana.

Le caratteristiche del motore M10

L’M10 è un razzo a propellente liquido criogenico della classe delle 10 tonnellate, che combina ossigeno liquido(LOX) e metano liquido(LNG) e sarà l’ultimo stadio del lanciatore Vega E. Al punto di accensione normale e in stato stazionario, il motore M10 deve fornire 98 kN di spinta, con un rapporto di mistura dei propellenti di 3,4. L’impulso specifico minimo necessario è di 362 secondi (fig 2). Le caratteristiche di M10 sono molto evolute perché consentiranno sia di riaccendere il propulsore più volte sia di modulare la spinta a seconda delle necessità. Ciò significa poter effettuare manovre orbitali differenti e soddisfare diversi tipi di missione.

Ma qual è il vantaggio di avere una propulsione liquida a metano?

In realtà non c’è molta differenza rispetto alla classica propulsione criogenica offerta dalla propulsione ossigeno ed idrogeno. Anzi, l’idrogeno è un propellente che è molto più energetico dal punto di vista propulsivo rispetto al metano. Il metano, però, ha delle caratteristiche che le consentono di abbattere i costi di manutenzione del propellente stesso. L’idrogeno infatti va tenuto a temperature bassissime producendo un costo enorme a differenza del metano. Come dimostrano i test con propulsore a metano, i propellenti sono molto più maneggevoli portando a notevoli semplificazioni delle infrastrutture di terra e ridimensionamento dei serbatoi. Il metano ha peraltro emissioni basse, caratteristica che rende l’M10 un motore più sostenibile.

Gli ulteriori meriti oltre ad essere “green”

Il motore M10 fa ricorso alla stampa 3D che rendono vantaggiosa la fabbricazione. La sua tecnologia mira ad innovare una tecnica produttiva attraverso la quale essere più competitivi garantendo vantaggi anche economici riducendo i costi di lancio.  M10 rappresenta la nuova generazione anche perché realizzato con tecnologie di additive layer manufacturing (Alm) (fig3). I primati scientifici e tecnici che stanno dietro il successo del Vega sono tanti. Quello citato più spesso è il filament winding : la specifica tecnologia di costruzione dei motori. I grossi cilindri vengono realizzati a strati utilizzando uno speciale filo di fibra di carbonio in una matrice di resina epossodica. Il risultato in termini di leggerezza e solidità è straordinario.

Post saldatura semianelli ,materiale Inconel 718, Additive Laser Manufacturing, M10 Credits Avio
Post saldatura semianelli ,materiale Inconel 718, Additive Laser Manufacturing, M10 Credits Avio

Le innovazioni di Vega E grazie al nuovo motore M10

Il lanciatore Vega E sarà molto versatile e operativo. Grazie alla propulsione di ossigeno metano molto più controllata, si avrà la possibilità di accendere e spegnere lo stadio in modo tale da mettere in orbita diversi satelliti in orbite diverse, sia in termini di altitudine sia in termini di inclinazione orbitale nel corso della stessa missione. A differenza di Vega e Vega -C, Vega E avrà una configurazione a tre stadi, i primi due, P120C e Zefiro 40, saranno gli stessi di Vega C (fig.4). In aggiunta i Vega E avranno la possibilità di approfondire e sviluppare migliori tecnologie e infrastrutture rispetto ai lanciatori precedenti.

Stadi dei lanciatori Vega, varie versioni, Vega C e i futuri Vega E, Credits Avio

Le prossime missioni

Il nuovo impianto propulsivo, nella sua unicità, consentirà lo sviluppo delle sperimentazioni anche con altri nuovi propulsori ponendosi come punto di riferimento nel settore a livello europeo. A partire da questo elemento tecnologico Avio sarà in grado di sviluppare una nuova generazione di prodotti efficienti e competitivi.

FONTI VERIFICATE

  • Avio – Vega E: successo per il test del motore M10 a metano
  • Avio – Motore M10
  • Preparatory Activities and Development of the LOX-CH4 M10 Engine for the VEGA-E Upper Stage, Kajon, D. ; Liuzzi, D.; Rudnykh, M. et alii, Space Propulsion Conference 2018
  • Design and Development of Single Material Single Part regenerative combustion chamber, Liuzzi, D.; Rudnykh, M., 6th EUropean Conference for Aeronautics and Space Sciences (EUCASS) 2015

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