Propulsione elettrica: una panoramica delle principali soluzioni

Questo elaborato ha l’obiettivo di presentare le principali caratteristiche e soluzioni tecnologiche della propulsione elettrica. Essendo l’argomento estremamente ampio, si `e deciso di focalizzarsi solo su alcuni aspetti principali: come si genera la propulsione nello spazio e cosa ci`o comporta in termini di impulso specifico e massa del sistema di potenza. Si passa poi ad alcuni accenni sui principi di ionizzazione, per proseguire con la descrizione delle principali soluzioni tecnologiche, suddivise in tre categorie di propulsori principali: elettrotermici, elettromagnetici ed elettrostatici. Infine, si conclude discutendo delle applicazioni della propulsione elettrica e delle principali criticit`a e prospettive di sviluppo di questa tecnologia. La propulsione elettrica si basa sugli stessi principi fisici di quella chimica, sull’equazione di Tsiolkovsky, ma si differenzia per prestazioni e requisiti. Rispetto alla propulsione chimica, offre una spinta pi`u bassa, nell’ordine dei con alcune eccezioni nei e rispetto ai 103 −106 della chimica, ma un impulso specifico molto pi`u elevato, fino a migliaia di secondi. Presenta in oltre e una maggiore efficienza nell’uso del propellente. In fine, la spinta non dipende dall’energia contenuta nel propellente stesso, ma richiede una fonte di energia esterna la quale diventa un elemento critico da considerare. La propulsione elettrica `e definita come un sistema in cui un gas viene accelerato mediante forze elettriche e/o magnetiche. Si tratta di una definizione ampia, che comprende una grande variet`a di soluzioni tecnologiche, generalmente suddivise in tre classi principali: elettrotermici, elettromagnetici ed elettrostatici. In questo elaborato vengono presentati alcune soluzioni principali di ciascuna classe, illustrandone le caratteristiche, i vantaggi e svantaggi. I propulsori elettrici si presentano come molto versatili, trovando applicazione nel controllo d’assetto, in manovre orbitali e nelle missioni interplanetarie. Sebbene alcuni concetti risalgano gi`a agli anni ’60, `e solo di recente che questa tecnologia ha iniziato a esprimere appieno il suo potenziale. Ad oggi si contano circa un migliaio di satelliti dotati di qualche forma di propulsione elettrica, circa la met`a dei quali appartiene alle costellazioni Starlink e OneWeb.