Le batterie per i satelliti spaziali: test distruttivi per prevenire reazioni catastrofiche

Gli ingegneri sono scesi nei bunker per testare le batterie spaziali fino alla distruzione – attraverso il surriscaldamento, il sovraccarico, i cortocircuiti e persino sparandoli dei proiettili. La campagna di test di tre anni sta contribuendo a valutare il rischio legato ai satelliti abbandonati che esplodono in orbita a causa di reazioni catastrofiche della batteria.

Prove estreme dell’attuale generazione di batterie agli ioni di litio per lo spazio hanno avuto luogo nei bunker di prova della Commissione francese per le energie alternative e l’energia atomica (CEA).

La sicurezza delle missioni spaziali

L’obiettivo era di sviluppare linee guida per garantire che le batterie a bordo dei satelliti rimangano inattive in sicurezza dopo la fine di una missione spaziale, contribuendo ad evitare rotture del satellite, una delle principali fonti di detriti spaziali.

“Di oltre 250 esplosioni satellitari conosciute che sono avvenute in orbita, circa 10 sono dovute a batterie”, spiega François Bausier, ingegnere dei sistemi energetici dell’ESA, che supervisiona il progetto.

“Tutte le esplosioni della batteria in passato erano legate a tecnologie obsolete che non sono più utilizzate per le nuove missioni ESA. “Le attuali batterie agli ioni di litio per lo spazio non sono mai state osservate rompersi in volo, ma potrebbero esplodere se sottoposte a violente forze fisiche, elettriche o meccaniche. Pertanto, le abbiamo sottoposte a condizioni estremamente difficili per simulare ciò che le batterie potrebbero incontrare una volta che una missione spaziale si conclude e un satellite è lasciato andare alla deriva in orbita”.

L’iniziativa Clean Space

Avendo luogo come parte dell’iniziativa Clean Space dell’ESA, i test sono il risultato di una maggiore attenzione a rendere i satelliti sicuri al termine della loro missione, spegnendoli completamente.

Più di 200 test hanno avuto luogo su diversi tipi di celle e moduli di batterie – ovvero più celle collegate tra loro. Queste cellule erano nuove di zecca o erano state sottoposte a radiazione spaziale simulata e caricate e scaricate molte volte per invecchiare.

I test hanno incluso un focus sul funzionamento dei sistemi di protezione interna all’interno delle celle stesse in condizioni estreme, come interruttori automatici interni o meccanismi di ventilazione in caso di sovrapressione.

Test distruttivi

I metodi di distruzione includevano cortocircuiti interni ed esterni, guasti che potevano insorgere a causa di problemi di isolamento, guasti strutturali o difetti di fabbricazione. Altri test includevano il sovraccarico con conseguente surriscaldamento e test di surriscaldamento diretto.

Sono stati inoltre eseguiti test di “overdischarge” per verificare se un tale metodo di decontaminazione potesse effettivamente essere utilizzato per “passivizzare” in sicurezza le batterie al termine del ciclo di vita.

Le alte temperature della batteria, come quelle che si possono incontrare quando un satellite alla deriva si affievolisce nella luce solare orbitale, potevano scatenare reazioni molto veloci, a volte troppo rapide perché i sistemi di protezione si attivassero.

“Un altro metodo di test era simulare un impatto con un micrometeoroide o con detriti spaziali”, aggiunge Francois. “Le velocità orbitali possono superare i 20 km/s; non siamo stati in grado di raggiungere questa velocità a terra, quindi abbiamo deciso di utilizzare un proiettile più grande: 8 mm invece di 0,8 mm. Con questa configurazione è stata raggiunta la stessa energia complessiva.”

 

 

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