CUSP: Nuove Frontiere nella Ricerca Solare

Il progetto CUbesat Solar Polarimeter (CUSP) riguarda il lancio di due piccoli satelliti, chiamati CubeSats, nello spazio per studiare le eruzioni solari. Questi CubeSats misureranno come la luce delle eruzioni solari è polarizzata, fornendo informazioni importanti sul comportamento del Sole, in particolare su come vengono rilasciate energia e particelle durante questi eventi. Queste info sono cruciali per capire il tempo spaziale, che può influenzare tecnologia e vita sulla Terra.

Il progetto è approvato dall'Agenzia Spaziale Italiana e dovrebbe passare alla fase successiva di sviluppo nel 2024. I CubeSats utilizzeranno uno strumento speciale che si basa su una tecnica chiamata Scattering di Compton per raccogliere i dati necessari.

#Obiettivi di Design

Progettare un CubeSat è pieno di sfide. Questi piccoli satelliti devono rimanere all'interno di limiti di dimensioni e peso molto rigorosi, mantenendo comunque esigenze scientifiche. È essenziale un design meccanico robusto per garantire che gli strumenti possano funzionare correttamente e realizzare gli obiettivi della missione. Questo richiede di considerare attentamente i materiali e i componenti strutturali che compongono il CubeSat.

Il design della missione passerà attraverso diverse fasi. Nelle prime fasi, è stato creato un modello semplificato del CubeSat per stabilire una base. Questo modello aiuterà a guidare lo sviluppo dei satelliti mentre gli ingegneri valutano e ottimizzano ogni parte.

#Flusso di Lavoro e Software Utilizzati

Per questo progetto, vengono utilizzati vari strumenti software per aiutare nel processo di design e analisi:

• SolidWorks è un programma che consente agli ingegneri di creare modelli 3D dettagliati di parti e assemblaggi. È utile per visualizzare sistemi meccanici complessi e assicurarsi che si incastrino correttamente.
• ANSYS è una suite di applicazioni software utilizzate per Simulazione e analisi. All'interno di ANSYS, vengono utilizzati diversi strumenti specifici:
  • SpaceClaim è usato per creare modelli solidi rapidamente.
  • Meshing genera la griglia utilizzata per le simulazioni, importante per analizzare accuratamente come i materiali rispondono a diverse condizioni.
  • Workbench collega tutti i diversi strumenti software e aiuta a gestire il flusso di lavoro.
• Thermica è un programma specializzato per analisi termiche, per garantire che il CubeSat possa resistere a temperature estreme nello spazio.

Ogni pezzo di software ha un ruolo nel creare un quadro unificato di come il veicolo spaziale opererà.

#Design e Selezione dei Materiali

Il design meccanico per il CubeSat è focalizzato su una struttura forte e leggera. Il Carico utile consiste in vari componenti che lavorano insieme per raccogliere dati durante la missione. I componenti includono interfacce in alluminio, un involucro protettivo, rilevatori specializzati e filtri.

Il team ha scelto con cura i materiali per ogni parte in base alle loro caratteristiche meccaniche, garantendo che possano gestire le sollecitazioni e le temperature previste durante la missione.

#Simulazione e Analisi

Prima di costruire il CubeSat, vengono condotte ampie simulazioni al computer. Queste simulazioni aiutano gli ingegneri a valutare quanto bene il design funzionerà in diverse condizioni. Le simulazioni includono:

1. Analisi Quasi-statica: Simula sollecitazioni meccaniche estreme, applicando forze per vedere come si comporta la struttura.
2. Analisi delle Vibrazioni Casuali: Garantisce che la struttura possa gestire le vibrazioni subite durante il lancio. Queste analisi si basano su standard consolidati per garantire la sicurezza.
3. Analisi Termo-elastica: Verifica come i carichi termici dallo spazio influenzano i materiali. Il CubeSat subirà sia calore estremo che freddo, quindi capire questi effetti è fondamentale.
4. Analisi Modale: Osserva come vibra la struttura e assicura che non superi determinati limiti.

Queste analisi sono vitali per confermare che il CubeSat possa resistere al suo ambiente.

#Risultati e Miglioramenti

I risultati delle simulazioni sono stati promettenti finora. Il CubeSat ha dimostrato di poter gestire le sollecitazioni meccaniche previste. L'analisi modale ha confermato che il design soddisfa i requisiti necessari per le vibrazioni. Tuttavia, alcune aree, in particolare il telaio dello scintillatore e i punti di connessione alla piattaforma, hanno indicato la necessità di un redesign.

Per affrontare queste scoperte, è stata intrapresa una revisione preliminare. Gli ingegneri hanno utilizzato tecniche di modellazione innovative per creare nuove versioni dei componenti che presentavano debolezze. Questa ottimizzazione iterativa aiuta a migliorare la forza e la durata complessive del CubeSat.

#Dimostratore Tecnologico

Per convalidare i design aggiornati, è stato creato un dimostratore tecnologico. Questo è una versione più piccola del CubeSat che incorpora i componenti ottimizzati. Permette agli ingegneri di testare quanto bene i nuovi design funzionino in condizioni reali.

Utilizzando tecniche di produzione avanzate come la stampa 3D, le parti del dimostratore possono essere prodotte con alta precisione. Questa flessibilità nella produzione consente aggiustamenti rapidi basati sui risultati di ogni giro di test.

#Conclusione e Prossimi Passi

L'approccio strutturato utilizzato nel progetto CUSP ha migliorato significativamente il design del carico utile del CubeSat. Concentrandosi su analisi, ottimizzazione e test, il team del progetto sta migliorando l'affidabilità e l'efficacia della missione.

Andando avanti, verranno condotte ulteriori analisi dettagliate e il team continuerà a fare aggiustamenti basati sui risultati del dimostratore tecnologico. Saranno anche eseguiti test ambientali per garantire che il design finale possa resistere alle sfide uniche dello spazio.

In generale, questa missione mira a fornire dati preziosi sulle eruzioni solari e sul tempo spaziale, che potrebbero avere un impatto profondo sulla nostra comprensione del Sole e dei suoi effetti sulla Terra.