La grande maggioranza dei veicoli spaziali orbitano attorno alla Terra e di conseguenza subiscono numerose eclissi: annualmente quasi un centinaio di eclissi per i satelliti GEO (satelliti geostazionari che orbitano alla quota di 36 000 km) e fino a 5500 eclissi a quote inferiori (satelliti LEO).
E, durante ogni eclisse, l'energia elettrica utilizzata a bordo del satellite artificiale deve essere fornita da accumulatori che, a loro volta, sono ricaricati dai pannelli solari nei periodi di esposizione alla luce.
Poiché
la durata di vita prevista per un satellite può arrivare
attualmente a 6 anni (per i satelliti LEO) e a 15 anni per i
satelliti GEO (ma si tratta di valori continuamente crescenti),
gli accumulatori per satelliti devono poter sopportare da 1 000 a
33 000 cicli di carica e scarica senza guasti e senza richiedere
manutenzione.
Si tratta dunque di prestazioni notevolmente superiori a quelle richieste nelle applicazioni terrestri e che impongono di utilizzare solo accumulatori di tipo avanzato. Occorre inoltre che questi accumulatori siano sottoposti, durante ogni eclisse, a scariche poco profonde.
Per le applicazioni spaziali sono stati finora utilizzati accumulatori cadmio-nichel e nichel-idrogenuri metallici, con un'energia specifica che non supera i 24-36 Wh/kg (tenendo conto del peso complessivo dell'accumulatore, contenitore compreso). Quindi, allo stato dell'arte, gli accumulatori rappresentano il 15% del peso di un tipico satellite per telecomunicazioni e circa la metà del carico utile.
Se si ricorda che il lancio di un satellite GEO comporta costi dell'ordine di 50 mila dollari/kg, si può comprendere perché gli accumulatori nichel-idrogenuri metallici abbiano potuto soppiantare quelli a cadmio-nichel, per il fatto di essere del 30% più leggeri.
Successivamente i progressi compiuti nei primi anni Novanta nello sviluppo degli accumulatori a litio-ione hanno aperto la strada a nuove interessanti soluzioni alternative.
Anche se la durata media di vita degli accumulatori litio-ione è tuttora piuttosto modesta (1000 - 2000 cicli), essi sono stati presi in considerazione non solo per i piccoli satelliti LEO, ma anche per i grandi satelliti di telecomunicazionni GEO, a causa di alcuni importanti vantaggi rispetto ai tipi prececentemente usati:
- dimezzamento del peso della batteria di accumulatori senza sostanziali aumenti di costo,
- aumento della tensione di ogni elemento, da 1,2 V a oltre 3 V,
- immunità ai campi magnetici ( proprietà che non possono avere gli accumulatori cadmio-nichel e nichel-idruri magnetici a causa delle proprietà ferromagnetiche del nichel).
Gli accumulatori litio-ione saranno provati a bordo del satellite per sperimentazioni tecnologiche dimostrative Stentor, il cui lancio è in programma per il 2000.
Fonte: Dudley G, Verniolle JJ: Secondary Lithium Batteries for Spacecraft (http://esapub.esrin.esa.it).
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