I cubesat hanno rivoluzionato il modo di fare spazio: piccoli, economici, versatili, capaci di moltiplicare le opportunità di ricerca in orbita bassa. Ma la loro stessa natura compatta impone un limite che, finora, è sembrato difficile da superare. Le dimensioni ridotte lasciano poco spazio alle antenne, e senza antenne efficienti la trasmissione dei dati resta lenta, intermittente, inadatta a missioni che richiedono un flusso informativo continuo. È proprio su questo punto che interviene lo studio pubblicato su IEEE Transactions on Antennas and Propagation da un gruppo di ricercatori dell’Institute of Science di Tokyo, che propone una soluzione tanto elegante quanto ingegnosa: un’antenna pieghevole di soli 64 grammi, capace di dispiegarsi in orbita e amplificare drasticamente le capacità comunicative dei piccoli satelliti.
L’idea nasce dall’esigenza di conciliare due elementi apparentemente opposti. Da un lato, la necessità di un’antenna sufficientemente ampia da garantire un guadagno elevato e una trasmissione stabile; dall’altro, il vincolo di un volume di lancio estremamente ridotto, che non permette strutture rigide o ingombranti. La risposta arriva da una membrana ultrasottile, modellata secondo una geometria pieghevole che ricorda le strutture modulari dell’origami tradizionale. Se compressa, occupa pochi centimetri e può essere riposta in un volume di soli 10x10x6 cm; una volta aperta, assume la forma di una superficie riflettente capace di convogliare il segnale radio con un’efficienza paragonabile a quella di antenne molto più grandi.
Configurazione dell’antenna reflectarray montata su un CubeSat 3U. Crediti: IEEE Transactions on Antennas and Propagation.
Il cuore del progetto è un’antenna composta da un radiatore primario che genera il segnale radio e da un reflectarray che dirige e rafforza il segnale. Il design sfrutta la flessibilità dei materiali polimerici e la precisione delle pieghe per ottenere una struttura stabile, leggera e facilmente dispiegabile. I test condotti dai ricercatori del Dipartimento di Ingegneria elettrica ed elettronica dell’Institute of Science di Tokyo, guidati dal professor Takashi Tomura, mostrano che l’antenna, una volta aperta, mantiene la forma prevista anche in condizioni di microgravità e vibrazioni, due fattori critici per qualsiasi componente destinato allo spazio. Le simulazioni indicano inoltre un aumento significativo della velocità di trasmissione dei dati, un risultato che potrebbe trasformare il ruolo dei cubesat nelle missioni scientifiche e tecnologiche dei prossimi anni.
Dispiegamento del reflectarray. Crediti IEEE Transactions on Antennas and Propagation.
Il vantaggio più evidente riguarda la possibilità di inviare a Terra immagini ad alta risoluzione, misurazioni complesse o flussi continui di dati senza dover ricorrere a infrastrutture più grandi e costose. Una costellazione di piccoli satelliti dotati di antenne pieghevoli potrebbe, per esempio, monitorare fenomeni atmosferici con una frequenza mai raggiunta prima, oppure supportare missioni verso la Luna o interplanetarie come elementi di comunicazione ausiliaria. La stessa logica si applica alle missioni commerciali, che sempre più spesso si affidano ai cubesat per telecomunicazioni, osservazione della Terra o servizi di navigazione.
Se le prossime fasi di test confermeranno le prestazioni osservate in laboratorio, le antenne pieghevoli potrebbero diventare uno standard per la nuova generazione di satelliti miniaturizzati, aprendo la strada a missioni più ambiziose e a un uso più efficiente dello spazio orbitale.
Immagine in alto: il Reflectarray visto dall’alto. Crediti: IEEE Transactions on Antennas and Propagation.