Satelliti alimentati ad acqua? Il propellente rivoluzionario che sta cambiando i voli spaziali

• La propulsione ad acqua per satelliti può utilizzare la propulsione a vapore (resistojet), l’elettrolisi in idrogeno e ossigeno per la combustione, oppure propulsori a plasma/ioni d’acqua per una propulsione ad alto ISP.
• Il Vigoride di Momentus Space utilizza un propulsore elettrotermico a microonde (MET) che riscalda l’acqua con energia solare tramite microonde, facendola bollire fino a diventare plasma ed espellendola come getto ad alta energia.
• Nel gennaio 2023, il Vigoride-5 di Momentus ha effettuato 35 accensioni del propulsore e ha innalzato la propria orbita di circa 3 km utilizzando solo la propulsione ad acqua.
• Nel 2018, i satelliti HawkEye 360 Pathfinder e il satellite radar di Capella Space hanno utilizzato i propulsori ad acqua Comet di DSI per la manutenzione dell’orbita, segnando il primo utilizzo commerciale in orbita della propulsione ad acqua.
• Nel 2019, il CubeSat AQT-D dell’Università di Tokyo, rilasciato dalla ISS, ha testato un resistojet ad acqua per il controllo d’assetto e piccoli cambiamenti orbitali.
• La missione Pathfinder Technology Demonstrator-1 (PTD-1) della NASA nel 2021 ha trasportato il sistema di propulsione a elettrolisi dell’acqua Hydros su un CubeSat 6U per dimostrare la propulsione a elettrolisi nello spazio.
• ArianeGroup prevede una dimostrazione ESMS in orbita entro l’autunno 2026 con un motore ad acqua a doppia modalità che elettrolizza l’acqua in circa 90 minuti, quindi effettua una combustione bipropellente di 30 secondi, raggiungendo circa 300 secondi di Isp e, secondo quanto riferito, riducendo i costi di propulsione fino a un terzo.
• Il propulsore PBR-20 di Pale Blue (1 mN di spinta, oltre 70 s di Isp) è stato testato nel 2019 e 2023, un PBR-50 più grande (10 mN) è stato lanciato all’inizio del 2024, e l’azienda prevede il primo motore a ioni d’acqua al mondo in formato 1U su due rideshare D-Orbit nel 2025.
• Entro il 2024, i propulsori ad acqua sono entrati nelle flotte operative, con i satelliti Hawkeye 360, Capella e BlackSky Gen-2 che utilizzano la propulsione ad acqua Comet per la manutenzione dell’orbita.
• La dimostrazione WINE del 2019 da parte di UCF e Honeybee Robotics ha estratto acqua da ghiaccio di asteroide simulato per alimentare una spinta a razzo a vapore, illustrando il potenziale per il rifornimento nello spazio e il “vivere dei materiali locali”.

Immagina un futuro in cui i satelliti sono spinti non da carburanti tossici o gas rari, ma dalla semplice acqua. Potrebbe sembrare fantascienza, ma i motori satellitari alimentati ad acqua stanno rapidamente diventando realtà. Questi nuovi sistemi di propulsione utilizzano H₂O come propellente – sia espellendo vapore surriscaldato che scomponendo l’acqua in idrogeno e ossigeno per la combustione – per manovrare i veicoli spaziali in orbita. Il vantaggio è evidente: l’acqua è economica, abbondante, ecologica, e molto più sicura da maneggiare rispetto ai carburanti tradizionali per razzi esa.int, nasa.gov. Come ha detto l’astronauta in pensione Chris Hadfield, poter spingere veicoli spaziali con nient’altro che energia solare e acqua distillata è “una grande libertà”, soprattutto perché l’acqua è ampiamente disponibile nello spazio (dai crateri lunari al ghiaccio delle comete) spaceref.com. In questo rapporto, esploreremo come funziona la propulsione ad acqua, i suoi vantaggi e svantaggi, e le ultime innovazioni (fino al 2025) che stanno portando questa tecnologia dalle dimostrazioni sperimentali all’uso mainstream.

Come funzionano i propulsori satellitari alimentati ad acqua?

L’acqua da sola non brucia come un combustibile convenzionale: è la massa di reazione che viene energizzata ed espulsa per produrre spinta. Esistono alcuni modi ingegnosi con cui gli ingegneri hanno reso possibili i motori alimentati ad acqua:

• Propulsione a vapore (propulsori elettrotermici): L’approccio più semplice consiste nel riscaldare l’acqua fino a trasformarla in vapore ad alta pressione e farla uscire da un ugello per produrre spinta. Questi progetti “razzo a vapore” o resistojet utilizzano riscaldatori elettrici o energia a microonde per far bollire l’acqua. Ad esempio, il veicolo Vigoride di Momentus Space utilizza un propulsore elettrotermico a microonde (MET) che “riscalda l’acqua con le microonde usando l’energia solare” fino a farla bollire in plasma, che viene espulso come un getto ad alta energia spaceref.com. È simile a mettere un ugello su un bollitore o un forno a microonde: il vapore caldo espulso spinge il satellite. I propulsori a vapore producono una spinta bassa ma sono molto sicuri e meccanicamente semplici. La startup giapponese Pale Blue ha dimostrato un sistema di questo tipo in orbita nel 2023, utilizzando un resistojet ad acqua per modificare l’orbita di un piccolo satellite Sony di alcuni chilometri phys.org. Il progetto di Pale Blue mantiene l’acqua a bassa pressione e la vaporizza a temperature moderate, un approccio che ha permesso due minuti di accensione continua nello spazio phys.org.
• Elettrolisi (Motori a razzo ad acqua): Un metodo più energetico consiste nel separare l’acqua in gas idrogeno e ossigeno (tramite elettrolisi) e poi bruciare quella miscela in un mini propulsore a razzo. In sostanza, il satellite trasporta acqua liquida non pressurizzata, poi utilizza l’energia elettrica dei pannelli solari per produrre gas combustibili su richiesta. Il motore Hydros della NASA, sviluppato con Tethers Unlimited, ha aperto la strada a questo approccio spinoff.nasa.gov. Una volta in orbita, Hydros elettrolizza l’acqua in H₂ e O₂ immagazzinati in sacche, poi li accende in una camera per ottenere impulsi di spinta spinoff.nasa.gov. È “un ibrido tra propulsione elettrica e chimica”, spiega il CEO di Tethers Unlimited Robert Hoyt – l’energia solare si occupa di separare l’acqua, ma la combustione risultante fornisce una spinta potente spinoff.nasa.gov. Gli ingegneri europei di ArianeGroup stanno lavorando a un sistema simile: un grande serbatoio d’acqua alimenta un elettrolizzatore, con i gas idrogeno/ossigeno accesi dopo circa 90 minuti di generazione, producendo circa 30 secondi di spinta per ciclo ariane.group. Questo processo ciclico di carica e combustione può fornire livelli di spinta molto più elevati rispetto ai propulsori a ioni elettrici (ArianeGroup stima fino a 14 volte più spinta per potenza in ingresso rispetto ai propulsori a ioni ad effetto Hall) esa.int. Il compromesso è un impulso specifico moderato – cioè efficienza del carburante – che si colloca tra la propulsione chimica convenzionale e quella elettrica esa.int. Tuttavia, le prestazioni sono notevoli: “L’idrazina ha un impulso specifico di 200 s contro i 300 s dell’acqua,” osserva Jean-Marie Le Cocq di ArianeGroup, confrontando favorevolmente il loro motore ad acqua con il carburante tossico che potrebbe sostituire ariane.group.
• Propulsori a ioni e a plasma che utilizzano acqua: L’acqua può anche servire come propellente in avanzati sistemi di propulsione elettrica. In questi progetti, il vapore acqueo viene ionizzato o eccitato in plasma, quindi accelerato da campi elettromagnetici per generare spinta (in modo simile a un motore a ioni a xeno). Ad esempio, Pale Blue sta sviluppando un Propulsore a ioni ad acqua che utilizza una sorgente di plasma a microonde per atomizzare le molecole d’acqua ed espellere ioni per la spinta phys.org. Tali sistemi possono raggiungere impulsi specifici molto più elevati (oltre 500 secondi) perché il propellente viene espulso a velocità estreme reddit.com. Allo stesso modo, i ricercatori hanno testato propulsori arcjet alimentati ad acqua (~550 s Isp) e propulsori a plasma a microonde (fino a 800 s Isp) reddit.com – prestazioni pari o superiori a molti propulsori elettrici all’avanguardia. La sfida qui è gestire la generazione del plasma e prevenire la corrosione degli elettrodi dovuta ai sottoprodotti dell’acqua. Ma il potenziale è enorme: propulsori ad acqua ad alto Isp potrebbero rendere l’acqua più efficiente in termini di massa rispetto ai combustibili tradizionali per alcune missioni reddit.com. Queste sono ancora tecnologie emergenti; le prime dimostrazioni in orbita di un motore a ioni ad acqua di Pale Blue sono previste per il 2025 tramite due missioni con la navicella portante di D-Orbit payloadspace.com. In futuro, i propulsori ibridi potrebbero persino combinare modalità – ad esempio, un sistema doppio che offre spinte a vapore ad alta potenza quando necessario e propulsione a ioni efficiente per crociere di lunga durata phys.org.

In tutti i casi, l’idea centrale è utilizzare l’energia elettrica (proveniente da pannelli solari) per aggiungere energia cinetica alla massa d’acqua ed espellerla per la propulsione. L’acqua stessa è inerte e non tossica, il che la rende particolarmente conveniente: può essere immagazzinata come liquido (non sono necessari serbatoi ad alta pressione al lancio) e non esploderà né avvelenerà chi la maneggia. La propulsione si “attiva” solo quando il satellite è al sicuro in orbita e c’è energia disponibile per riscaldare o elettrolizzare l’acqua. Questa natura “on-demand” è esattamente il motivo per cui la NASA sta investendo in propulsori a base d’acqua per piccoli satelliti: “PTD-1 soddisferà questa esigenza con la prima dimostrazione di un sistema di propulsione spaziale a elettrolisi dell’acqua nello spazio,” ha dichiarato David Mayer, project manager per una missione di prova del 2021 nasa.gov. Le prossime sezioni esploreranno perché questo concetto sia così interessante – e quali sfide restano ancora da affrontare.

Vantaggi della propulsione ad acqua

Sicurezza e semplicità: I propellenti tradizionali per satelliti come l’idrazina o lo xeno sono altamente tossici, corrosivi o richiedono una forte pressurizzazione. L’acqua, al contrario, è “il combustibile per razzi più sicuro che conosca,” osserva Mayer nasa.gov. È non tossica, non infiammabile e stabile a temperatura ambiente, rendendo l’integrazione e il lancio molto più semplici ed economici nasa.gov. Non servono tute hazmat né procedure complesse di caricamento del carburante – “puoi farci giocare gli studenti universitari, e non si avveleneranno,” scherza il CEO di Tethers Unlimited spinoff.nasa.gov. Questo fattore di sicurezza è particolarmente cruciale per i CubeSat che viaggiano come rideshare su razzi con carichi primari costosi, dove regole stringenti spesso vietano esplosivi a bordo o serbatoi ad alta pressione nasa.gov. I sistemi alimentati ad acqua restano innocui fino all’attivazione in orbita, riducendo le preoccupazioni per la sicurezza. Questo ha aperto la strada anche ai CubeSat più piccoli per avere la propulsione, cosa prima vietata a causa delle restrizioni sulla sicurezza dei carburanti.

Basso costo e ubiquità: L’acqua costa pochissimo ed è universalmente disponibile. Non ci sono colli di bottiglia nella catena di approvvigionamento: qualsiasi sito di lancio nel mondo può ottenere facilmente acqua pura (e versarne un po’ senza problemi). “L’acqua è disponibile ovunque sulla Terra e può essere trasportata senza rischi,” sottolinea Nicholas Harmansa di ArianeGroup, che è convinto che “l’acqua sia il carburante del futuro” ariane.group. Al litro, l’acqua costa pochi centesimi, mentre propellenti elettrici esotici come il gas xeno hanno subito fluttuazioni di prezzo e disponibilità. Anche l’hardware per i propulsori ad acqua può essere più economico: non serve utilizzare serbatoi a pareti spesse o tubature per materiali tossici. Nel complesso, secondo le stime di ArianeGroup, l’uso dell’acqua può ridurre i costi dei sistemi di propulsione di un fattore tre rispetto ai sistemi convenzionali ariane.group. L’Agenzia Spaziale Europea ha rilevato che un satellite da 1 tonnellata potrebbe risparmiare circa 20 kg di massa passando dall’idrazina a un motore a elettrolisi dell’acqua, oltre a “costi di gestione e rifornimento ampiamente ridotti” esa.intesa.int. Per gli operatori commerciali, questi risparmi in massa e denaro si traducono in più carico utile e meno rischi.

Rifornimento e sostenibilità nello spazio: Forse il vantaggio più entusiasmante è come la propulsione ad acqua potrebbe rendere possibile un’infrastruttura spaziale sostenibile. L’acqua non è solo comune sulla Terra – è abbondante in tutto il sistema solare. I depositi di ghiaccio sulla Luna, su Marte, sugli asteroidi e su lune come Europa sono essenzialmente “stazioni di servizio spaziali” pronte per essere sfruttate mobilityengineeringtech.com. A differenza dei carburanti tossici che richiederebbero complesse fabbriche chimiche per essere riprodotti fuori dalla Terra, l’acqua può essere estratta e utilizzata direttamente come propellente dopo una lavorazione minima. Questo ha enormi implicazioni per l’esplorazione dello spazio profondo: un veicolo spaziale potrebbe riempire i suoi serbatoi raccogliendo ghiaccio a destinazione e poi proseguire il viaggio indefinitamente. Una dimostrazione pionieristica di questo concetto è arrivata nel 2019, quando un team della UCF e di Honeybee Robotics ha testato il prototipo WINE (World Is Not Enough), un piccolo lander che ha estratto ghiaccio simulato da asteroide e lo ha usato per generare spinta a vapore en.wikipedia.org. WINE ha perforato con successo il regolite ghiacciato, estratto acqua e compiuto un salto in una camera a vuoto su un getto di vapore – dimostrando che un veicolo può “vivere dei materiali locali” e rifornirsi autonomamente per “un’esplorazione eterna” en.wikipedia.org. Nel lungo termine, veicoli spaziali alimentati ad acqua potrebbero spostarsi da un asteroide all’altro senza mai aver bisogno di rifornimenti dalla Terra en.wikipedia.org. Anche nelle operazioni in orbita terrestre, aziende come Orbit Fab stanno considerando l’acqua come candidata per servizi di rifornimento orbitale, dato quanto sia facile da gestire. Tutto ciò rende la propulsione ad acqua una pietra angolare per l’economia spaziale che i visionari stanno cercando di costruire: “vediamo l’acqua come una risorsa fondamentale, chiave per questa economia,” dice Hoyt, che sta progettando i propulsori Hydros di nuova generazione con porti di rifornimento per una vita operativa indefinita spinoff.nasa.gov.

Pulizia ambientale e operativa: In quanto propellente verde, l’acqua non produce scarichi nocivi – solo vapore acqueo o una traccia di idrogeno/ossigeno che si dissipa rapidamente. Questo è ottimo non solo per l’ambiente terrestre, ma anche per i sistemi sensibili dei veicoli spaziali. I sensori ottici o gli star-tracker non verranno appannati da residui, e non c’è rischio di impatto di pennacchi corrosivi su superfici delicate mobilityengineeringtech.com. Chris Hadfield sottolinea che i propulsori a base d’acqua sono ideali per missioni di servizio come il riposizionamento del vecchio telescopio spaziale Hubble, perché “non possono spruzzare [Hubble] con alcun tipo di residuo di propellente” spaceref.com. La spinta delicata e controllata di un motore al plasma d’acqua può alzare o abbassare le orbite senza le forti sollecitazioni dei motori chimici, riducendo lo stress meccanico durante le operazioni delicate spaceref.com. In sintesi, la propulsione ad acqua è più amica non solo di chi lancia e costruisce satelliti, ma anche dei satelliti stessi e dei loro vicini celesti.

Illustrazione di un piccolo satellite che utilizza un propulsore a base d’acqua in orbita. La propulsione alimentata ad acqua può essere ottenuta riscaldando elettricamente o elettrolizzando l’acqua per produrre spinta, offrendo un’alternativa più sicura e “verde” rispetto ai tradizionali razzi chimici nasa.govnasa.gov.

Sfide e limitazioni

Se la propulsione ad acqua è così vantaggiosa, perché non tutti i satelliti la usano già? Come per ogni nuova tecnologia, ci sono compromessi e ostacoli da superare:

Spinta inferiore (in alcune modalità): I propulsori resistojet ad acqua pura tendono ad avere una spinta piuttosto bassa rispetto ai razzi chimici. Far bollire l’acqua permette di espellerla solo fino a una certa velocità (tipicamente producendo un impulso specifico dell’ordine di 50–100 secondi per i semplici propulsori a vapore reddit.com, blog.satsearch.co). Questo va bene per piccoli CubeSat che effettuano lievi aggiustamenti, ma significa che le manovre sono lente. Un propulsore a vapore con Isp di 50 s offre “molto meno rendimento per il costo” in termini di impulso rispetto a un tipico propulsore a idrazina da 300 s reddit.com. L’industria sta affrontando questo problema passando a soluzioni a energia più elevata come i propulsori al plasma (Isp superiore a 500 s) e la combustione bipropellente ad acqua (~300 s Isp) reddit.com, ariane.group. Tuttavia, il rapporto spinta/potenza resta un fattore limitante: serve molta potenza elettrica per ottenere una spinta significativa dall’acqua. Sui piccoli satelliti, la potenza è limitata, quindi c’è un tetto massimo alla spinta a meno che non dispongano di grandi pannelli solari o altre fonti di energia. Ecco perché anche i migliori motori a ioni d’acqua saranno adatti per un lento innalzamento dell’orbita, non per trasferimenti orbitali rapidi (almeno per ora). Gli ingegneri devono valutare attentamente se i requisiti di delta-V e di tempistiche di una missione possono essere soddisfatti con un propulsore elettrico ad acqua o se è necessario un sistema chimico a spinta superiore.

Richieste Energetiche e Termiche: L’acqua può essere facile da immagazzinare, ma trasformarla in gas caldo o plasma richiede molta energia. L’elettrolisi in particolare è molto energivora: scindere l’acqua è intrinsecamente inefficiente, e poi bisogna comunque accendere i gas. Gli elettrolizzatori e i riscaldatori aggiungono complessità e possono essere punti di guasto. Gestire il calore è un altro problema: i sistemi a ebollizione o a plasma possono funzionare a temperature elevate, il che è difficile nel vuoto dello spazio dove il raffreddamento è complicato. Hoyt di Tethers Unlimited ha sottolineato le sfide dei materiali nel trattare con “idrogeno, ossigeno e vapore surriscaldato” – corrosione e contaminazione possono facilmente degradare un sistema spinoff.nasa.gov. I progettisti devono usare rivestimenti speciali e acqua ultrapura per evitare l’incrostazione degli elettrodi e garantire una lunga durata spinoff.nasa.gov. Questi problemi vengono risolti gradualmente (con materiali migliori e isolando, ad esempio, l’elettrolizzatore dalla camera di combustione), ma ci sono voluti anni di ricerca e sviluppo per realizzare un motore affidabile. Infatti, nonostante la NASA teorizzasse razzi ad acqua fin dagli anni ’60, solo di recente è emerso un “motore pratico a elettrolisi dell’acqua” a causa di questi ostacoli tecnicispinoff.nasa.gov.

Compromesso tra Prestazioni e Stoccaggio: L’acqua è voluminosa. Ha una densità discreta (1 g/mL, simile a molti combustibili liquidi) ma non offre energia chimica propria. Questo significa che per missioni ad alto delta-V, un serbatoio di propellente ad acqua potrebbe dover essere più grande rispetto a uno di propellenti più energetici. Il vantaggio dell’acqua è che propulsori avanzati possono fornire energia esterna per compensare. Ad esempio, un propulsore elettrotermico a microonde che fornisce 5 kW all’acqua può raggiungere ~800 s di Isp reddit.com, ottenendo così più prestazioni da ogni goccia d’acqua. Ma questi livelli di potenza sono disponibili solo su veicoli spaziali più grandi. I piccoli satelliti potrebbero essere limitati a Isp più bassi, rendendo l’acqua meno efficiente in termini di massa per loro. C’è anche il problema della gestione dell’acqua in orbita: può congelare se le linee o i serbatoi non sono riscaldati, oppure può causare instabilità di spinta se vaporizza in modo imprevedibile. Gli ingegneri mitigano questo con un attento controllo termico e regolazione della pressione (ad esempio mantenendo l’acqua leggermente pressurizzata così da restare liquida fino al momento della vaporizzazione voluta phys.org). Inoltre, sebbene l’acqua non sia pressurizzata al lancio, alcuni sistemi richiedono di pressurizzarla nello spazio (o di immagazzinare i gas elettrolizzati in serbatoi sotto pressione). Questo reintroduce una certa complessità dei sistemi pressurizzati, anche se solo dopo aver raggiunto l’orbita. I pianificatori di missione devono anche considerare la perdita per ebollizione del propellente – l’acqua in un serbatoio riscaldato potrebbe fuoriuscire o evaporare durante una missione di lunga durata se non adeguatamente sigillata e raffreddata.

Eredità di volo e fiducia: A partire dal 2025, la propulsione ad acqua è ancora una novità relativa nelle flotte operative. Molti operatori satellitari adottano un approccio “aspetta e vedi”, volendo essere sicuri che la tecnologia sia collaudata. I primi adottanti come HawkEye 360 (che ha utilizzato propulsori ad acqua nel 2018) e il programma Star Sphere di Sony (2023) hanno contribuito a costruire fiducia geekwire.com, phys.org. Tuttavia, i clienti più conservatori potrebbero richiedere ulteriori dimostrazioni, soprattutto per missioni critiche, prima di abbandonare i propulsori chimici collaudati. Ci sono stati anche piccoli intoppi: ad esempio, la missione Pathfinder Technology Demonstrator-1 (PTD-1) della NASA nel 2021 mirava a dimostrare il propulsore Hydros di Tethers in orbita nasa.gov. Sebbene la missione sia stata in gran parte un successo, eventuali anomalie o prestazioni inferiori alle attese (se riscontrate) sono lezioni da cui le future iterazioni potranno migliorare. Vale la pena notare che anche i test di successo finora hanno avuto una durata limitata (minuti di accensione). La resistenza a lungo termine di questi sistemi (centinaia di accensioni in anni) è in fase di test ma non è ancora completamente validata nello spazio. Questo sta cambiando rapidamente poiché aziende come Momentus hanno ora acceso i loro propulsori ad acqua decine di volte in orbita nasdaq.com. Ogni nuova missione amplia i limiti, avvicinando la propulsione ad acqua a un’opzione mainstream. Nel frattempo, ingegneri e regolatori stanno valutando attentamente questi propulsori per stabilire standard e migliori pratiche (ad esempio, assicurandosi che un satellite “alimentato ad acqua” possa essere deorbitato in sicurezza a fine vita riservando un po’ d’acqua per una manovra finale di deorbitazione – un requisito per la mitigazione dei detriti spaziali).

In breve, le limitazioni della propulsione ad acqua – spinta immediata inferiore, esigenze energetiche e rischi legati allo stadio iniziale di sviluppo – fanno sì che non sia ancora una soluzione universale per ogni scenario. Tuttavia, il rapido progresso degli ultimi anni suggerisce che queste sfide vengono superate una dopo l’altra, come vedremo nel contesto di missioni e attori reali.

Prime innovazioni e traguardi storici

Il concetto di utilizzare l’acqua come propellente spaziale circola da decenni. I ricercatori della NASA dell’era Apollo riconobbero che l’acqua poteva essere trasformata in idrogeno/ossigeno – la stessa potente combinazione che alimentava gli Space Shuttle – se si disponeva di energia nello spazio spinoff.nasa.gov. Ma per tutto il XX secolo, l’idea rimase sulla carta; i razzi chimici che utilizzavano combustibili tossici stoccabili erano semplicemente più maturi e fornivano una spinta maggiore per la tecnologia dell’epoca. Solo con la miniaturizzazione dei satelliti e i progressi nell’energia elettrica la propulsione ad acqua ha acquisito nuova rilevanza. Ecco alcune tappe fondamentali che hanno portato allo stato attuale:

• 2011–2017: L’ascesa dei CubeSat (piccoli satelliti costruiti da cubi di 10 cm) ha creato la necessità di propulsori altrettanto piccoli e sicuri. I gruppi di ricerca hanno iniziato a riconsiderare l’acqua come propellente ideale per CubeSat, poiché molti fornitori di lanci vietavano i combustibili chimici sui carichi secondari. Nel 2017, un team della Purdue University guidato dalla Prof.ssa Alina Alexeenko ha presentato un micropropulsore chiamato FEMTA (Film-Evaporation MEMS Tunable Array) che utilizza acqua ultrapura mobilityengineeringtech.com. FEMTA impiegava capillari da 10 micron incisi nel silicio; la tensione superficiale mantiene l’acqua in posizione fino a quando un riscaldatore la fa bollire, espellendo micro-getti di vapore. Nei test in camera a vuoto, un propulsore FEMTA ha prodotto una spinta controllabile nell’intervallo 6–68 µN con impulso specifico intorno a 70 s futurity.org, sciencedirect.com. Quattro propulsori FEMTA (con circa un cucchiaino d’acqua in totale) potevano ruotare un CubeSat 1U in meno di un minuto utilizzando solo 0,25 W di potenza mobilityengineeringtech.com. Questa è stata una svolta nel dimostrare che anche sistemi a bassissima potenza potevano fornire un controllo d’assetto significativo usando l’acqua. Alexeenko ha sottolineato l’attrattiva dell’acqua non solo per le orbite terrestri ma anche per l’utilizzo delle risorse nello spazio – “Si pensa che l’acqua sia abbondante sulla luna marziana Phobos, il che la rende potenzialmente una grande stazione di servizio nello spazio… [e] un propellente molto pulito” mobilityengineeringtech.com.
• 2018: Il primo utilizzo operativo della propulsione ad acqua in orbita ha avuto luogo. Una startup statunitense, Deep Space Industries (DSI), aveva sviluppato il propulsore elettrotermico Comet, un piccolo dispositivo che fa bollire l’acqua e la espelle per manovrare i piccoli satelliti. Nel dicembre 2018, i propulsori Comet di DSI volarono su quattro satelliti commerciali: tre per la costellazione radiofrequenza HawkEye 360 e uno per la dimostrazione di imaging radar di Capella Space geekwire.com. Questi piccoli satelliti utilizzarono con successo la propulsione ad acqua per regolare le loro orbite, segnando il debutto dei motori alimentati ad acqua nello spazio. Nello stesso periodo, un CubeSat giapponese 3U chiamato AQT-D (Aqua Thruster-Demonstrator), sviluppato presso l’Università di Tokyo, fu rilasciato dalla ISS. AQT-D testò un sistema resistojet ad acqua in orbita alla fine del 2019, dimostrando cambiamenti di assetto e piccole variazioni orbitali; questo fu uno dei primi test in orbita da parte del Giappone che pose le basi per la startup Pale Blue successivamente blog.satsearch.co.
• 2019: L’interesse della NASA per la propulsione ad acqua passò dalla teoria alla pratica. Tethers Unlimited, grazie a contratti SBIR della NASA e a una partnership “Tipping Point”, consegnò un propulsore HYDROS-C pronto al volo per CubeSatspinoff.nasa.govspinoff.nasa.gov. La NASA integrò questo sistema nella missione Pathfinder Technology Demonstrator 1 (PTD-1), un CubeSat 6U. Sebbene il lancio sia stato posticipato al 2021, questa missione mirava a essere la “prima dimostrazione di un sistema di propulsione spaziale a elettrolisi dell’acqua nello spazio” nasa.gov. La sola approvazione di un carico utile a propulsione ad acqua indicava la fiducia della NASA nella sua sicurezza e utilità per le piccole missioni. Nel settore privato, DSI è stata acquisita da Bradford Space nel 2019 geekwire.com, spostando completamente il focus di DSI sulla propulsione. Bradford ha continuato a commercializzare il propulsore Comet come alternativa non tossica per i piccoli satelliti, e anche i grandi integratori hanno iniziato a interessarsi – LeoStella (il produttore della costellazione di osservazione terrestre BlackSky) ha deciso di adottare i propulsori ad acqua Comet per i suoi prossimi satelliti geekwire.com. Alla fine del 2019, il trend era chiaro: la propulsione ad acqua era passata dai prototipi di laboratorio ai veri veicoli spaziali e stava attirando investimenti significativi.
• 2020–2021: Diversi eventi significativi hanno mantenuto i propulsori ad acqua sulle prime pagine. Una startup con sede a Washington, Momentus Inc., è emersa con piani ambiziosi per rimorchiatori spaziali (veicoli di trasferimento orbitale) alimentati da motori al plasma d’acqua. Co-fondata da un imprenditore russo, Momentus ha attirato l’attenzione per le sue promesse di “propulsione al plasma d’acqua”, anche se ostacoli normativi hanno ritardato i primi lanci al 2021. Nel frattempo, nel 2020, la startup giapponese Pale Blue Inc., nata dai laboratori dell’Università di Tokyo, ha puntato a commercializzare la propulsione ad acqua nel mercato giapponese e globale phys.org. La loro roadmap includeva piccoli resistojets e propulsori più avanzati a ioni e ad effetto Hall utilizzando acqua. All’inizio del 2021, la NASA ha finalmente lanciato PTD-1 (sul volo condiviso Transporter-1 di SpaceX) con a bordo il propulsore Hydros nasa.gov. Durante una missione di 4-6 mesi, PTD-1 doveva effettuare cambi d’orbita utilizzando acqua come carburante, dimostrando le prestazioni e l’affidabilità necessarie per un uso futuro nasa.gov. Questa missione è stata il coronamento di quasi un decennio di lavoro da parte di Tethers e NASA, dimostrando che anche un satellite delle dimensioni di una scatola da scarpe poteva avere un “sistema di propulsione a basso costo e alte prestazioni” utilizzando acqua nasa.gov. Il 2021 ha visto anche l’Agenzia Spaziale Europea completare uno studio sulla fattibilità della propulsione ad acqua, identificandola come una delle migliori scelte per alcune classi di missioni (in particolare satelliti LEO da 1 tonnellata) e spingendo aziende come la tedesca OMNIDEA-RTG ad avviare sforzi di sviluppo in Europa esa.intesa.int.

Questa storia iniziale ha posto le basi dimostrando il concetto e la prima adozione. Ora vediamo gli attori attuali che stanno scalando la propulsione ad acqua e le missioni che ne stanno mostrando le capacità.

Principali attori che guidano la propulsione ad acqua

Entro il 2025, un vivace ecosistema di aziende e agenzie spaziali sta portando la propulsione a base d’acqua dalla dimostrazione all’implementazione. Ecco alcune delle organizzazioni più importanti e i loro contributi:

• Tethers Unlimited (USA) & NASA: Tethers Unlimited (TUI) è stata una pioniera con i suoi propulsori a elettrolisi dell’acqua Hydros, sviluppati grazie ai finanziamenti SBIR della NASA spinoff.nasa.gov. In collaborazione con NASA Ames e Glenn, TUI ha fatto volare l’Hydros-C nella missione PTD-1 della NASA, diventando un’apripista della propulsione ad acqua nei CubeSat spinoff.nasa.gov. TUI ha inoltre costruito unità Hydros-M più grandi per satelliti da 50–200 kg nell’ambito di un contratto NASA Tipping Point, consegnando propulsori a Millennium Space Systems per i test spinoff.nasa.gov. Il continuo supporto della NASA (attraverso programmi come Small Spacecraft Technology e le prossime missioni di On-orbit Servicing) indica una forte fiducia dell’agenzia nel propellente ad acqua per veicoli spaziali sicuri e rifornibili. Il CEO di TUI, Hoyt, immagina propulsori ad acqua dotati in futuro di porte di rifornimento, in grado di fare il pieno dai depositi di Orbit Fab o da operazioni di estrazione su asteroidi spinoff.nasa.gov.
• Momentus Inc. (USA): Momentus ha sviluppato un Microwave Electrothermal Thruster (MET) unico che utilizza l’acqua per creare getti di plasma, integrandolo nel veicolo di trasferimento orbitale Vigoride. Nonostante un percorso accidentato (incluso il controllo normativo statunitense e una fusione SPAC ritardata), Momentus ha effettuato con successo diversi voli dimostrativi di Vigoride nel 2022–2023. Durante la missione Vigoride-5 del gennaio 2023, Momentus “ha testato il suo propulsore MET in orbita con 35 accensioni”, convalidando le prestazioni del propulsore in vari casi d’uso nasdaq.com. In un test, Vigoride-5 ha innalzato la propria orbita di circa 3 km utilizzando solo la propulsione ad acqua spaceref.com. Il membro del consiglio di amministrazione Chris Hadfield è stato un sostenitore entusiasta, sottolineando che “stiamo trovando molta più acqua nel nostro sistema solare” da usare come propellente e che il MET di Momentus è fondamentalmente “un ugello su un forno a microonde” che può persino trasformare l’acqua in plasma per la spinta spaceref.com. Momentus ora offre servizi di navetta nello spazio, sfruttando il basso costo dell’acqua per potenzialmente competere sul prezzo. Ha anche proposto progetti ambiziosi, come l’uso di un rimorchiatore a base d’acqua per aumentare l’orbita del telescopio Hubble e prolungarne la vita spaceref.com. Sebbene Momentus stia ancora dimostrando la propria redditività commerciale, ha indubbiamente fatto progredire la tecnologia dimostrando più volte in orbita un sistema di propulsione ad acqua scalabile.
• Pale Blue (Giappone): Una startup nata all’Università di Tokyo, Pale Blue è il nome da tenere d’occhio nella propulsione ad acqua in Asia. Nel marzo 2023, il thruster resistojet ad acqua di Pale Blue ha spinto il satellite EYE di Sony (del progetto Star Sphere) – il primo test in orbita di un motore ad acqua giapponese sviluppato privatamente phys.org. Il thruster ha effettuato una combustione di due minuti che ha cambiato l’orbita del CubeSat come previsto, un grande traguardo per l’azienda phys.org. Pale Blue offre una gamma di thruster: dai moduli resistojet serie PBR- (10, 20, 50) per piccoli satelliti, al prossimo thruster a ioni d’acqua PBI e persino un previsto thruster Hall-effect ad acqua (PBH) entro il 2028 blog.satsearch.co. Il loro thruster PBR-20 (1 mN di spinta, >70 s Isp) è stato testato nei voli del 2019 e 2023, e un PBR-50 più grande (10 mN di spinta) è stato lanciato all’inizio del 2024 per la sua prima missione blog.satsearch.co. Nel 2025, Pale Blue prevede di dimostrare il primo motore a ioni d’acqua al mondo in formato 1U su due missioni rideshare D-Orbit (giugno e ottobre) payloadspace.com. Il governo giapponese sostiene fortemente Pale Blue – un programma del 2024 ha assegnato all’azienda fino a 27 milioni di dollari per sviluppare la propulsione a base d’acqua per applicazioni commerciali e di difesa (segnalando l’interesse nazionale per la propulsione non tossica per satelliti). Con partnership (come quella con l’italiana D-Orbit) e finanziamenti significativi, Pale Blue punta a rivoluzionare il mercato della propulsione per piccoli satelliti con sistemi ad acqua sicuri e ricaricabili.
• Bradford Space (USA/Europa): Dopo l’acquisizione di Deep Space Industries nel 2019, Bradford Space ha ereditato il Comet water thruster e da allora lo ha fornito a numerose missioni satellitari. Il Comet è presentato come “il primo sistema di propulsione ad acqua operativo al mondo” ed è stato implementato da diversi clienti geekwire.com. In particolare, i satelliti pathfinder di HawkEye 360 e il satellite dimostrativo Whitney di Capella nel 2018 hanno entrambi utilizzato i propulsori Comet per il mantenimento dell’orbita geekwire.com. Anche il produttore di Seattle LeoStella ha scelto i motori Comet per i satelliti di seconda generazione BlackSky imaging che costruisce, a conferma della fiducia nell’affidabilità di Comet geekwire.com. Il propulsore Comet fornisce circa 17 mN di spinta e 175 s di Isp blog.satsearch.co, utilizzando un riscaldatore elettrotermico per espellere il vapore acqueo. Bradford lo commercializza come un’alternativa “sicura per il lancio” ai sistemi a idrazina per piccoli e medi satelliti blog.satsearch.co. Con uffici negli Stati Uniti e in Europa, Bradford sta anche integrando la tecnologia Comet nei futuri progetti di missioni nello spazio profondo (ad esempio, il loro Xplorer proposto come piattaforma per missioni su asteroidi potrebbe utilizzare la propulsione ad acqua per manovrare nello spazio profondo geekwire.com). Con la proliferazione delle costellazioni, la produzione da parte di Bradford di propulsori ad acqua già testati in volo la posiziona come fornitore chiave per le aziende che desiderano una propulsione non pericolosa su larga scala.
• ArianeGroup & partner europei (UE): In Europa, il grande prime dell’aerospazio ArianeGroup ha preso l’iniziativa nella propulsione a base d’acqua, puntando a equipaggiare i satelliti di prossima generazione in LEO e MEO. Presso il loro sito di Lampoldshausen in Germania, il team di ArianeGroup ha costruito un motore ibrido elettrico-chimico ad acqua (molto simile al concetto Hydros di Tethers) ariane.group. Alla fine del 2023 hanno rivelato i dettagli: il sistema può elettrolizzare l’acqua in circa 90 minuti e poi effettuare una combustione bipropellente di 30 secondi, con un impulso specifico complessivo di circa 300 secondi ariane.group. Il design è modulare e scalabile – possono aumentare le celle dell’elettrolizzatore, la dimensione del serbatoio o il numero di camere di spinta per soddisfare diversi requisiti satellitari ariane.group. ArianeGroup afferma che il sistema potrebbe essere “tre volte meno costoso” rispetto alla propulsione chimica attuale per le costellazioni ariane.group. Con il supporto di ESA e DLR (agenzia spaziale tedesca), ArianeGroup prevede una dimostrazione in orbita entro autunno 2026 sul satellite ESMS, che utilizzerà il motore ad acqua per aggiustamenti d’orbita e mantenimento della posizione ariane.group. Questa dimostrazione convaliderà il funzionamento dell’elettrolizzatore in microgravità e le prestazioni del motore a doppia modalità nello spazio. L’investimento europeo segnala che vedono la propulsione ad acqua come un’alternativa competitiva e sostenibile per le reti satellitari, soprattutto in vista delle prossime normative che spingono per propellenti “verdi” per ridurre i rischi di lancio.
• Altre startup degne di nota: Oltre ai grandi nomi sopra citati, numerose startup in tutto il mondo stanno innovando nella propulsione ad acqua. Aurora Propulsion Technologies (Finlandia) offre piccoli propulsori ad acqua della serie ARM per CubeSat, inclusi moduli per il controllo completo su 3 assi di satelliti da 1U a 12U utilizzando microgetti d’acqua blog.satsearch.co. SteamJet Space Systems (Regno Unito) ha sviluppato i propulsori chiamati Steam Thruster One e “TunaCan”, che sono motori elettrotermici ad acqua compatti che si inseriscono nel volume inutilizzato dei deployer CubeSat blog.satsearch.co. Questi sono stati testati in volo almeno in una missione CubeSat, dimostrando che anche i nano-satelliti possono effettuare manovre orbitali con un po’ d’acqua riscaldata blog.satsearch.co. In Francia, ThrustMe (nota per i propulsori elettrici a iodio) ha esplorato l’acqua come propellente in alcuni concept, e in Italia, startup finanziate dall’ESA stanno considerando l’acqua anche per stadi superiori di piccoli lanciatori o rimorchi orbitali. Inoltre, un partecipante interessante è URA Thrusters, che ha delineato una gamma di sistemi a propulsione ad acqua – da un propulsore a effetto Hall che può usare vapore acqueo o ossigeno blog.satsearch.co, ai propulsori a elettrolisi “ICE” che combinano la scissione dell’acqua su scala MEMS e la combustione blog.satsearch.co, fino a un Hydra ibrido che abbina un propulsore Hall a un motore chimico per prestazioni flessibili blog.satsearch.co. Sebbene alcuni di questi siano ancora sulla carta, l’ampiezza dello sviluppo sottolinea un punto: la propulsione ad acqua non è una novità isolata, ma un ampio movimento tecnologico che attira innovatori in tutto il mondo.

Un prototipo di volo del sistema di propulsione ad acqua HYDROS-C di Tethers Unlimited per CubeSat. Questa unità compatta contiene serbatoi d’acqua, un elettrolizzatore, sacche di gas e un ugello a razzo spinoff.nasa.gov. Tali sistemi rimangono inerti fino al raggiungimento dell’orbita, quando l’energia solare viene utilizzata per scindere l’acqua in propellenti idrogeno/ossigeno per la spinta.

Missioni e traguardi: la propulsione ad acqua in azione

Le missioni spaziali attuali degli ultimi anni hanno dimostrato la fattibilità dei propulsori alimentati ad acqua e continuano a spingere oltre le loro capacità. Di seguito una cronologia delle missioni e dimostrazioni notevoli che mostrano la propulsione ad acqua:

• 2018 – Primo utilizzo in orbita: I satelliti HawkEye 360 Pathfinder (3 in formazione) e un satellite radar di Capella Space utilizzano ciascuno i propulsori ad acqua Comet di DSI per il mantenimento dell’orbita dopo il lancio nel dicembre 2018 geekwire.com. Questi sono diventati i primi satelliti commerciali a operare con propellente ad acqua, completando con successo le manovre e validando il propulsore nello spazio.
• 2019 – Dimostrazione dalla ISS: Il AQT-D (Aquarius) CubeSat 3U dell’Università di Tokyo, rilasciato dalla Stazione Spaziale Internazionale, attiva i suoi propulsori a resistojet ad acqua in orbita. Il sistema ottiene il controllo d’assetto e piccoli cambiamenti orbitali, segnando la prima dimostrazione giapponese in orbita della propulsione ad acqua. Questa missione ha dimostrato che un propulsore ad acqua multi-ugello può funzionare in microgravità e ha posto le basi per i successivi progetti di Pale Blue blog.satsearch.co.
• 2021 – NASA PTD-1: Il Pathfinder Technology Demonstrator-1, un CubeSat NASA 6U, esegue il primo test di propulsione a elettrolisi dell’acqua in orbita. Trasportando circa 0,5 litri d’acqua, il motore Hydros di PTD-1 esegue manovre di spinta programmate, dimostrando che scindere l’acqua in H₂/O₂ e bruciarla può spingere un satellite come previsto nasa.gov. Questa missione, durata diversi mesi, verifica le prestazioni, la sicurezza e la capacità di riavvio del sistema, offrendo ai piccoli satelliti una nuova opzione collaudata per il controllo dell’orbita.
• 2022 – Debutto di Vigoride: Momentus lancia Vigoride-3 (il suo primo veicolo di servizio orbitale) a maggio 2022. Sebbene i test iniziali dei propulsori siano limitati (il veicolo ha riscontrato alcune anomalie nelle prime operazioni spacenews.com), la missione pone le basi per test incrementali del MET a base d’acqua. Momentus stabilisce il contatto e impara a operare la nuova propulsione nell’ambiente spaziale reale news.satnews.com, preparando miglioramenti per i voli successivi.
• 2023 – Molteplici successi: Quest’anno rappresenta un punto di svolta con diverse vittorie della propulsione ad acqua:
  • Momentus Vigoride-5 (gen 2023): Esegue con successo 35 accensioni dei propulsori del suo MET ad acqua in orbita, alzando la propria orbita e regolando l’assetto usando solo getti di plasma d’acqua nasdaq.com. Questa è una prova importante che un veicolo più grande (~250 kg) può usare la propulsione ad acqua per cambiamenti orbitali significativi.
  • Momentus Vigoride-6 (apr 2023): Continua i test e completa anche un’inserzione in orbita per un cliente (sebbene un problema di temporizzazione software abbia causato un piccolo errore nell’inclinazione orbitale) nasdaq.com. Vigoride-6 rimane operativo, confermando ulteriormente l’affidabilità del sistema di propulsione.
  • Pale Blue EYE Demo (mar 2023): EYE CubeSat di Sony esegue una manovra di innalzamento dell’orbita usando il propulsore ad acqua di Pale Blue per ~120 secondi phys.org. Il successo di questa dimostrazione – che ha spinto il satellite più vicino alla sua orbita target per la fotografia terrestre – conferma la funzionalità orbitale del propulsore ed è ampiamente riportato come l’ingresso del Giappone nella propulsione ad acqua phys.org.
  • EQUULEUS alla Luna (fine 2022–2023): Sebbene non sia stato molto pubblicizzato nei media mainstream, vale la pena menzionare EQUULEUS, un CubeSat JAXA-Università di Tokyo lanciato verso la Luna su Artemis I (nov 2022), che trasportava un sistema resistojet ad acqua per aggiustamenti di traiettoria sciencedirect.com. Ha usato propulsori ad acqua per eseguire con successo correzioni di rotta durante il viaggio verso il punto di Lagrange Terra-Luna, dimostrando la propulsione ad acqua nello spazio cislunare – una prima per operazioni oltre la LEO.
• 2024 – Scalare: La propulsione ad acqua inizia ad apparire su più satelliti operativi:
  • Distribuzioni in flotta: I prossimi lotti di satelliti di Hawkeye 360 e i nuovi satelliti SAR di Capella continuano a utilizzare propulsori Comet a base d’acqua in servizio di routine, con il supporto di Bradford. Inoltre, i satelliti Gen-2 di BlackSky lanciati nel 2024 incorporano la propulsione ad acqua Comet per la manutenzione dell’orbita della costellazione di osservazione terrestre geekwire.com.
  • Nuovi lanci di propulsori: I propulsori PBR-50 più grandi di Pale Blue vedranno il loro primo lancio all’inizio del 2024 su un volo condiviso per piccoli satelliti (missione esatta non divulgata), con l’obiettivo di fornire ~10 mN di spinta per un microsatellite in orbita blog.satsearch.co. Questo dà inizio alla qualificazione della propulsione ad acqua per classi di piccoli satelliti più grandi.
  • Infrastrutture: Aziende come Orbit Fab annunciano piani per rendere l’acqua una delle opzioni di carburante per i loro proposti depositi di propellente orbitali, e il progetto TALOS della NASA considera “serbatoi sganciabili” a base d’acqua per rimorchiatori spaziali per lo spazio profondo – riflettendo una più ampia accettazione che l’acqua farà parte della catena logistica spaziale nei prossimi anni.
• 2025 – In arrivo e in corso: Missioni entusiasmanti sono in programma:
  • Voli Pale Blue D-Orbit: Il primo propulsore a ioni ad acqua (PBI) sarà testato in volo sull’Ion Satellite Carrier di D-Orbit a metà e fine 2025 payloadspace.com. Questi test misureranno la spinta ad alta efficienza e apriranno la strada a unità commerciali a ioni che usano acqua invece di xeno o kripton.
  • Esperimento JAXA RAISE-4: L’agenzia spaziale giapponese prevede di lanciare il satellite dimostrativo tecnologico RAISE-4 nel 2025, che dovrebbe trasportare l’ultimo sistema di propulsione di Pale Blue (probabilmente il PBI migliorato) per test in orbita terrestre bassa blog.satsearch.co.
  • Commercializzazione Momentus: Momentus prevede di passare dai soli test a missioni operative, offrendo il trasporto di carichi utili dei clienti. Entro il 2025, puntano a iniziare a fornire servizi di innalzamento dell’orbita — ad esempio, portando piccoli satelliti dall’orbita di rilascio di un volo condiviso a un’orbita più alta desiderata — utilizzando esclusivamente la propulsione ad acqua. Questo sarà un banco di prova per la fattibilità economica dei propulsori ad acqua in missioni reali.
  • Dimostrazione del motore ad acqua ESA: In Europa, iniziano i preparativi finali per la missione Spectrum Monitoring Satellite (ESMS) prevista per il 2026, che entro il 2025 avrà il suo sistema di propulsione ad acqua integrato e sottoposto a test a terra ariane.group. Se tutto andrà bene, questa missione diventerà il primo satellite commerciale su larga scala a fare affidamento sull’acqua per la propulsione primaria (non solo come unità dimostrativa).

Questa cronologia mostra una chiara accelerazione: da esperimenti isolati di qualche anno fa a molteplici veicoli spaziali che oggi si affidano all’acqua, e molti altri in arrivo. Ogni successo costruisce fiducia e esperienza, che a sua volta attira più utenti. Entro la metà degli anni 2020, la propulsione ad acqua sta uscendo dalla fase sperimentale ed entrando a far parte della cassetta degli attrezzi dei progettisti di missioni.

Rappresentazione artistica di un piccolo satellite (il cubesat EYE di Sony) che nel 2023 ha utilizzato un propulsore resistojet a base d’acqua Pale Blue per regolare la propria orbita phys.orgphys.org. La dimostrazione ha segnato il primo utilizzo nello spazio della propulsione ad acqua da parte di una startup giapponese, e il cambiamento d’orbita del satellite ha confermato le prestazioni del propulsore.

Le ultime scoperte (2024–2025) e cosa ci aspetta

Gli ultimi due anni hanno visto rapidi progressi, e la tendenza è destinata a continuare. Le notizie e gli sviluppi recenti nel 2024–2025 evidenziano come la propulsione ad acqua stia raggiungendo nuovi traguardi:

• Finanziamenti e supporto industriale: Riconoscendo il valore strategico della propulsione non tossica, le agenzie governative stanno investendo nei propulsori ad acqua. Nel 2024, il METI giapponese ha assegnato a Pale Blue una sovvenzione da diversi miliardi di yen (fino a circa 27 milioni di dollari) per potenziare la tecnologia di propulsione ad acqua per satelliti commerciali e della difesa spacenews.com. Questo finanziamento aiuterà Pale Blue ad aumentare i livelli di spinta e a sviluppare sistemi più grandi adatti a satelliti di maggiori dimensioni. Anche i programmi Horizon europei stanno finanziando soluzioni a propellente verde, con i progetti a base d’acqua in primo piano, come dimostra il sostegno dell’ESA alla dimostrazione di ArianeGroup prevista per il 2026 ariane.group. Perfino il Dipartimento della Difesa statunitense ha mostrato interesse per la propulsione sicura dei CubeSat per i progetti della Space Force, dove la sicurezza dell’acqua è un punto di forza.
• Propulsori ad alta potenza: Sul fronte tecnologico, gli sviluppatori stanno portando i motori ad acqua verso potenze e prestazioni superiori. Una delle innovazioni all’orizzonte è rappresentata dai propulsori Hall-effect ad acqua – che combinano l’efficienza dei motori al plasma Hall con il propellente ad acqua. Il propulsore PBH pianificato da Pale Blue per il 2028 è un esempio blog.satsearch.co, e il sistema concettuale Hydra di URA Thrusters (doppio Hall + chimico) è un altro blog.satsearch.co. Se realizzati, questi potrebbero gestire missioni che attualmente solo la propulsione chimica o i grandi propulsori elettrici possono affrontare, come trasferimenti rapidi di orbita o traiettorie interplanetarie, ma con il vantaggio di un facile rifornimento tramite acqua. Inoltre, Momentus e altri stanno studiando come aumentare ulteriormente l’ISP dei loro MET, possibilmente utilizzando frequenze a microonde più elevate o nuove cavità risonanti per surriscaldare l’acqua in modo più efficiente. Un impulso specifico di circa 1000 s potrebbe essere raggiungibile nelle prossime iterazioni, il che collocherebbe i propulsori ad acqua alla pari con i tradizionali motori a ioni in termini di efficienza.
• Integrazione nelle costellazioni: Il 2024 ha segnato i primi dispiegamenti ripetuti significativi della propulsione ad acqua nelle costellazioni satellitari. Ad esempio, ogni nuovo satellite di imaging BlackSky ora è dotato di un propulsore ad acqua Bradford Comet per il mantenimento dell’orbita, il che significa che decine di veicoli spaziali identici opereranno con propellente ad acqua durante la loro vita operativa geekwire.com. Anche il secondo cluster di Hawkeye 360 (lanciato 2022–2023) utilizza la propulsione a base d’acqua per il volo in formazione. Questa adozione mainstream è una svolta di per sé – la propulsione ad acqua non è più solo un esperimento isolato, ma un componente standard in alcune flotte. Guardando al futuro, molte megacostellazioni proposte per IoT e osservazione della Terra stanno considerando opzioni di propulsione green, e l’acqua è in cima alla lista grazie al basso costo del sistema. Con l’aumento della produzione di questi propulsori, i costi unitari diminuiranno, incoraggiando ulteriormente l’adozione.
• Applicazioni innovative: Gli ingegneri stanno trovando nuovi modi creativi per sfruttare la versatilità dell’acqua. Un’idea in fase di sviluppo è il controllo d’assetto basato sull’elettrolisi – utilizzare piccolissime quantità di gas elettrolizzato per getti di assetto precisi, per poi ricombinare l’acqua, in un ciclo chiuso. Un’altra è l’uso dell’acqua come massa di lavoro nella propulsione solare termica: concentrare la luce solare per riscaldare direttamente l’acqua fino a trasformarla in vapore per la spinta (in sostanza una caldaia a vapore nello spazio alimentata dal Sole, che potrebbe essere molto efficiente nel sistema solare interno). I ricercatori stanno anche testando propellenti a base d’acqua per lander e hopper per Luna/Marte. La missione Flashlight della NASA (anche se alla fine ha avuto dei problemi) aveva considerato l’acqua come propellente candidato nelle prime fasi di progettazione. E guardando oltre, l’acqua potrebbe essere il propellente per razzi nucleari termici o per la propulsione a energia trasmessa, dove una fonte di energia esterna (come un laser da terra) riscalda l’acqua su un veicolo spaziale per produrre spinta reddit.com. La natura innocua dell’acqua permette questi concetti fuori dagli schemi che sarebbero impensabili con propellenti tossici o rari.
• Approvazioni degli esperti: La rivoluzione della propulsione ad acqua non è passata inosservata ai leader dell’industria spaziale. L’entusiastico sostegno di Chris Hadfield ai propulsori ad acqua di Momentus spaceref.com, e citazioni come “Sono sicuro che l’acqua sia il carburante del futuro” da parte di project manager europei ariane.group, riflettono un consenso crescente sul fatto che questa tecnologia sia destinata a restare. In interviste e conferenze (come la Small Satellite Conference e lo Space Propulsion Workshop nel 2024), gli esperti hanno elogiato il bilanciamento tra sicurezza e prestazioni che i sistemi ad acqua offrono. “Buone prestazioni propulsive devono essere bilanciate dalla sicurezza – PTD-1 risponderà a questa esigenza,” ha dichiarato David Mayer della NASA presentando la prima dimostrazione di propulsore ad acqua nasa.gov. Questa affermazione riassume perfettamente il motivo per cui l’acqua ha guadagnato terreno: rappresenta il punto d’incontro tra le alte prestazioni della propulsione chimica e la sicurezza della propulsione elettrica. I pianificatori di missioni spaziali stanno sempre più spesso facendo eco a questo sentimento in pubblicazioni di settore e panel.

Nel 2025, la traiettoria dei propulsori satellitari alimentati ad acqua è chiaramente in ascesa. Il prossimo grande passo sarà probabilmente una missione di punta che si affidi davvero alla propulsione ad acqua per un obiettivo critico – forse un CubeSat lunare che utilizza l’acqua per entrare in orbita attorno alla Luna, o un veicolo di servizio che si rifornisce autonomamente da un deposito e rimorchia un satellite. Ogni anno si spingono i limiti. Se le tendenze attuali continueranno, entro la fine degli anni 2020 potremmo vedere motori a base d’acqua spingere veicoli spaziali verso asteroidi e ritorno, sollevare e abbassare centinaia di satelliti in orbita, il tutto con un impatto ambientale minimo e piena possibilità di rifornimento nello spazio. Quella che era nata come un’idea non convenzionale è diventata una tecnologia pratica che potrebbe rendere le operazioni spaziali più accessibili, sostenibili e flessibili che mai.

Conclusione: Una nuova era spinta dall’H₂O

La propulsione satellitare ad acqua non è più un concetto futuristico – è qui, e si sta dimostrando missione dopo missione. In pochi anni, siamo passati dai primi sbuffi di vapore acqueo che spingevano un minuscolo CubeSat, a veicoli spaziali completamente manovrabili che usano l’acqua per cambiare orbita e svolgere operazioni complesse. Il fascino dell’acqua come propellente spaziale definitivo risiede nella sua elegante semplicità. Come ha osservato il rapporto tecnologico dell’ESA, l’acqua è “una risorsa sottoutilizzata – sicura da maneggiare e verde”, ma contiene “due propellenti altamente combustibili una volta elettrolizzati”, racchiudendo di fatto la potenza del carburante per razzi in una forma innocua esa.int. Questa doppia natura – facile da stoccare come liquido, energetica come gas – conferisce all’acqua un vantaggio unico.

Stiamo assistendo a una convergenza di fattori che rendono pratici i propulsori ad acqua: pompe e riscaldatori elettrici piccoli e migliori, pannelli solari più efficienti per alimentarli, propulsori stampati in 3D ottimizzati per vapore o plasma, e una crescente domanda di piccoli satelliti che necessitano di propulsione a basso costo. Le sfide (spinta limitata, esigenze di potenza) vengono affrontate con ingegneria innovativa, e i successi si accumulano. È importante sottolineare che la propulsione ad acqua si allinea con la più ampia spinta verso la sostenibilità nello spazio – riducendo le sostanze chimiche tossiche, consentendo la longevità dei satelliti tramite il rifornimento, e persino utilizzando risorse extraterrestri. Trasforma l’acqua da semplice consumabile per il supporto vitale a un versatile abilitatore di mobilità per l’infrastruttura spaziale.

Nell’immaginario collettivo, il “carburante per razzi” è sempre stato qualcosa di esotico o pericoloso. L’idea che l’acqua – la stessa sostanza che beviamo e con cui ci laviamo – possa far sfrecciare satelliti attorno alla Terra o oltre è affascinante. Abbassa la barriera d’accesso alle imprese spaziali (non servono carburanti speciali, solo ingegno), e fa immaginare veicoli spaziali che si fermano presso miniere di ghiaccio lunare o riserve sugli asteroidi per fare rifornimento. La tecnologia è ancora in evoluzione, ma la sua traiettoria suggerisce che i propulsori ad acqua potrebbero diventare comuni nei satelliti quanto i motori elettrici lo sono nelle auto. Come ha scherzato un dirigente del settore, la vecchia battuta “aggiungi solo acqua” potrebbe davvero valere per il futuro dei viaggi spaziali.

In conclusione, la propulsione satellitare alimentata ad acqua rappresenta un cambiamento di paradigma verso operazioni spaziali più sicure, pulite e, in definitiva, più ampie. Dai piccoli CubeSat ai potenziali sonde interplanetarie, la semplice molecola di H₂O sta dimostrando di avere le qualità giuste per portarci più lontano. Man mano che lo slancio (e il gioco di parole non è voluto) continua a crescere, non sorprenderti se il prossimo titolo sarà: “Spacecraft Fueled by Water Reach the Moon – and Keep Going.” L’era del razzo ad acqua è iniziata, e offre un oceano di possibilità per la prossima generazione di esplorazione spaziale spinoff.nasa.gov, spaceref.com.