Nuovo bando Macchinari innovativi

Il piano industriale relativo alla richiesta di finanziamento per il MISE per Nuovi Macchinari Innovativi, si inquadra nella strategia della società finalizzata al progetto Irene-Sat Orbital, cioè un piccolo satellite – della classe Cubesat da 1,5 Kg a 20 Kg – in grado di alloggiare al suo interno dei moduli, detti payload, contenenti esperimenti scientifici o commerciali. L’innovazione del progetto è data dalla funzionalità di rientro a terra dall’orbita spaziale, e quindi del recupero del modulo di payoload stesso contenente l’esperimento, grazie a un servomeccanismo di apertura a “ombrello” in grado di dispiegare uno speciale scudo termico resistente alle elevate temperature (1000 gradi) conseguenti al rientro dallo Spazio.

Nell’ambito del progetto Irene-Sat orbital, la società è quindi anche attiva nella progettazione, realizzazione e test dei moduli dei suddetti payload, denominati Cubelab, che hanno dimensioni variabili in multipli da 1U (1 U è la dimensione standard di un modulo volumetrico di 1 dm³, massa non superiore a 1,33 kg e dimensioni 10×10×10 cm) e alloggiano al loro interno la strumentazione meccanica, elettrica ed elettronica delle differenti tipologie di esperimenti da effettuarsi nello spazio.

Da oltre quarant’anni la comunità internazionale progetta e realizza esperimenti tecnologici e scientifici da provare nello spazio intorno alla Terra, per esempio a bordo della Stazione Spaziale Internazionale ISS; inoltre, alla data di gennaio 2021 risultavano essere stati lanciati più di 1350 CubeSat, e le previsioni della NASA stimano in 3000 unità il numero di Cubesat che saranno lanciati nei prossimi dieci anni.

Questo target di mercato rappresenta per la società l’obiettivo da perseguire attraverso lo strumento del bando MISE.

Dettagli

Il progetto proposto da ALI S.c.a r.l. presenta un forte potenziale di crescita dimensionale e capacità innovativa, rientra nell’area di specializzazione “Aerospazio” inserita nella Strategia Nazionale di Specializzazione Intelligente (SNSI) e ripresa dal Programma Nazionale della Ricerca (PNR) 2015-2020. Si tratta di un progetto che, secondo il documento della Commissione Europea “Preparing for our future: Developing a common strategy for key enabling technologies in the EU” (COM2009/0512), renderà possibile l’innovazione nei processi, nei prodotti e nei servizi nella Key Enabling Technology, considerata di rilevanza sistemica e strategica, nel campo dei Sistemi manifatturieri avanzati. Il progetto privilegia l’utilizzo e lo sviluppo di tecnologie ad alta intensità di conoscenza e che prevedano attività di ricerca industriale e/o sviluppo sperimentale caratterizzate da un livello di maturità tecnologica TRL (Technology Readiness Level) compreso tra 2 e 8 in una scala da 1 a 9, e fa riferimento a soluzioni tecnologiche destinate al settore spaziale con particolare riferimento all’uso di tecnologie nel campo dei veicoli di rientro che a oggi ancora non sono stati risolti soprattutto per quei satelliti/capsule di ridotte dimensioni che sempre di più stanno diventando prodotti abilitanti allo sviluppo della New Space Economy. Quest’ultima presenta opportunità, ma anche grandi sfide per armonizzare politica, industria e ricerca nel settore spaziale. Le nuove frontiere spingono verso un approccio differente alla realizzazione delle missioni spaziali con una partecipazione sempre più attiva del settore privato, sia nel settore dei lanciatori che in quello dei minisatelliti applicativi per sperimentazione o per produzione. Una criticità tecnologica ancora presente è data dalla mancanza di un sistema economico e affidabile di rientro dallo Spazio in grado di consentire il recupero di payload/esperimenti in maniera autonoma dalle grandi astronavi.

IRENESAT-ORBITAL ha lo scopo di garantire il rientro dall’orbita spaziale di sistemi spaziali, grazie ad un servomeccanismo di apertura a “ombrello” in grado di dispiegare uno speciale scudo termico realizzato con un tessuto speciale resistente alle elevate temperature conseguenti al rientro dallo Spazio (c.a. 1800 gradi).
IRENESAT-ORBITAL si inserisce nel solco di progetti di R&I avviati dalle principali agenzie spaziali mondiali, le quali però sono orientate allo sviluppo di metodi di protezione termica con materiali rigidi in ceramica, adatti a sistemi spaziali di grandi dimensioni come le capsule per astronauti (vedasi le capsule Dragon della SpaceX o StarLiner della Boeing) oppure i rover per l’esplorazione di Marte. Pertanto, differentemente dai progetti delle agenzie spaziali mondiali, la tecnologia IRENE si rivolge a soddisfare la domanda di rientro dallo spazio collegata a satelliti o capsule di dimensioni inferiori (entro 1 metro di diametro).
Il progetto prevede quindi diverse fasi di sviluppo, in particolare:

• attività di progettazione, analisi e ingegnerizzazione del sistema
• sviluppo dei disegni costruttivi del prototipo di volo
• acquisto dei materiali del prototipo
• produzione del prototipo
• Test di laboratorio
• Test di volo con rientro controllato dallo Spazio
• Validazione del test di volo (rientro controllato e recupero a terra del prototipo) e ingegnerizzazione di prodotto
Lo sviluppo del progetto condurrà alla realizzazione di un sistema a TRL 8, partendo da un TRL 4. Il principale risultato atteso sarà la validazione della tecnologia e la conseguente ingegnerizzazione di un prodotto commercializzabile.

IRENESAT-ORBITAL rappresenta una soluzione unica a livello internazionale.
La sua economicità e affidabilità sono date dalle caratteristiche innovative quali il meccanismo di apertura dello scudo termico con configurazione ad ombrello dispiegabile e i materiali usati per la protezione termica flessibile e non.
La scelta di uno scudo termico in tessuto dispiegabile permette una drastica riduzione del coefficiente balistico con conseguente abbassamento dei flussi di calore e dei carichi meccanici cui il piccolo satellite, o la capsula, viene sottoposta al rientro in atmosfera dallo Spazio.
Nei prossimi anni lo sviluppo della Space Economy porterà gli sforzi tecnologici di settore a indirizzarsi sempre di più sui processi di miniaturizzazione degli elementi e sul dispiegamento delle piattaforme e dei componenti satellitari per la riduzione dei volumi, e quindi costi (30%), dei sistemi spaziali al lancio. Molti iniziano a porsi il problema di dotarsi di idonei sistemi per riportare a terra i propri satelliti/capsule con i loro paylaod scientifici o commerciali in maniera indipendente dai grandi sistemi della NASA o della SpaceX, quindi il progetto punta a ingegnerizzare la tecnologia “deployable” ponendo la Space Factory in posizione preminente in Europa e con un vantaggio competitivo molto importante per proporre il proprio prodotto in ambito internazionale.

I test fino ad oggi realizzati hanno dunque consentito alle tecnologie applicate ad IRENESAT-ORBITAL di raggiungere lo stadio convenzionalmente definito TRL 4 (tecnologia convalidata in laboratorio). I passi successivi consistono nello sviluppo del prodotto per il raggiungimento dello stadio TRL 8 (sistema reale provato in ambiente operativo), quale condizione essenziale per la successiva fase di produzione competitiva e commercializzazione. Gli step fondamentali per questo obiettivo sono rappresentati dal test di lancio e rientro sub-orbitale e dal test di lancio e rientro orbitale in scala.

A fronte degli sviluppi tecnologici evidenziati sopra, la ALI S.c.a r.l. ha deciso di puntare sull’industrializzazione di IRENESAT-ORBITAL realizzando un primo prototipo di volo e testandolo nello Spazio. Il progetto punta quindi a realizzare un prototipo di volo in scala 1:1 ed effettuare un volo orbitale con rientro dallo Spazio.

In questo modo le tecnologie applicate ad IRENESAT-ORBITAL raggiungerà il TRL 8 necessario per la successiva commercializzazione. Il prototipo di volo orbitale in scala 1:1, dovrà essere dotato di un modulo di servizio per consentire le manovre orbitali e il de-orbiting (cioè l’abbassamento progressivo dell’altezza orbitale al fine di rientrare in atmosfera e atterrare). L’obiettivo della ALI S.c.a r.l. è quindi quello di realizzare e provare nello Spazio un innovativo prodotto per condurre nello Spazio un esperimento scientifico e poi rientrare a Terra usando una tecnologia economica e affidabile.
Sul piano di fattibilità tecnico/tecnologica non si ravvisano particolari criticità, in quanto per la realizzazione del sistema saranno largamente utilizzati prodotti COTS – Commercial Off The Shelf – che già oggi equipaggiano molti dei CubeSat che vengono lanciati nello Spazio. Inoltre, come verrà dettagliato nei punti successivi, le stime di domanda potenziale del prodotto IRENESAT-ORBITAL sono state sviluppate insieme al futuro partner commerciale, la Nanoracks Europe, che individua una potenziale quota di mercato pari a circa 1/3 del CAGR atteso da parte dei clienti che sono potenzialmente interessati ad un servizio e/o a un dispositivo di rientro dallo spazio. In termini numerici, le stime parlano di 52 lanci con dispositivo di rientro tra il 2024-2026 e di 135 lanci con servizi di rientro.
Allo stesso tempo, l’analisi dell’offerta colloca il progetto IRENESAT-ORBITAL in una posizione di assoluto vantaggio strategico grazie allo stadio di sviluppo raggiunto delle tecnologie utilizzate rispetto ad altre soluzioni allo studio.
e precisamente:
• la partnership tecnologica con il CIRA e l’Università di Napoli Federico II, Dipartimento di Ingegneria Industriale;
• l’expertise acquisita in questi anni di collaborazione nel settore aerospaziale;
• il network di aziende che ALI rappresenta per lo sviluppo delle tappe successive al test orbitale, coerentemente alla logica di sistema del valore nel comparto aerospaziale;
• il brevetto del sistema dispiegabile di protezione termica IRENE;
• la partnership strategica siglata nell’ottobre 2019 con la società Nanoracks Europe (vedi slide successive).
• l’accordo industriale con la società canadese aerospaziale Thin Red Line Aerospace (TRLA), detentrice di un brevetto internazionale di un sistema gonfiabile (inflatable) di protezione termica in fase di rientro. L’accordo ha l’obiettivo di integrare le tecnologie delle due società.

Obiettivo Industriale della ALI S.c.a r.l. è quello di realizzare in-house, grazie all’acquisizione di tecnologie e macchinari innovativi, parte della componentistica di IRENESAT-ORBITAL della quale al momento si possiede il know-how, ma non si gestisce in-house la catena produttiva.
Ulteriore Obiettivo Industriale è quello di realizzare in-house le strutture dei carrier e dei payload scientifici, ovvero i Cubesat, destinati ad essere ospitati nei vani dedicati del satellite IRENESAT-ORBITAL. Il progetto quindi rappresenta una sorta di fornitura “Chiavi in mano” della complessa catena di attività che portano dalla ricezione dei requisiti scientifici alla realizzazione di un apparato di volo integrato e “Ready to Fly”.
Ciò si inserisce, tramite l’acquisizione di tecnologie abilitanti, all’interno di un programma di investimento che possa consentire la trasformazione tecnologica e digitale dell’impresa mediante l’utilizzo delle tecnologie abilitanti afferenti il piano Impresa 4.0 riportate nell’allegato 1 al decreto ministeriale 30 ottobre 2019.
Per raggiungere l’obiettivo è pertanto necessario dotarsi di un laboratorio attrezzato per la progettazione, lo sviluppo, la realizzazione e le necessarie prove di qualifica di piccoli payload spaziali. Oltre al laboratorio/officina, è ovviamente necessario disporre di un ambiente a contaminazione e climatizzazione controllata, ovvero una Camera Pulita (Clean Room).
Il laboratorio deve essere attrezzato con piccole macchine utensili ed attrezzature di laboratorio, stazione saldante per la realizzazione di circuiti elettrici ed annessa cappa aspirante, stazione di stampa 3D, linea da vuoto, tavola vibrante e centrifuga, tutte attrezzature quindi atte alla certificazione e qualifica di h/w spaziale.
La Clean Room, in classe 10.000 o superiore, viene sviluppata per consentire il montaggio ed il test delle parti più delicate e soggette a particolare cura nella manipolazione e pulizia, quali ad esempio ottiche, campioni biologici per esperimenti, ecc.
E’ da sottolineare che questa iniziativa rappresenta un unicum in Italia per quanto riguarda il supporto alla ingegnerizzazione di nano strutture con capacità autonome di esecuzione di esperimenti spaziali.
Per poter ottemperare a questi obiettivi, la ALI S.c.a r.l. deve potersi dotare di opportuni laboratori attrezzati ed uniformi agli standard internazionali delle aziende spaziali, nonché di idoneo personale da formare sul campo sotto la guida di esperti del settore.