UK space: A new world of opportunity / Spazio nel Regno Unito: un nuovo mondo di opportunità

Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Giuseppe Cotellessa

Reaction Engines’s SABRE engine

With British engineers at the heart of efforts to reduce the cost of access to space, Andrew Wade and Jon Excell look at some of the rising stars of the UK space sector
The UK has more than its fair share of unsung engineering success stories, but there are perhaps few more striking examples of Britain hiding its industrial light under a bushel than its buoyant space sector. Despite a relatively low public profile, UK space is at the forefront of areas including the manufacture of telecoms satellites, the development of small systems that can be launched at a fraction of the cost of traditional technology, and the design of robotic probes and rovers for planetary exploration.
Meanwhile, with several proposed spaceports under consideration, alongside the development of innovative propulsion technologies such as Reaction Engines’ SABRE engine, the UK is even beginning to take significant steps towards the development of its own domestic launch capability.

Now made up of nearly 1,000 separate organisations – with around 30 new companies joining the fold each year – and directly contributing almost £6bn to the economy each year, the sector has tripled in size since 2000, making it one of the UK’s fastest-growing industries.
There are multiple drivers behind this success, not least the degree to which the UK has been able to draw on its existing research base, as well as the presence of established names like Airbus Defence & Space and Surrey Satellite Technology. Some credit should also go to the UK government for singling out the sector in its industrial strategy and planning the establishment of a National Space Council to oversee a joined-up approach to the sector’s growth.
But perhaps what has really defined the sector in recent years is the emergence of a host of innovative SMEs that are grabbing a share of the lucrative ‘new space’ market opened up by organisations such as Elon Musk’s SpaceX.
Nimble and small enough to react to a rapidly evolving marketplace, these rising stars of the space sector are applying new technologies in novel ways, helping reduce the cost of launching payloads into space and driving innovation across the sector.

Satellites

Perhaps the UK’s best-known area of space technology is in the development of satellites.
The sector’s largest manufacturer, Airbus Defence & Space, has manufacturing bases in Stevenage and Portsmouth and UK engineers have played a key role in projects including Galileo, the Lisa Pathfinder mission and ESA’s Solar Orbiter programme.

Oxford Space Systems’ bi-folding antenna / Antenna 

bi-pieghevole di Oxford Space Systems

But in recent years it has positioned itself as perhaps the world’s leading developer of small satellites. This began with Surrey Satellite Technology – now owned by Airbus – which pioneered the development of small satellites and paved the way for a new generation of innovative space spin-outs.
One of the most exciting emerging players in this area is Glasgow’s Clyde Space.
Since its launch just over a decade ago, the company has become one of the world’s leading developers of so-called CubeSats – miniaturised satellites (around the size of a loaf of bread) which are used for space research.
The firm – Scotland’s largest space company – designed and manufactured Scotland’s first satellite, the UKube-1, which was launched from Baikonur, Kazakhstan in 2014.
Another rising star of the UK space sector is Oxford Space Systems, which has commercialised technology for lightweight carbon fibre antennas that can be stored in small packages and which spring into shape when in orbit.
With a base at Oxfordshire’s renowned Harwell Science and Innovation Campus among a cluster of more than 90 different space organisations including RAL space, Deimos Space UK, Rezatec and Neptec, the company has used ‘origami engineering’ techniques to develop a range of lightweight carbon fibre booms, antennas and panel arrays that boast the benefits of conventional satellite technology but can be launched into space at a fraction of the cost.
In 2015, the company was selected for the UK Space Agency’s AlSat Nano mission, achieving a world-first with the longest-ever retractable CubeSat boom in orbit at 1.5m.
The company’s AstroTube boom is being used as part of ESA’s RemoveDebris mission, which is evaluating technologies that could be used to address the growing problem of orbiting space junk.
Science
Away from the commercial world, UK space is perhaps best known for its scientific research base.
Landmark moments in UK space science over the decades range from Ariel 1’s solar observations in 1962 through to Tim Peake’s mission aboard the ISS. Recent marquee projects with UK involvement include NASA’s InSight Mars rover (landed November 2018) and James Webb Space Telescope (due to launch in 2021), as well as the lead role in ESA’s upcoming ExoMars rover, newly named Rosalind Franklin in honour of the pioneering British chemist.

ESA’s Lagrange mission will observe solar activity / 

La missione Lagrange dell'ESA osserverà l'attività 

solare

With no current launch capability of its own, it is perhaps not surprising that much UK space expertise has gravitated towards instrumentation. One the fascinating project recently announced will see UCL’s Mullard Space Science Laboratory (MSSL) develop a plasma analyser for ESA’s Lagrange mission. Launched in 2024, the tool will be part of a sensor suite to monitor solar activity from the L5 Lagrange point, which forms an equilateral triangle with the Earth and the Sun.
“The plasma analyser is what is known as a ‘top hat’-type electrostatic analyser,” MSSL’s Prof Dhiren Kataria told The Engineer. “It’s going to be looking at the energy and angular distribution of solar wind ions.”
Solar storms have the potential to cause widespread global chaos, knocking out satellites and power grids. As a result, monitoring the Sun’s activity more accurately has long been a goal of the international space community and the L5 mission will be complemented by the US spacecraft operating at the L1 point between the Earth and the Sun.
By dint of its location, the L5 mission will be privy to solar activity several days before that part of the Sun is aligned with Earth. L1 is directly between the two bodies, providing more up-to-date information, but also offering significantly less warning time for dangerous coronal mass ejections (CMEs). “If you can imagine, it gives you a kind of stereoview between L1 and L5,” Kataria explained. “You have two views and you then have a better understanding of how the CME has evolved.
“By sitting at L5, you see the active regions well before they come into visibility for Earth. You get visibility of it at least four to five days in advance.”
Other future UK missions to watch include Truths (Traceable Radiometry Underpinning Terrestrial- and Helio-Studies), an NPL-led project to enhance measurement capabilities in space; and Comet Interceptor, a bold new effort to study a pristine comet from the Oort cloud as it enters the solar system for the first time.

Spaceports and launch

Back in the commercial space, UK engineers are now looking seriously at the technology and infrastructure required to give the UK its own launch capability.
Recent years have seen a flurry of activity, with several British locations slated for both vertical and horizontal take-off, as well as new launch technologies gaining momentum.
Sutherland in northern Scotland was chosen in 2018 to be the home of the UK’s first spaceport, providing vertical launch services from the wild, remote A’Mhoine Peninsula.
Plans for the complex will see Lockheed Martin use one pad for its Electron rocket, with a second pad likely to go to British spaceflight company Orbex, which recently raised £30m in public and private funding.
Some have questioned the suitability of the Sutherland site, and another site on North Uist in Scotland’s Outer Hebrides is aiming to beat Sutherland to the punch. QinetiQ, which operates the nearby MOD Hebrides Rocket Range is a partner in the project.
The horizontal launch has proved no less competitive, with both Glasgow Prestwick and Snowdonia’s Llanbedr Airfield muted as potential spaceports, the latter having also been in the running for vertical launch. But Newquay Airport looks set to take the lead, with Spaceport Cornwall recently being allocated £20m in funding.
Virgin Orbit will operate from the facilities and assist with the development, potentially launching small satellites in the early 2020s. Further down the line, the UK’s Reaction Engines is another possible customer. Development of the company’s ground-breaking Sabre often feels glacial, but nobody said redefining spaceflight was going to be easy.
Reaction recently marked a major milestone, however, with SABRE’s pivotal pre-cooler heat exchanger passing hot ground tests replicating Mach 3.3, the speed record of the SR-71 Blackbird. The single-stage the hybrid engine is designed to reach speeds of Mach 5.5 in air-breathing mode, before switching to rocket power to hit orbital escape velocities of around Mach 25.

ITALIANO

Motore SABRE dei motori di reazione

Con gli ingegneri britannici al centro degli sforzi per ridurre i costi di accesso allo spazio, Andrew Wade e Jon Excell guardano alcune delle stelle emergenti del settore spaziale del Regno Unito
Il Regno Unito ha più della sua giusta parte di storie di successo di ingegneria non celebrate, ma ci sono forse alcuni esempi più sorprendenti della Gran Bretagna che nasconde la sua luce industriale sotto un moggio rispetto al suo vivace settore spaziale. Nonostante un profilo pubblico relativamente basso, lo spazio nel Regno Unito è in prima linea in aree tra cui la produzione di satelliti per telecomunicazioni, lo sviluppo di piccoli sistemi che possono essere lanciati a una frazione del costo della tecnologia tradizionale e la progettazione di sonde e rover robotici per esplorazione planetaria.
Nel frattempo, tenendo conto di diversi sport spaziali proposti, oltre allo sviluppo di tecnologie di propulsione innovative come il motore SABRE di Reaction Engines, il Regno Unito sta anche iniziando a compiere passi significativi verso lo sviluppo della propria capacità di lancio nazionale.

Ora composto da quasi 1.000 organizzazioni separate - con circa 30 nuove aziende che si uniscono all'ovile ogni anno - e contribuendo direttamente con quasi 6 miliardi di sterline ogni anno all'economia, il settore ha triplicato le sue dimensioni dal 2000, rendendolo una delle aziende in più rapida crescita nel Regno Unito industrie.
Ci sono diversi driver dietro questo successo, non ultimo il grado in cui il Regno Unito è stato in grado di attingere alla sua base di ricerca esistente, nonché la presenza di nomi affermati come Airbus Defence & Space e Surrey Satellite Technology. Un po 'di credito dovrebbe anche andare al governo del Regno Unito per aver individuato il settore nella sua strategia industriale e pianificato l'istituzione di un National Space Council per supervisionare un approccio congiunto alla crescita del settore.
Ma forse ciò che ha veramente definito il settore negli ultimi anni è l'emergere di una serie di PMI innovative che stanno afferrando una parte del redditizio "nuovo spazio" aperto da organizzazioni come SpaceX di Elon Musk.
Agili e abbastanza piccoli da reagire a un mercato in rapida evoluzione, queste stelle emergenti del settore spaziale stanno applicando nuove tecnologie in modi nuovi, contribuendo a ridurre i costi di lancio di carichi utili nello spazio e guidare l'innovazione in tutto il settore.
satelliti

Forse l'area della tecnologia spaziale più conosciuta del Regno Unito è lo sviluppo di satelliti.
Il più grande produttore del settore, Airbus Defence & Space, ha basi produttive a Stevenage e Portsmouth e gli ingegneri del Regno Unito hanno svolto un ruolo chiave in progetti tra cui Galileo, la missione Lisa Pathfinder e il programma Solar Orbiter dell'ESA.

Ma negli ultimi anni si è posizionato come forse il principale sviluppatore mondiale di piccoli satelliti. Ciò è iniziato con la tecnologia satellitare Surrey - ora di proprietà di Airbus - che ha aperto la strada allo sviluppo di piccoli satelliti e ha aperto la strada a una nuova generazione di innovazioni spaziali innovative.
Uno dei giocatori emergenti più interessanti in quest'area è il Clyde Space di Glasgow.
Dal suo lancio poco più di un decennio fa, la società è diventata uno dei principali sviluppatori mondiali dei cosiddetti CubeSats - satelliti miniaturizzati (delle dimensioni di una pagnotta di pane) utilizzati per la ricerca spaziale.
L'azienda, la più grande azienda spaziale della Scozia, ha progettato e prodotto il primo satellite scozzese, UKube-1, lanciato da Baikonur, in Kazakistan nel 2014.
Un'altra stella nascente del settore spaziale del Regno Unito è Oxford Space Systems, che ha commercializzato la tecnologia per antenne in fibra di carbonio leggere che possono essere conservate in piccoli pacchetti e che prendono forma quando sono in orbita.
Con una base nel rinomato Harwell Science and Innovation Campus dell'Oxfordshire tra un gruppo di oltre 90 diverse organizzazioni spaziali tra cui spazio RAL, Deimos Space UK, Rezatec e Neptec, la società ha utilizzato tecniche di "origami engineering" per sviluppare una gamma di fibre di carbonio leggere boom, antenne e array di pannelli che vantano i vantaggi della tecnologia satellitare convenzionale ma possono essere lanciati nello spazio a una frazione del costo.
Nel 2015, la compagnia è stata selezionata per la missione AlSat Nano dell'Agenzia Spaziale del Regno Unito, raggiungendo la prima mondiale con il braccio CubeSat retrattile più lungo di sempre in orbita a 1,5 m.
Il boom di AstroTube dell'azienda viene utilizzato come parte della missione RemoveDebris dell'ESA, che sta valutando le tecnologie che potrebbero essere utilizzate per affrontare il crescente problema dell'orbita spaziale in orbita.
Scienza
Lontano dal mondo commerciale, lo spazio nel Regno Unito è forse più noto per la sua base di ricerca scientifica.
I momenti salienti della scienza spaziale del Regno Unito nel corso dei decenni vanno dalle osservazioni solari di Ariel 1 nel 1962 fino alla missione di Tim Peake a bordo della ISS. Recenti progetti di tendoni con coinvolgimento del Regno Unito includono il rover InSight Mars della NASA (sbarcato a novembre 2018) e James Webb Space Telescope (previsto per il lancio nel 2021), nonché il ruolo principale nel prossimo rover ExoMars dell'ESA, di recente nominato Rosalind Franklin in onore del pioniere Chimico britannico.
Senza le attuali capacità di lancio, forse non sorprende che molta esperienza nello spazio nel Regno Unito abbia gravitato verso la strumentazione. Uno degli affascinanti progetti recentemente annunciati vedrà il Mullard Space Science Laboratory (MSSL) dell'UCL sviluppare un analizzatore di plasma per la missione Lagrange dell'ESA. Lanciato nel 2024, lo strumento farà parte di una suite di sensori per monitorare l'attività solare dal punto Lagrange L5, che forma un triangolo equilatero con la Terra e il Sole.
"L'analizzatore di plasma è ciò che è noto come un analizzatore elettrostatico di tipo" top hat "," ha detto all'ingegnere il prof. Dhiren Kataria della MSSL. "Guarderà l'energia e la distribuzione angolare degli ioni eolici solari."
Le tempeste solari hanno il potenziale per causare un caos globale diffuso, abbattendo i satelliti e le reti elettriche. Di conseguenza, il monitoraggio dell'attività del Sole in modo più accurato è stato a lungo un obiettivo della comunità spaziale internazionale e la missione L5 sarà integrata dal veicolo spaziale statunitense operante nel punto L1 tra la Terra e il Sole.
A causa della sua posizione, la missione L5 sarà al corrente dell'attività solare diversi giorni prima che quella parte del Sole sia allineata con la Terra. L1 è direttamente tra i due corpi, fornendo informazioni più aggiornate, ma offrendo anche tempi di avvertimento significativamente inferiori per pericolose espulsioni di massa coronale (CME). "Se puoi immaginare, ti dà una sorta di visione stereo tra L1 e L5", ha spiegato Kataria. "Hai due punti di vista e quindi hai una migliore comprensione di come si è evoluto il CME.
“Sedendo a L5, vedi le regioni attive ben prima che entrino in visibilità per la Terra. Ne hai visibilità con almeno quattro o cinque giorni di anticipo. "
Altre future missioni nel Regno Unito da tenere d'occhio includono Truths (Traceable Radiometry Underpinning Terrestrial- and Helio-Studies), un progetto guidato da NPL per migliorare le capacità di misurazione nello spazio; e Comet Interceptor, un audace nuovo sforzo per studiare una cometa incontaminata dalla nuvola di Oort non appena entra nel sistema solare per la prima volta.
Spaceports e lancio

Di nuovo nello spazio commerciale, gli ingegneri del Regno Unito stanno ora esaminando seriamente la tecnologia e l'infrastruttura necessarie per offrire al Regno Unito le proprie capacità di lancio.
Gli ultimi anni hanno visto una raffica di attività, con diverse sedi britanniche in programma per il decollo sia verticale che orizzontale, così come le nuove tecnologie di lancio stanno guadagnando slancio.
Sutherland, nel nord della Scozia, è stata scelta nel 2018 come sede del primo porto spaziale del Regno Unito, fornendo servizi di lancio verticale dalla selvaggia e remota penisola di A’Mhoine.
I piani per il complesso vedranno Lockheed Martin utilizzare un pad per il suo razzo Electron, con un secondo pad destinato alla compagnia spaziale britannica Orbex, che ha recentemente raccolto £ 30 milioni in finanziamenti pubblici e privati.
Alcuni hanno messo in dubbio l'idoneità del sito di Sutherland, e un altro sito su North Uist nelle Ebridi Esterne della Scozia mira a battere Sutherland a pugni. QinetiQ, che gestisce il vicino MOD Hebrides Rocket Range, è partner del progetto.
Il lancio orizzontale non si è rivelato meno competitivo, con sia il Prestwick di Glasgow sia il Llanbedr Airfield di Snowdonia come potenziali spazi spaziali, quest'ultimo anche in corsa per il lancio verticale. Ma l'aeroporto di Newquay sembra destinato a prendere il comando, con Spaceport Cornwall che recentemente ha stanziato 20 milioni di sterline in finanziamenti.
Virgin Orbit opererà dalle strutture e assisterà allo sviluppo, potenzialmente lanciando piccoli satelliti nei primi anni del 2020. Più avanti, i motori di reazione del Regno Unito sono un altro possibile cliente. Lo sviluppo dell'innovativa Sabre della società sembra spesso glaciale, ma nessuno ha affermato che ridefinire il volo spaziale sarebbe stato facile.
La reazione ha recentemente segnato un importante traguardo, tuttavia, con lo scambiatore di calore pre-cooler fondamentale di SABRE che ha superato i test sul terreno caldo replicando Mach 3.3, il record di velocità dell'SR-71 Blackbird. Il singolo stadio del motore ibrido è progettato per raggiungere velocità di Mach 5,5 in modalità di respirazione ad aria, prima di passare alla potenza del razzo per colpire velocità di fuga orbitale intorno a Mach 25.


Da:

https://www.theengineer.co.uk/a-new-world-of-opportunity/