Una nuova idea per una protezione leggera dell’ingresso in atmosfera
Gli ambiziosi piani dell’UE per l’esplorazione spaziale al di là dell’orbita terrestre bassa nel prossimo decennio puntano alla Luna e Marte. Per sfruttare al meglio queste complesse missioni saranno necessarie strumentazioni e attrezzature pesanti e voluminose per la navigazione, l’esplorazione e il campionamento. Gli scudi termici avanzati svolgeranno un ruolo fondamentale per la sicurezza e il successo della missione. Gli attuali sistemi di ingresso nell’atmosfera utilizzano scudi termici rigidi con volumi e pesi molto elevati, che impongono restrizioni significative alle capacità di carico utile. Gli scudi termici gonfiabili, dotati di un peso e di una densità di imballaggio intrinsecamente bassi, costituiranno un fattore abilitante per le missioni future. La National Aeronautics and Space Administration (Stati Uniti) non è più l’unica squadra in gara. Il progetto EFESTO, finanziato dall’UE, ha perfezionato il proprio scudo termico gonfiabile, sostenendo l’indipendenza spaziale e la competitività europea.
Gestione dell’ingresso atmosferico a un «costo» inferiore
Quando i veicoli spaziali entrano nell’atmosfera a una velocità di circa 27 000 km/h, l’aria rapidamente compressa sui bordi d’attacco raggiunge temperature superiori a 1 400 °C. Gli scudi termici assicurano che i veicoli spaziali e i loro carichi utili arrivino a destinazione in modo sicuro, sia rallentandoli a causa della resistenza aerodinamica, sia gestendo l’enorme calore generato durante l’ingresso nell’atmosfera. Gli scudi termici gonfiabili sono composti da un sistema di protezione termica flessibile esterno e da una struttura gonfiabile interna che assicura la resistenza alla pressione aerodinamica da parte del fattore di forma e del sistema di trasporto del carico durante l’ingresso. Entrambi possono essere piegati e il loro volume può essere ridotto per consentirne la stiva all’interno di un veicolo di lancio e il gonfiaggio prima dell’ingresso. «Gli scudi termici gonfiabili aprono la strada a una maggiore capacità di carico utile, offrendo la stessa area di resistenza di uno scudo termico rigido, ma con una massa e un volume decisamente più ridotti», spiega Giuseppe Guidotti di Elecnor Deimos Space, coordinatore e responsabile del progetto EFESTO.
Dalla definizione dello scenario di missione al collaudo del dimostratore
Sebbene la fisica alla base dello sfruttamento degli scudi termici gonfiabili sia consolidata, la loro ingegneria richiede una modellizzazione complessa, soluzioni progettuali innovative e un impegnativo sforzo di collaudo. «Il progetto EFESTO ha affrontato l’intero spettro del processo di ingegneria di sistema. Dalla definizione dello scenario di missione e l’identificazione del caso d’uso passando per la progettazione del sistema, la progettazione del dimostratore tecnologico fino al collaudo in un ambiente rilevante, abbiamo ottenuto un notevole successo», spiega Guidotti. I risultati del progetto hanno portato il livello di maturità tecnologica (TRL) del nuovo scudo termico gonfiabile a TRL 4. «Lo sforzo multidisciplinare, sostenuto dalla stretta interazione tra persone altamente qualificate e attori chiave della comunità spaziale internazionale è stato cruciale per il successo», aggiunge Guidotti. EFESTO è stato guidato da Elecnor Deimos Space con il Centro Aerospaziale Tedesco, il Laboratorio Aerospaziale Francese, il Centro Italiano Ricerche Aerospaziali, il Politecnico di Torino e Aviospace in qualità di partner chiave. La PMI italiana Aerospace Laboratory for Innovative Components e l’azienda canadese Thin Red Line Aerospace hanno fornito un prezioso contributo.
Nuovi orizzonti per l’esplorazione spaziale europea
«EFESTO ha superato le aspettative e ha aperto le porte a potenziali iniziative in Europa che altrimenti sarebbero stato difficile prendere in considerazione», afferma Guidotti. Il dinamico gruppo di ricerca non solo ha aumentato le conoscenze europee e la capacità di progettazione di sistemi e missioni che si basano su scudi termici gonfiabili, ma ha anche rivitalizzato l’interesse e l’impegno europeo in tale ambito. «Il progetto si poneva obiettivi impegnativi che sono stati raggiunti con successo, permettendoci di scoprire un “nuovo mondo” in cui solo gli Stati Uniti avevano ottenuto risultati significativi», conclude Guidotti.
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