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RAdiation-Shapes Thermal protection investigAtionS for high-SPeed EArth Re-entry

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Rientro più sicuro nell'atmosfera della Terra

L'atmosfera che circonda la Terra protegge la vita sul nostro pianeta, ma rende difficoltoso il rientro dopo una visita a un vicino planetario. Scienziati con il supporto dell'UE hanno sviluppato una tecnologia che è fondamentale per la riuscita del rientro sulla Terra di capsule che riportano campioni per la ricerca da analizzare.

Cambiamento climatico e Ambiente

La resistenza dell'aria è utile nel rallentare la velocità a cui le capsule di rientro delle missioni spaziali vengono tirate verso la Terra dalla gravità. Ma l'attrito generato dalle capsule che sfrecciano verso la terra produce delle temperature estremamente alte. Mentre esse rientrano nell'atmosfera della Terra a velocità supersonica, il gas circostante che si muove contro la superficie dei veicoli rilascia del calore. Per evitare che esse brucino, come i meteoriti quando cadono verso la terra, le capsule di rientro volano all'indietro in modo da rallentare ed entrare nell'atmosfera con l'angolo corretto. Inoltre, esse devono avere la forma corretta ed essere ricoperte dal materiale adatto. Lo scudo termico necessario per sopravvivere al rientro ha aiutato a incoraggiare lo sviluppo di numerose nuove tecnologie. L'obbiettivo del progetto RASTAS SPEAR ("Radiation-shapes thermal protection investigations for high-speed Earth re-entry"), finanziato dall'UE, era la maturazione di alcune tecnologie chiave. L'iniziativa è anche riuscita a fornire delle solide basi tecnologiche per la preparazione di future missioni per la raccolta di campioni. Oltre a ciò, i risultati del progetto hanno una ricaduta sulla progettazione della missione MarcoPolo-R dell'ESA verso un asteroide primitivo vicino alla Terra. Per fornire una migliore comprensione dei fenomeni che entrano in gioco nel rientro supersonico, il progetto RASTAS SPEAR ha esaminato le capacità e le limitazioni delle strutture per i test. L'onda d'urto che si forma davanti ai veicoli di rientro e il flusso di gas che li circondano possono essere riprodotti nelle gallerie del vento al plasma supersoniche. La revisione ha affrontato i principi di funzionamento delle strutture esistenti con le metodologie di test applicate, oltre che le attrezzature usate per raccogliere le misurazioni. In base ai risultati di questi confronti, i partner di RASTAS SPEAR hanno progettato un nuovo dispositivo e nuove metodologie per i cambi di pressione simulati che si incontrano durante il rientro. Sono stati sviluppati modelli teorici basati sulla fluidodinamica computazionale per analizzare l'impatto del sistema di protezione termica (TPS) delle capsule. I ricercatori di RASTAS SPEAR hanno inoltre unito e testato nuovi materiali deformabili in grado di assorbire le forze d'impatto e adesivi per unire pannelli di un TPS con prestazioni migliorate. Un modello per dimostrazioni rappresentativo dello scudo termico della missione per la raccolta di campioni è stato progettato per essere testato nelle gallerie del vento al plasma. I test sono stati effettuati presso la galleria del vento al plasma italiana Scirocco a Capua, vicino Napoli, uno dei pochi siti al mondo in cui sono possibili simili verifiche. Il modello per dimostrazioni ha dimostrato che esso funziona davvero come pianificato e che la modellazione matematica è accurata, aprendo così nuove eccitanti opportunità per le missioni di esplorazione spaziale.

Parole chiave

Capsula di rientro, esplorazione planetaria, missione spaziale, atmosfera, galleria vento plasma, scudo termico, fluidodinamica computazionale

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