Un ingegnere di Torre del Greco è il papà di un innovativo scudo termico spaziale

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Un ingegnere di Torre del Greco è il papà di un innovativo scudo termico spaziale

La Campania torna nello spazio con un progetto che riempie di orgoglio i protagonisti. Il progetto Mini-Irene (dal greco pace) è stato sviluppato dal CIRA e dalla società consortile ALI – Aerospace Laboratories for Innovative components con le sue associate EuroSoft, LeadTech e SRS-ED. Il suo sviluppo, del valore complessivo di circa 2ML di Euro, è stato finanziato dall’Agenzia Spaziale Italiana (ASI) nell’ambito del programma GSTP dell’Agenzia Spaziale Europea (Esa). Salvatore Borrelli, ingegnere di Torre del Greco, è il responsabile dell’unità Integrazione Tecnologie e Ingegneria di Sistema del CIRA.

Ingegnere, proviamo a spiegare con parole semplici in cosa consiste questo progetto.

«Possiamo farlo, ma trattandosi di un tema ostico, dobbiamo partire per gradi».

Bene procediamo.

«Noi siamo in una fase di sviluppo di un sistema di protezione termica che qualsiasi oggetto, che abbiamo intenzione di far rientrare dallo spazio, deve possedere. Stiamo lavorando allo sviluppo tecnologico dello scudo termico».

Perché è necessario questo scudo?

«Quando mandiamo qualcosa nello spazio lo dotiamo dell’energia necessaria per mantenerlo in una determinata orbita, energia che dobbiamo poi dissipare nella fase di rientro sulla Terra».

Questo è chiaro: ma nello spazio?

«Qualsiasi satellite ruota intorno alla Terra a una velocità tale da bilanciare la forza che la farebbe allontanare dalla Terra e quella di gravità che lo farebbe ricadere sulla Terra. Ora mettiamo che abbiamo a disposizione un lanciatore, che è il termine tecnico con cui chiamiamo il missile che mette in orbita il satellite. Per mezzo del lanciatore dò al satellite una energia tale da vincere la gravità. Alla quota della stazione spaziale questa energia è pari a circa 7 chilometri al secondo. In queste condizioni si bilanciano la forza di gravità e quella centrifuga. Ora però, se voglio far rientrare quell’oggetto, devo frenare aerodinamicamente disperdendo tutta l’energia (i 7 km al secondo) per mezzo dell’attrito con l’aria».

E questo cosa comporta?

«L’attrito con l’aria riscalda l’oggetto che sta rientrando verso la Terra e tende a deformarlo, c’è inoltre il rischio che possa capovolgersi lungo la sua traiettoria di rientro. Qualsiasi oggetto che deve rientrare dallo spazio, affinché rallenti e non bruci, deve essere protetto da qualcosa che resiste a questa pressione e a questo calore e con una forma tale che non si capovolga. Ecco, lo scudo termico è il nome di quella protezione».

Detto così sembra semplice.

«Invece no, perché ci sono altri due aspetti da tenere in conto quando metto in orbita qualche cosa: ingombro dell’oggetto che deve stare nel cargo-bay, il porta bagagli del lanciatore, e il peso. Un lancio con un lanciatore piccolo europeo, costa 35-40 milioni di euro e porta duemila chili. L’ideale sarebbe portare dunque un oggetto leggero e piccolo».

Mi sembra di capire che non sia solo questo il problema?

«No, ne abbiamo un terzo: per ridurre l’attrito con l’aria in maniera gestibile avrei bisogno di un oggetto grosso per ripartire meglio l’energia. Quindi l’oggetto dovrebbe essere piccolo quando sale e grosso quando scende».

Ed è su questo che state lavorando mi pare di capire?

«Questa è l’idea di base della tecnologia Irene. Pensi ad un ombrellino pieghevole. Quando non mi serve lo tengo in tasca o in borsa, e poi se piove lo apro e diventa grande quanto mi serve. Analogamente questo scudo termico pieghevole di Mini Irene è un ombrellino che si apre e chiude con lo stesso concetto. Piccolo quando lo porto su, aprendolo diventa quindi di dimensione utile per fare il rientro. Noi stiamo sviluppando questo scudo termico».

Ovviamente fare le prove di un oggetto del genere non è semplicissimo?

«Le prime prove le facciamo utilizzando un calcolatore. Facciamo “un modello” che lo rappresenta e lo simuliamo al calcolatore. Poi utilizziamo impianti per prove come le gallerie del vento, dove vengono svolti degli esperimenti, comunque parziali, perché non posso provare tutto assieme ma solo “pezzi” del problema, come il carico termico. La stabilità aerodinamica, evitare cioè che la capsula si ribalti lungo la traiettoria, la posso verificare solo in volo. Con l’esperimento Mini Irene ci si assicura che questo ombrellino non si deformi oltremodo e non si ribalti nella fase di rientro. Un razzo vettore la porterà a circa 300 chilometri di quota per poi farla ricadere sulla Terra potendo così verificare che tutto sia stato progettato correttamente. Poi, quando mi sarò assicurato della risposta, potrò pensare all’oggetto finale da far rientrare da orbita».

Quanto sarà grande questo scudo?

«60 centimetri sull’esperimento di Mini Irene, un metro e mezzo nella sua dimensione finale. Mini Irene è l’esperimento di scudo termico il cui volo sarà fatto a maggio del 2022».

E’ stato semplice eseguire il progetto e organizzare il volo?

«Affatto. Dal 2016 c’è un team CIRA-ALI che ci lavora, e il nostro Paolo Vernillo ha dedicato tutto se stesso al progetto, abbiamo voluto progettare uno scudo termico molto performante costruito però con materiali convenzionali per contenere quanto più possibile i costi di produzione; sono poi circa due anni che cerchiamo l’opportunità di volo”

C’è anche un altro esperimento previsto a breve?

«Un altro esperimento in pista è il pezzetto successivo che porterà al sistema finale: il cargo bay, “il portabagagli” della capsula che dovrà tornare sulla Terra. Il cargo bay deve garantire che il carico che si vuole riportare giù arrivi integro. Di nuovo per essere certi del risultato finale c’è bisogno di una prova in condizioni reali: questo è il succo dell’esperimento ReadiFP che volerà nel prossimo maggio».

Perché è così importante questo progetto?

«Il mondo intero lavora su progetti simili: capsule di rientro piccole ed economiche. Ma ancora non si dispone della soluzione finale; altri stanno provando ma ancora senza successo. L’obiettivo è utilizzare “sapientemente” materiali disponibili sul mercato in modo da abbattere i costi di utilizzo. Un volta sviluppata la tecnologia dello scudo si può pensare di utilizzarla per produrre capsule per scopi scientifici e commerciali, come l’Iperdrone dell’Agenzia Spaziale Italiana o altri progetti simili».

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