POLIURETANO NELLO SPAZIO

09.09.2011

E’ stato effettuato uno studio su schiuma poliuretanica bicomponente rigida, fornita da DUNA-Corradini S.p.A. per applicazione di questo materiale nell’ambito delle tecnologie per la rimozione attiva dei detriti spaziali (ADR Actival Debries Removal).

Questa schiuma non solo si è rivelata perfettamente utilizzabile per lo scopo preposto, ma ha anche fatto intuire la possibilità di poter essere utilizzata per altre applicazioni spaziali.

Per investigare a fondo le applicazioni di questo materiale è stato quindi raggiunto un agreement di collaborazione tra l’Università di Bologna (seconda facoltà di Ingegneria) e Duna-Corradini S.p.A. produttore e fornitore della schiuma, che consentirà anche di partecipare a bandi di ricerca proposti da ESA (Agenzia Spaziale Europea).

La principale ricerca operativa attualmente in corso prevede una prima fase di progettazione e test (REDEMPTION) a cui seguiranno in caso di risultati incoraggianti esperimenti veri e propri di ADR (ACTIVAL DEBRIS REMOVAL SYSTEM).

 REDEMPTION è un esperimento che si inserisce nel contesto delle tecnologie per rimuovere i detriti spaziali. I detriti spaziali sono un rilevante problema per quanto riguarda le orbite terrestri basse (le cosidette LEO, Low-Earth Orbits). Questi possono infatti ostacolare il lancio di nuovi satelliti, interferire con le attività umane extraveicolari nello spazio (le cosidette EVA, Extra-Vehicular Activities), danneggiare i veicoli spaziali nonchè causare condizioni di pericolo per la Stazione Spaziale Internazionale (ISS, International Space Station) che, per esempio, quest’anno ha già dovuto effettuare due manovre per allontanare la sua traiettoria da quella di due pericolosi detriti.

Si tratta essenzialmente di satelliti non più operativi (o parti di altri mezzi spaziali) su cui l’uomo non ha più alcun tipo di controllo e che sono destinati ad orbitare in quella posizione per decine di anni, a volte centinaia. Il numero dei detriti è così elevato da porre l’effettivo rischio dell’instaurarsi di un fenomeno conosciuto come “Sindrome di Kessler” dal nome dello scienziato che per primo lo studiò, secondo il quale gli impatti cresceranno in maniera esponenziale.

Per dare un’idea del fenomeno, in fase di preoccupante aumento, basti pensare che ci sono in orbita circa 6.000 satelliti, lanciati tra il 1957 ed il 2008, di cui solo 800 sono al momento operativi. La spazzatura spaziale comprende anche numerosi frammenti creatisi in seguito a rotture, esplosioni e scontri tra veicoli spaziali abbandonati (ne sono stati individuati più di 12.000).

Una delle possibili soluzioni per questo problema è la rimozione attiva di questi detriti (Actival Debris Removal – ADR). Al momento non esistono tuttavia delle tecnologie economiche e funzionanti che consentano di agganciare e spostare questi oggetti in orbite considerate sicure o di farli rientrare in atmosfera.

REDEMPTION propone un innovativo sistema di aggancio del detrito. L’idea è quella di utilizzare un collegamento “spruzzabile” tra il satellite pulitore e il detrito da recuperare. Il satellite si avvicinerà al detrito spruzzando una schiuma poliuretanica che si espanderà e indurirà, collegando i due oggetti spaziali per apporto di materiale. Questo sistema garantirà un buon collegamento senza richiedere una eccessiva precisione (la precisione ha generalmente un prezzo elevato, specialmente nello spazio, cosa che invece sarebbe assolutamente necessaria per esempio con un sistema a braccio robotico)

Un altro possibile scenario, soprattutto per i detriti in orbita bassa, è spruzzare il detrito e lasciare espandere la schiuma, aumentando così il suo rapporto area su massa, e facendo precipitare il detrito per attrito aerodinamico, ancora presente nelle orbite basse (fino circa 1000 km di quota).

Lo scopo di REDEMPTION è provare a formare questa schiuma in un ambiente definito “near space condition” (ovvero vicino alle reali condizioni spaziali: milligravità e assenza di pressione atmosferica) per vedere se la schiuma manterrà le stesse proprietà meccaniche che ha in ambiente terrestre e ottenere così la qualifica spaziale del materiale.

Per fare questo è stato deciso di partecipare a un bando dell’ESA (Agenzia Spaziale Europea) che ogni anno mette in palio per gli studenti di tutta Europa la possibilità di effettuare questo tipo di test su un razzo (razzo sonda per esperimenti scientifici detto sounding rocket). Il programma è gestito dal dipartimento Educational dell’ ESA ed è chiamato Rexus/Bexus (www.rexusbexus.net). L’esperimento viene imbarcato su un modulo cilindrico di circa 20 cm di altezza e 30 di diametro, e viene fatto funzionare in maniera automatica. Le videocamere e il sistema di acquisizione dati forniscono il necessario monitoraggio.

Se l’esperimento darà risultati positivi, in futuro, il sistema REDEMPTION verrà imbarcato a bordo del cubesat in corso di realizzazione presso lo SRL (Space Robotics Laboratory della Facoltà) per tentare una missione operativa.

Il team Redemption ha partecipato e vinto questa selezione per cui l’esperimento sarà imbarcato a bordo del razzo Rexus12 e lanciato a marzo del 2012.

ADR – ACTIVAL DEBRIES REMOVAL SYSTEM, la seconda fase, non è altro che l’applicazione pratica di REDEMPTION. Una volta che verrà provata la possibilità di utilizzare questa schiuma in condizioni spaziali sarà possibile progettare il sistema di recupero vero e proprio che utilizzerà questa schiuma. Come detto in precedenza ci sono 2 tipi di metodi di recupero allo studio. Il primo utilizza la schiuma come metodo di collegamento rigido tra satellite pulitore e detrito, il secondo utilizza la schiuma per aumentare la massa del detrito e farlo precipitare, eventualmente il secondo metodo potrà essere imbarcato a bordo di futuri satelliti in modo da avere un sistema di rientro autonomo a fine vita operativa. Lo studio preliminare è già in corso ma per l’inizio del progetto vero e proprio dovranno essere attesi i dati derivanti dall’esperimento REDEMPTION.

 Rinnoviamo il nostro impegno nel lavoro a fianco della ricerca, e formuliamo i nostri migliori auguri al team di studenti che sta portando avanti gli esperimenti.