Il collaudo è uno dei passaggi meno riconosciuti nel processo ingegneristico. Parlando con un ingegnere di sviluppo prodotto, ti dirà quanto sia significativo superare i test di “V&V” – ovvero verifica e validazione. Il collaudo diventa ancora più cruciale quando si lavora su apparecchiature destinate all’ambiente severo dello spazio. Inoltre, è più difficile replicare quegli ambienti difficili sulla Terra. Fortunatamente, per alcune delle missioni future più critiche della NASA, un’altra agenzia governativa dispone di un laboratorio di test unico per assistere nel V&V di alcuni dei componenti fondamentali – i loro scudi termici.

Quell’altra agenzia governativa è il Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti (DoE), in particolare il suo Laboratorio Nazionale Sandia. I laboratori nazionali degli Stati Uniti sono stati inizialmente creati per coordinare la ricerca sulle armi nucleari, ma hanno successivamente assunto un ruolo più ampio negli sforzi fondamentali di ricerca scientifica del paese. Questo include la fornitura di attrezzature di prova non disponibili altrove nel mondo.
Una configurazione di test unica presso Sandia è nota come impianto di test solare. Si tratta di un campo con oltre 200 “eliostati” – enormi specchi in grado di concentrare la luce del Sole riflessa su un punto specifico. Con tutti gli eliostati focalizzati sullo stesso punto, la temperatura può raggiungere fino a 3.500 volte la luce solare tipica su una determinata area.

La configurazione di Sandia non è solo per il collaudo dei materiali – può anche essere utilizzata per la generazione di energia, come mostrato in questo video.
Credito – Canale YouTube dei Laboratori Nazionali Sandia
Quell’area è anche uno dei punti di forza dell’impianto di test solare. Può mettere alla prova pezzi di materiale con un diametro fino a 1 m (3 piedi). Questo la rende superiore ad altri impianti di prova che intendono testare gli stessi tipi di materiali, come quelli che utilizzano jet ad arco o laser. Anche i costi sono un fattore da considerare, poiché il collaudo con jet ad arco o laser può superare i 100.000 dollari al giorno. Al contrario, il collaudo solare costa solo 25.000 dollari al giorno, principalmente a causa dei costi energetici inferiori per il funzionamento degli eliostati.
La NASA ha utilizzato tutta questa tecnologia di collaudo nell’ultimo anno per testare gli scudi termici di alcune delle sue missioni più importanti – la missione Marte Sample Return (MSR) e Dragonfly, la missione elicottero su Titano. Ciascuna missione presenta le proprie sfide, ma i materiali degli scudi termici sono gli stessi. Conosciuto come Ablatore in Carbonio Impregnato Fenolico, questo materiale è già stato utilizzato con successo per missioni come Stardust, OSIRIS-REx e il Laboratorio Scientifico Marziano.
MSR e Dragonfly affrontano ciascuna sfide uniche che altre missioni non hanno dovuto affrontare. MSR trasporterà un carico significativo di campioni di ritorno sulla Terra, il che significa che sarà più pesante della missione di ritorno del campione asteroide OSIRIS-REx. Sarà così pesante che alcuni ingegneri della NASA hanno intenzionalmente piegato il materiale di prova presso il laboratorio di Sandia per modellare ciò che accade al materiale sottoposto alla forza del rientro.

Il programma di collaudo del rientro della NASA è intensivo, come discusso in questo video.
Credito – Canale YouTube BPS.space
Per quanto riguarda Dragonfly, deve affrontare un mondo con un’atmosfera molto più spessa di quella terrestre. L’atmosfera di Titano è quattro volte più densa di quella della Terra. Dati i ritmi interplanetari a cui la missione viaggerà al momento dell’inserimento orbitale, il lander di Dragonfly sarà soggetto sia a calore intenso che a pressione mentre scende sulla superficie della luna.
I tecnici del laboratorio di Sandia hanno apportato numerosi miglioramenti alla configurazione del test, inclusa la conduzione di tubi di gas campione dalla base della torre per meglio simulare l’atmosfera che gli scudi termici incontreranno. Sono stati anche disponibili per aiutare con la risoluzione dei problemi, compresi molti casi in cui alcune fibre attorno al campione prendevano fuoco prima che il test potesse essere completato.
Il collaudo V&V raramente si conclude senza alcune regolazioni e occasionalmente senza incendi. I test su questo tipo di configurazione sono solo una parte del piano di collaudo della NASA per l’applicazione degli scudi termici, con altri test che avvengono altrove. Dato l’importanza di questo particolare materiale per il successo complessivo di queste missioni critiche, maggiore è il numero di test che possono essere effettuati qui sulla Terra, meglio è.
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Immagine di copertura:
Fumi che si sollevano dal materiale dello scudo termico della NASA durante un recente test presso il Laboratorio Nazionale di Sandia, presso il Centro di Test Termici Solari Nazionale.
Credito – Foto di Craig Fritz