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10/10/2024
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Gli ingegneri dell’ESA hanno messo a fuoco microscopi, tester di durezza e una macchina per la tomografia computerizzata a raggi X su una speciale saldatura in alluminio di appena un centimetro – il risultato storico della primissima saldatura autonoma effettuata nello spazio, e la prima con cui l’ESA ha avuto a che fare.
Lancio di Falcon 9 il 6 maggio 2024
Il centro Laboratorio di Materiali e Componenti Elettrici dell’Agenzia nei Paesi Bassi ospita un portafoglio di strutture utilizzate per confrontare questa saldatura storica realizzata nello spazio con campioni identici prodotti sulla Terra. L’ingegnere dei materiali dell’ESA, João Gandra, commenta: “Se l’esplorazione spaziale umana deve diventare veramente sostenibile e autosufficiente, allora la produzione nello spazio diventerà comune, e la capacità di saldare sarà un elemento importante di questa visione. Dobbiamo quindi verificare quanto sia facile saldare nello spazio.
Confronto tra la saldatura effettuata nello spazio e il suo equivalente terrestre
“Quello che stiamo facendo con questo esperimento è indagare cosa c’è di diverso nei materiali uniti in orbita. L’assenza di peso nello spazio significa che non stiamo lavorando con la fisica gravitazionale a cui siamo abituati. “Ad esempio, mentre le correnti per convezione influenzano il modo in cui si forma, si raffredda e si solidifica un pool di saldatura in metallo fuso sulla Terra, in microgravità i metalli fusi si comportano più come blob liquidi, modellati dalla tensione superficiale. Ci sono poi altre variabili complesse come la radiazione spaziale e il vuoto esterno da considerare. “In questo momento non comprendiamo realmente come questi fattori potrebbero interagire e quali conseguenze potrebbero avere sulle proprietà dei materiali risultanti per qualsiasi prodotto. Possiamo eseguire simulazioni al computer, ma ciò che normalmente ci manca è qualche tipo di dato empirico per calibrare e migliorare le nostre previsioni. Ed è per questo che questa saldatura a punto è così preziosa per noi.”
Contenitori gemelli ospitavano l’esperimento di saldatura
La saldatura – il processo di unione di parti metalliche tramite calore – è fondamentale per la civiltà umana, almeno sulla Terra. Lo stesso sarà indubbiamente vero per qualsiasi futura economia spaziale. Potrebbe sembrare sorprendente, quindi, che la Stazione Spaziale Internazionale da 450 tonnellate sia stata prefabbricata sulla Terra e poi assemblata in orbita senza che venga effettuata una singola saldatura. Infatti, le saldature sono state eseguite in orbita solo in via sperimentale; la prima si è verificata sulla navetta Soyuz-6 dell’URSS nell’ottobre 1969, poi a bordo delle stazioni spaziali Skylab e Salyut-7 degli Stati Uniti e dell’URSS nel 1973 e nel 1984 rispettivamente. Ma negli anni ’90, i piani statunitensi e russi per sviluppare uno strumento di saldatura multiuso per la manutenzione della Stazione Spaziale Internazionale furono abbandonati a causa di preoccupazioni per la sicurezza e difficoltà logistiche.
Test di saldatura spaziale su Salyut-7 nel 1984
Ciò significa che non sono state effettuate saldature in orbita per quattro decenni – fino a questo recente esperimento automatizzato, che ha coinvolto una pistola di saldatura a fascio elettronico, volata su un Falcon 9 di SpaceX lanciato da Cape Canaveral il 6 maggio. Questo esperimento ha impiegato la saldatura a fascio elettronico, lo stesso metodo utilizzato durante l’esperimento Soyuz-6 del 1969. Consiste nel dirigere un fascio di elettroni ad alta velocità sul metallo, in modo che l’energia cinetica venga trasformata in calore. La saldatura a fascio elettronico ha il vantaggio di essere altamente controllabile, penetrando in profondità nel metallo da saldare, senza spreco di energia. Può essere eseguita solo in un vacuum di alta qualità, rendendo la saldatura a fascio elettronico adatta per lo spazio. E questo sistema potrebbe essere in grado non solo di saldare, ma anche di tagliare e stampare in 3D.
All’interno dei contenitori dell’esperimento
Tutto l’esperimento di saldatura si è svolto all’interno di un cilindro delle dimensioni di un distributore d’acqua per ufficio, composto da un carosello di più set di leghe di alluminio aerospaziali rilevanti, più una seconda unità contenente batterie per alimentare il sistema e avionica per operazioni remote e trasmissione dati. L’esperimento è stato avviato dalla startup statunitense ThinkOrbital e ha incorporato una pistola di saldatura sviluppata dal The Welding Institute del Regno Unito, TWI. “È un onore lavorare con ESA e NASA su questa tecnologia all’avanguardia”, commenta il CEO e cofondatore di ThinkOrbital, colonnello Lee Rosen (USAF, in pensione). “Questa tecnologia è fondamentale per il futuro dell’umanità nello spazio. Non solo stiamo dimostrando la tecnologia di ThinkOrbital per la costruzione nello spazio, ma stiamo anche contribuendo alla importante ricerca scientifica dell’ESA e alla comprensione di tecnologie rivoluzionarie che miglioreranno la nostra capacità collettiva di lavorare e vivere nello spazio.”
Laboratorio di Materiali e Componenti Elettrici
João aggiunge: “L’ESA è stata invitata a partecipare all’esperimento, fornendo conoscenze esperte sui test dei materiali, nonché sullo sviluppo e la maturazione della tecnologia.” Campioni saldati durante il volo nello spazio sono stati restituiti sulla Terra per l’analisi sia dell’ESA sia della NASA. “Speriamo di essere coinvolti in ulteriori voli di prova, mirati a operazioni di saldatura progressivamente più ambiziose,” conclude João. “Questa campagna è estremamente ben allineata con la strategia dell’ESA per sviluppare la produzione e i servizi nello spazio. È un elemento chiave per la nuova economia spaziale e fornisce un ulteriore strumento nel cassetto degli attrezzi dell’umanità mentre ci avventuriamo verso missioni di esplorazione spaziale più profonde e più lunghe.”