I ricercatori dell’Agenzia Nazionale per le Nuove Tecnologie hanno effettuato una serie di esperimenti sul raffreddamento delle applicazioni spaziali «galleggiando in aria», proprio come gli astronauti
•• L’obiettivo era quello di studiare la trasmissione del calore in assenza di gravità. La necessità era invece quella di ricreare, sul campo, le stesse condizioni di impiego dei dispositivi destinati alle stazioni spaziali.
Tutto ciò premesso, ai ricercatori dell’ENEA non è rimasto che fare quello che, molto probabilmente, non avrebbero mai immaginato quando andavano all’Università, e sognavano magari un impiego tranquillo dietro una scrivania o, tuttalpiù, in un silenzioso laboratorio. Quattro di loro, infatti, si sono recati a Bordeaux, in Francia, per prendere parte a un’intensa serie di sperimentazioni a «gravità zero». Proprio come accade, abitualmente, per l’addestramento degli astronauti.
I ricercatori sono stati imbarcati in un Airbus A300, di proprietà della compagnia francese Novespace, e opportunamente modificato per l’esecuzione di voli parabolici: si tratta di un assetto speciale che, per un certo lasso di tempo (breve, ma sufficiente a effettuare i test), «ricrea» al suo interno le condizioni di assenza di gravità.
L’aereo ha così effettuato ben novanta parabole (trenta al giorno, per tre giorni di seguito): in ognuna di esse la durata delle condizioni di assenza di gravità è stata di circa 20 secondi, nel corso dei quali è stato possibile raccogliere i dati sperimentali grazie ad una innovativa strumentazione hi-tech dell’ENEA. Attraverso queste apparecchiature, dotate di sistemi di automazione e sensori miniaturizzati avanzati, nonché di telecamere veloci, sono stati analizzati i fenomeni di ebollizione – che si instaurano nei circuiti di raffreddamento di componenti e satelliti spaziali – caratterizzati da elevati carichi termici che è necessario rimuovere per evitare indesiderati surriscaldamenti locali.
Applicazioni
Lo studio dell’effetto del livello della gravità sui fenomeni di ebollizione permetterà un avanzamento tecnologico nella capacità di progettazione di scambiatori per applicazioni sia spaziali, come satelliti per telecomunicazione, stazione spaziale internazionale, razzi vettori a combustibile liquido, dove è richiesto lo smaltimento di elevati carichi termici, sia per applicazioni terrestri nel campo del raffreddamento di vari componenti elettronici.
Per questi studi vengono utilizzati tubi in pyrex di dimensioni millimetriche, trattati con uno speciale rivestimento metallico di ITO (Indium-Tin-Oxide, ossido di Indio e Stagno), di spessore nanometrico, che consente sia di generare il riscaldamento del fluido portandolo all’ebollizione, sia di studiarne il fenomeno visualizzabile all’interno del tubo. A seguito dell’elaborazione dei risultati di questa campagna sperimentale di volo parabolico, ne è prevista un’altra nell’autunno 2014.
La ricerca sui sistemi di raffreddamento necessari per il buon funzionamento di satelliti e stazioni spaziali in condizioni di assenza di gravità è stata condotta nell’ambito del progetto MANBO, finanziato dall’ESA (Agenzia Spaziale Europea). Insieme all’ENEA partecipano al progetto le Università di Tolosa, Pisa, Darmstadt, Marsiglia, Bruxelles, la École Polytechnique Fédérale di Losanna, e le industrie Astrium, Thales Alenia Space, Hephaestus, Absolute System e Air Liquide.
Questa campagna sperimentale, che riprende e sviluppa gli studi sui fenomeni dell’ebollizione in assenza di gravità già effettuati dall’ENEA nelle precedenti campagne sperimentali, (cinque campagne di voli parabolici effettuati dal 2004 al 2008), si pone l’obiettivo di analizzare i dati relativi alla quantità di calore che viene trasferito in ebollizione in condizioni di assenza di gravità, ottenendo risultati determinanti per la progettazione di scambiatori di calore nelle stesse condizioni di assenza di gravità.