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TRACE, acronimo di TRAnspiration Cooling Experiment, è un esperimento progettato per testare la tecnologia di raffreddamento a traspirazione per gli scudi termici. L’esperimento prevede l’utilizzo di un’unità autonoma (Free-Flying Unit) che, una volta lanciata da un razzo, misura la dissipazione del calore durante il rientro atmosferico a velocità fino a Mach 3,2. L’obiettivo del team è migliorare la gestione termica durante il rientro dei veicoli spaziali, dimostrando il potenziale del raffreddamento a traspirazione come alternativa riutilizzabile ed efficiente agli scudi termici tradizionali. Questo approccio innovativo potrebbe ridurre significativamente i costi e i materiali necessari per le future missioni spaziali.
Il Futuro del Raffreddamento a Traspirazione
Gli scudi termici sono fondamentali per proteggere i veicoli spaziali dal calore intenso generato durante il rientro atmosferico. Tuttavia, i sistemi attuali spesso richiedono manutenzione complessa o sono monouso, limitando la loro riutilizzabilità in un contesto di esplorazione spaziale sostenibile.
Il raffreddamento a traspirazione rappresenta una rivoluzione rispetto ai sistemi ablativi, che gestiscono il calore attraverso la distruzione del materiale dello scudo. Questo nuovo approccio espelle gas attraverso la superficie del veicolo spaziale, creando uno strato protettivo che dissipa il calore in modo più efficiente.
Dall’Idea alla Realtà: Il Percorso di TRACE
Il progetto TRACE ha avuto origine da una tesi di laurea in collaborazione con il Centro Aerospaziale Tedesco (Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt, DLR). Questo primo studio ha analizzato la fattibilità di un sistema di raffreddamento a traspirazione per applicazioni di rientro su un razzo REXUS. Da allora, il nostro team ha perfezionato il progetto, fissato obiettivi sperimentali specifici e trasformato i disegni teorici in componenti pratici e testabili.
Tra le sfide principali che abbiamo affrontato:
- Miniaturizzazione: Integrare tutti i sistemi in una capsula compatta senza comprometterne le funzionalità.
- Apertura del paracadute: Garantire la stabilità del paracadute supersonico durante il dispiegamento a velocità elevate.
- Aerodinamica: Ottimizzare la forma della capsula per ridurre la resistenza e mantenere una traiettoria stabile.
- Ritardi di produzione: Gestire i ritardi inevitabili riorganizzando le priorità del progetto.
Le Innovazioni di TRACE
TRACE integra diverse funzionalità tecniche avanzate per soddisfare le esigenze estreme dei test di rientro. La capsula è progettata per raggiungere velocità fino a Mach 3, generando condizioni di riscaldamento intenso nell’atmosfera densa, ideali per una valutazione rigorosa del sistema di raffreddamento. Grazie a un elevato coefficiente balistico, la capsula mantiene stabilità e velocità costante durante la discesa.
Al centro di questa innovazione c’è un sistema di raffreddamento a traspirazione che utilizza gas Argon per proteggere le superfici esposte al calore, salvaguardando la struttura da carichi termici estremi. A completare il sistema, un paracadute supersonico progettato per aprirsi a Mach 2 a circa 10 km di altitudine garantisce una discesa controllata, consentendo la raccolta affidabile dei dati durante il rientro.
TRACE si distingue per le sue caratteristiche innovative, che lo rendono unico rispetto ad altri esperimenti. È uno dei primi test in volo di raffreddamento a traspirazione applicato come scudo termico, rappresentando un passo significativo verso sistemi di protezione termica riutilizzabili per rientri ad alta velocità. La capsula, dalla forma compatta e simile a un fagiolo, è stata realizzata tramite stampa 3D metallica avanzata (simile alla tecnologia SLM, ma con un laser continuo) utilizzando Titanio Grado 5 (Ti6Al4V). Questa scelta dimostra la precisione e la versatilità della stampa 3D nel creare configurazioni strutturali complesse.
Inoltre, il paracadute supersonico, progettato per essere dispiegato a Mach 2, garantisce una discesa sicura e consente una trasmissione dati costante anche in condizioni di velocità estreme.
Lezioni e consigli per futuri innovatori spaziali
Come team, siamo estremamente orgogliosi dell’intraprendenza e della dedizione che hanno portato al lancio con successo di TRACE da Esrange (Svezia) a marzo 2024. Raggiungere questo traguardo ha richiesto una precisione tecnica eccezionale e un impegno incrollabile, rendendo il completamento del progetto un’esperienza incredibilmente gratificante. Tuttavia, altrettanto importante è stato il sostegno reciproco che ci siamo offerti durante le difficoltà e gli ostacoli, che hanno rafforzato la nostra resilienza e coesione. Queste sfide ci hanno costretti ad adattarci e crescere, e questa perseveranza condivisa rappresenta uno dei nostri maggiori successi.
Guardando al futuro, siamo entusiasti di intraprendere TRACER, un’evoluzione del progetto TRACE. TRACER sarà integrato direttamente nel razzo, permettendoci di investigare e confrontare diversi mezzi di raffreddamento, migliorando al contempo la semplicità del sistema e l’accessibilità dei componenti. Evitando design eccessivamente complessi, TRACER punta a ottimizzare la costruzione, semplificare gli aggiornamenti e favorire ulteriori innovazioni nei sistemi di protezione termica.
Per chiunque stia intraprendendo un progetto simile, il nostro consiglio principale è quello di iterare e testare il prima possibile. La prototipazione rapida fornisce feedback inestimabili, consentendo di identificare problemi potenziali e perfezionare il design in modo efficiente. Adottate una mentalità agile, mantenetevi flessibili e siate pronti ad adattarvi in base ai risultati dei test. Questo approccio iterativo è essenziale per il successo di qualsiasi progetto ambizioso.
Learn more about the TRACE project and Space Team Aachen.
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