Innovazione Nello Spazio: Un Nuovo Dispositivo per il Monitoraggio dell’Inquinamento Atmosferico
Un gruppo di ricerca del laboratorio di fisica applicata dell’Università Johns Hopkins ha dato vita a un avanzamento significativo nella produzione additiva, concependo uno strumento spaziale innovativo per l’analisi dell’inquinamento atmosferico.
Il progetto, denominato Compact Hyperspectral Air Pollution Sensor Demonstrator (CHAPS-D) e finanziato dalla Divisione Scienze della Terra della NASA, ha come obiettivo la realizzazione di uno strumento, delle dimensioni di una scatola da scarpe, da montare su un satellite. Questo strumento sarà capace di identificare le fonti di inquinamento atmosferico dalla bassa orbita terrestre con una risoluzione spaziale finora mai raggiunta, pari a circa mezzo miglio quadrato. Per la sua realizzazione, si è optato per la fusione laser di polveri metalliche, una tecnica di produzione additiva che permette di produrre componenti leggeri a costi contenuti.
Walter Zimbeck, ingegnere elettrico e informatico presso l’APL e coautore dello studio, ha espresso sorpresa per il riconoscimento ottenuto dal progetto, che ha superato le aspettative.
La scelta è caduta su una lega di alluminio rinforzata con scandio, nota come Scalmalloy, per le sue elevate prestazioni. La sfida consisteva nell’individuare non solo il materiale adatto ma anche i parametri di lavorazione che ne ottimizzassero le prestazioni per applicazioni spaziali.
Bill Swartz dell’APL, principale ricercatore di CHAPS-D, ha sottolineato l’importanza di semplificare il processo di assemblaggio attraverso la stampa 3D, evitando configurazioni complesse o impraticabili.
Zach Post ha aggiunto che la selezione del materiale e dei parametri di lavorazione è cruciale per ottenere il risultato finale desiderato.
Il CHAPS-D ha incorporato l’ottimizzazione topologica per regolare la distribuzione del materiale all’interno della struttura, assicurando l’uso del materiale solo dove strettamente necessario. Questo approccio ha permesso di individuare una soluzione materica e di lavorazione in soli sei mesi, una tempistica significativamente inferiore rispetto ai tradizionali tre anni necessari per sviluppi simili.
Steve Storck, scienziato senior per le tecnologie di produzione presso l’APL e coautore dello studio, ha evidenziato come la nuova tecnica permetta di accelerare lo sviluppo di materiali, grazie all’uso di algoritmi di apprendimento automatico e tecniche di preselezione.
Il successo dello strumento stampato, dal design quasi alieno, dimostra come la stampa 3D possa trasformare la produzione di componenti spaziali, offrendo una libertà di progettazione inimmaginabile con i metodi convenzionali. Questa tecnologia non solo ha facilitato lo sviluppo dello strumento CHAPS-D ma sta anche trovando applicazione in altri ambiti di ricerca presso l’APL, includendo progetti spaziali, subacquei e ipersonici.
Morgana Trexler, a capo del programma Science of Extreme and Multifunctional Materials presso l’APL, ha celebrato il progetto come esemplificativo dell’uso della ricerca avanzata per abilitare nuove capacità tecniche essenziali per le missioni spaziali future.
Il caso di successo del CHAPS-D sottolinea il vasto potenziale delle tecnologie di produzione additiva, offrendo nuove prospettive per l’esplorazione spaziale e oltre, superando i limiti dei metodi di produzione tradizionali.
