European Service Modules: Made in Italy
Il successivo contributo nazionale agli European Service Module per Artemis è quello dell'Italia.
Per cominciare dalle basi, la struttura del modulo viene prodotta da Thales Alenia Space (joint venture costituita per il 67% da Thales e per il 33% da Leonardo). L'unità essenziale agisce come il telaio su un'automobile, fornendo la solida base per tutti gli altri elementi su cui costruire la navicella spaziale Orion, e, inoltre, assorbe le forze che il veicolo spaziale si trova ad affrontare durante il lancio nell'orbita terrestre e verso la Luna.
Tutto ha inizio a Torino, dove i tecnici assemblano la struttura di base, composta da un’anima di pannelli sandwich in materiali rinforzati con fibre a matrice polimerica, e le strutture secondarie, costituite da elementi in lega di alluminio. Questa tecnologia consente allo European Service Module (ESM, Modulo di Servizio Europeo) di mantenere un peso sufficientemente leggero per volare più lontano e per più tempo, ma anche una solidità sufficiente a conservare la forma.
Prima della messa in produzione, un modulo ESM di prova è stato spinto e tirato da 72 martinetti che hanno simulato quasi una volta e mezza lo stress a cui saranno sottoposti i moduli veri e propri. Come ci si aspettava, la struttura ha superato brillantemente il test passando alla fase di fabbricazione. Tuttavia, gli ingegneri di Thales Alenia Space non si sono fermati qui e hanno realizzato una terza struttura per Artemis III ancora più leggera, pur mantenendo invariata la forza.
Le strutture vengono poi spedite da Torino a Brema, in Germania, dove vengono installati i restanti componenti del veicolo spaziale. Il breve viaggio di 1.200 km dura circa una settimana e viene effettuato con l’impiego di un container appositamente progettato che tiene la struttura al sicuro mantenendone i giusti livelli di umidità e temperatura.
Raffreddamento
Se i radiatori domestici usano l'acqua per trasferire il calore, i radiatori dello European Service Module impiegano l'idrofluoroetero liquido. Thales Alenia Space fornisce i radiatori, composti da sei elementi che formano due sistemi indipendenti per ciascun modulo. I radiatori spaziali si distinguono da quelli casalinghi anche per l'espulsione del calore in eccesso che evita il surriscaldamento di computer e altri componenti, proprio come accade nelle automobili.
Parte integrante del sistema di raffreddamento sono le piastre fredde che consentono la rimozione efficace del calore in assenza di aria dove lo spazio non manca, fattore decisivo nel precisissimo European Service Module. Le piastre fredde usano le eccellenti proprietà conduttrici dei metalli, per questo vengono impiegate spesso anche per i computer desktop. Gli idrofluoroeteri liquidi passano in una piastra metallica che dissipa il calore. Da notare che le piastre o 'piatti freddi' qui citati non sono da confondere con un diverso tipo di piatto freddo per cui l'Italia è anche famosa, l'antipasto freddo appunto.
Le piastre fredde vengono fornite dall'azienda DTM Technologies di Modena, una piccola realtà che produce componenti spaziali da molti decenni. Adibiti al trasferimento del calore, i componenti di DTM Technologies hanno volato sullo Space Shuttle e nell'esperimento sulla materia oscura della Stazione Spaziale Internazionale AMS-02. I componenti per l'analisi della temperatura di DTM sono stati anche usati nel manichino usato per il volo spaziale Matroshka che è stato installato all'esterno della Stazione Spaziale Internazionale per monitorare le radiazioni. Questo esperimento è un precedente diretto per i passeggeri soggetti a test delle radiazioni che voleranno con Artemis I.
Valvole per l’aria
Il successivo componente italiano non sarà quello più visibile data la modesta mole, ma è estremamente importante: le valvole che regolano la fornitura di ossigeno e azoto per creare aria respirabile per gli astronauti. CrioTec, con sede vicino a Torino, è specializzata in tutti i tipi di componenti che generano il freddo e il vuoto e rifornisce un'altra grande organizzazione che necessita di precisione e affidabilità assolute: il CERN. Il loro catalogo prodotti comprende un filtro per gli esperimenti fisici di grandi dimensioni.
Le valvole potranno anche sembrare un piccolo componente a prima vista, ma chiunque abbia sperimentato le perdite di un rubinetto sa bene quanto può essere difficile progettare e realizzare un componente che consente alla materia di fluire e al contempo ne interrompe il flusso quando è necessario. Le molecole di acqua sono molto più grandi di quelle dell'azoto e dell'ossigeno, quindi creare l'ermeticità non è affatto semplice, figurarsi nello spazio.
Grazie all'esperienza nel campo delle valvole, del vuoto e del freddo, Thales Alenia Space ha testato la configurazione di controllo della temperatura per Orion in uno stabilimento CrioTec per verificare l’idea già nel 2016.
L’importanza dell’idratazione
I Moduli di Servizio Europei ESM comprendono quattro serbatoi che contengono circa 80 litri d'acqua ciascuno, destinati agli astronauti e alle astronaute in viaggio verso la Luna. Anche questi elementi vengono realizzati nei pressi di Torino, precisamente a Sommariva del Bosco, dall'azienda Alfa Meccanica, che produce la struttura cilindrica del serbatoio d'acqua con le relative coperture, in modo che gli astronauti e le astronaute a bordo di Artemis II e delle successive missioni possano bere, reidratare il cibo e lavarsi. Forte di un personale costituito da oltre 50 unità, Alfa Meccanica è specializzata in lavorazioni di alta precisione e tra i propri prodotti vanta strumenti di pulizia idrica che mantengono l’acqua freschissima. L'acqua potabile proviene da una sorgente vicina alla rampa di lancio negli Stati Uniti d'America.
La ragnatela spaziale
Un'altra azienda torinese, Aviotec, fornisce le "ragnatele spaziali" per gli European Service Module. Un nome fantastico (una volta tanto non si tratta di un acronimo), visto che le ragnatele sono cinghie che fissano uno strato di protezione Kevlar in fondo al veicolo spaziale Orion. Aviotec ha fornito componenti per diversi moduli della Stazione Spaziale Internazionale, tra cui Cupola e Nodo-3, nonché i veicoli di trasferimento automatizzati ATV e il veicolo spaziale Cygnus di Northrop Grumman. Aver fornito le coperture isolanti che hanno protetto l'avamposto in orbita attorno al nostro pianeta per oltre due decenni è la prova della qualità dei prodotti di quest'azienda.
Energia solare
Tutti i componenti di cui abbiamo parlato finora, fatta eccezione per le ragnatele, non funzionerebbero senza elettricità ed è per questo che Leonardo S.p.a. e la subappaltatrice CBL electronics forniscono e testano le unità di condizionamento e distribuzione dell’alimentazione fabbricate a Milano per gli European Service Module. Queste unità prendono l'energia solare, la uniformano e la distribuiscono dove serve, proprio come un gruppo di alimentazione in un computer desktop, ma senza ventola e in modo molto più preciso e affidabile.
Ma prima di essere distribuita, l'energia elettrica deve essere prodotta. E qui entra in gioco Leonardo, azienda che fornisce i pannelli fotovoltaici per le ali dei pannelli solari. Su ciascun ESM sono presenti quattro 'ali', composte da tre pannelli fotovoltaici per una lunghezza totale di 7 metri ciascuno, in grado di fornire un totale di circa 11 kW.
Anche i singoli pannelli che convertono i raggi solari in energia elettrica sono prodotti a Milano da Leonardo per poi essere trasferiti nei Paesi Bassi per ulteriori lavorazioni, di cui parleremo in futuri articoli del blog.
Sulla Terra, a scopo di test, l'elettricità deve arrivare all'unità di alimentazione tramite altri mezzi (leggi il contributo della Danimarca ad Artemis per maggiori dettagli sui generatori di elettricità sostitutivi).
Leonardo vanta una vastissima gamma di prodotti ed è coinvolta in numerose missioni dell'ESA e collaborazioni con altri partner internazionali, dal telescopio James Webb alla Stazione Spaziale Internazionale fino ai cercatori di asteroidi e pianeti OSIRIS-Rex e JUICE, come si può vedere dagli elenchi delle missioni pubblicate sul suo sito web.
Dall'Italia alla Luna passando per Germania e Stati Uniti
Questo elenco di raffinatissimi prodotti spaziali italiani è solo un esempio delle migliaia di componenti che costituiscono gli European Service Module. Trasportati su ruota agli hangar di integrazione Airbus a Brema, in Germania, vengono poi assemblati a formare un modulo European Service Module. Una volta assemblato, il modulo viene spedito al Kennedy Space Center della NASA in Florida e integrato con Orion, il razzo SLS, e sulla rampa di lancio alla volta della Luna.