Mentre la NASA pianifica il ritorno dell’uomo sulla Luna e si intensificano i programmi di esplorazione del pianeta “rosso”, Marte, un progetto di collaborazione sulla saldatura a laser tra il Marshall Space Flight Center della NASA e la Ohio State University a Columbus mira a stimolare la produzione nello spazio di strutture e infrastrutture aerospaziali. La saldatura nello spazio potrebbe accelerare la costruzione di grandi habitat in orbita terrestre bassa, di strutture spaziali che proteggano gli astronauti durante missioni future e altro ancora.
Questo sforzo pluriennale ha l’obiettivo di comprendere i processi fisici della saldatura sulla superficie lunare, ad esempio studiando gli effetti della saldatura a laser in un ambiente combinato di vuoto e gravità ridotta. L’obiettivo è potenziare le capacità di produzione nello spazio per assemblare potenziali strutture di grandi dimensioni o effettuare riparazioni sulla Luna, preparandosi per il prossimo grande passo dell’umanità: l’invio di astronauti su Marte e oltre.
“Per molto tempo abbiamo usato fissaggi, rivetti o altri metodi meccanici per mantenere assemblate le strutture nello spazio – ha dichiarato Andrew O’Connor, scienziato dei materiali del Marshall e responsabile tecnico della NASA per il progetto – Ma stiamo cominciando a capire che, se vogliamo giunti solidi e strutture che restino insieme una volta assemblate sulla superficie lunare, potrebbe essere necessario utilizzare la saldatura nello spazio”.
La capacità di saldare strutture nello spazio eliminerebbe anche la necessità di trasportare rivetti e altri materiali, riducendo il carico utile per i viaggi spaziali. Ma la sfida maggiore è determinare come si comporteranno le saldature nell’ambiente spazio.
Per realizzare questo obiettivo, i ricercatori stanno raccogliendo dati sulla saldatura in condizioni simulate di spazio. Vengono indagati aspetti come la temperatura e il trasferimento di calore in un ambiente di vuoto, la dimensione e la forma dell’area fusa sotto un raggio laser, l’aspetto della sezione trasversale della saldatura una volta solidificata e come cambiano le proprietà meccaniche per le saldature eseguite in condizioni ambientali che imitano la superficie lunare.
“Una volta lasciata la Terra, diventa più difficile testare il comportamento della saldatura, quindi stiamo utilizzando esperimenti e modellazioni al computer per prevedere le prestazioni della saldatura nello spazio mentre siamo ancora a terra”, ha spiegato O’Connor.
Nell’agosto 2024, un team congiunto dai programmi di Ingegneria della Saldatura e del Capstone Multidisciplinare della Ohio State University e dal Laboratorio di Materiali e Processi del Marshall ha eseguito saldature con laser a fibra ad alta potenza a bordo di un aereo commerciale che ha simulato la gravità ridotta. L’aereo ha effettuato manovre paraboliche che iniziavano in volo livellato, guadagnavano 8.000 piedi di altitudine e, al culmine di un arco parabolico, si traducevano in circa 20 secondi di microgravità per i passeggeri e gli esperimenti. Fluttuando in questo ambiente privo di peso, i membri del team hanno eseguito esperimenti di saldatura laser in un ambiente simulato simile a quello dell’orbita terrestre bassa e della gravità lunare. L’analisi dei dati raccolti da una rete di sensori durante i test aiuterà i ricercatori a comprendere gli effetti degli ambienti spaziali sul processo di saldatura e sui materiali saldati.
“Durante i voli, abbiamo completato con successo 69 saldature su 70 in condizioni di microgravità e gravità lunare, realizzando una campagna di volo completamente riuscita”, ha dichiarato Will McAuley, studente di ingegneria della saldatura alla Ohio State. Finanziato in parte dal Marshall e sviluppato in oltre due anni, il progetto coinvolge studenti universitari, laureati e professori dell’Ohio State, oltre a ingegneri di vari centri della NASA. Il personale del Marshall si è allenato insieme al team universitario, imparando a operare l’hardware di volo e condividendo preziose lezioni apprese da esperimenti precedenti di volo parabolico.
Il Langley Research Center della NASA a Hampton, Virginia, ha sviluppato una camera a vuoto portatile per supportare i test. L’ultima volta che la NASA ha eseguito saldature nello spazio è stata durante la missione Skylab nel 1973. Da allora sono stati condotti altri test parabolici, utilizzando laser a bassa potenza. Saranno necessari metodi pratici di saldatura e giunzione, nonché processi correlati come la produzione additiva, per sviluppare l’economia nello spazio. Questi processi permetteranno di riutilizzare e riparare infrastrutture spaziali critiche e potrebbero costruire strutture troppo grandi per essere trasportate con i volumi di carico attuali.
Il lavoro è anche rilevante per comprendere come avviene la saldatura a laser sulla Terra. Le industrie potrebbero usare i dati per migliorare i processi di saldatura, essenziali per un’ampia gamma di beni prodotti, dalle automobili ai frigoriferi fino ai grattacieli.
“Siamo molto entusiasti della saldatura a laser perché ci offre la flessibilità di operare in ambienti diversi – ha concluso O’Connor – C’è stato un rinnovato interesse per la saldatura, mentre cerchiamo modi innovativi per posizionare strutture di grandi dimensioni sulla superficie della Luna e di altri pianeti”.
(fonte www.nasa.gov)
