Airbus e l'Università del Surrey, in Inghilterra, hanno sviluppato una robusta nano-barriera multistrato per polimeri rinforzati con fibra di carbonio ultraleggeri e stabili. Potrebbe essere usata per costruire strumenti per future missioni spaziali.
Airbus da molti anni utilizza polimeri rinforzati con fibra di carbonio (CFRP) sui suoi veicoli spaziali e sulle sue strutture strumentali. Buoni esempi sono i due satelliti GRACE FO che stanno monitorando i movimenti di acqua liquida, ghiaccio e masse terrestri a causa dei cambiamenti climatici e BepiColombo che esplorerà Mercurio. In questo tipo di missioni i CFRP offrono molti vantaggi; in particolare un rapporto elevato tra resistenza e peso.
Ma le applicazioni sono limitate perché il materiale assorbe l'umidità, spesso rilasciata sotto forma di gas durante una missione. Ciò influisce sulla stabilità dimensionale e sull'allineamento delle strutture ottiche di carico utile. Gli ingegneri possono tentare di ridurre al minimo questo problema eseguendo procedure lunghe e costose come asciugatura, ricalibrazioni e cottura in forno, che però potrebbero non risolvere completamente il problema. Ora, gli scienziati e ingegneri di Airbus e dell'Università del Surrey hanno trovato una soluzione: una nano-barriera multistrato che si lega al CFRP ed elimina la necessità di più fasi di cottura e lo stoccaggio controllato richiesto nel suo stato non protetto.
Ravi Silva, Direttore dell'Istituto di Tecnologia Avanzata dell'Università del Surrey, confida nel fatto che il composito rinforzato di recente sviluppo rappresenti un "significativo miglioramento rispetto a metodi e materiali simili già presenti sul mercato."
In un articolo pubblicato dalla rivista scientifica Nature Materials, gli ingegneri hanno dimostrato che la sua barriera sottile - che misura solo i sub-micrometri di spessore, rispetto alle decine di micrometri degli attuali rivestimenti per missioni spaziali - è meno suscettibile allo stress e alla contaminazione in superficie, mantenendo la sua integrità anche dopo molteplici cicli termici.
"Questi risultati incoraggianti suggeriscono che la nostra barriera potrebbe eliminare i notevoli costi e i problemi associati all'uso dei CFRP nelle missioni spaziali," afferma Ravi Silva, Direttore dell'Istituto di Tecnologia Avanzata dell'Università del Surrey.
Christian Wilhelmi, Head of Mechanical Subsystems and Research and Technology di Airbus a Friedrichshafen, è altrettanto positivo: "La nuova nano-barriera, insieme alla nostra capacità di produzione di CFRP ad altissimo modulo, ci consentirà di creare la prossima generazione di materiali CFRP senza degassamento, con una stabilità dimensionale molto maggiore. Raggiungere questo traguardo ci dà la sicurezza di guardare alla produzione su scala strumentale per comprovare pienamente la tecnologia."
In futuro, il rivestimento potrebbe offrire vantaggi significativi anche in altre aree dell'attività di Airbus. Ad esempio, aumento della resistenza all'usura, proprietà barriera per molti tipi di sostanze, protezione dall'erosione atomica dell'ossigeno nell'orbita terrestre bassa, regolazioni delle proprietà termo-ottiche e altro ancora.
"Anni di collaborazione con l'Università del Surrey, il lavoro scrupoloso e la collaborazione con clienti come ESA e DLR ci hanno premiato con una tecnologia all'avanguardia, con prestazioni di almeno un ordine di grandezza migliori di qualsiasi altra soluzione esistente," afferma Paolo Bianco, R&T Cooperation Manager. "Sono lieto di vedere un'altra collaborazione R&T trasformarsi in una tecnologia riconosciuta e concreta che presto volerà."
La nuova nano barriera potrebbe essere utilizzata per i prossimi programmi terrestri, di navigazione e scientifici come l'estensione di Copernico, Earth Explorer e Science Cosmic Vision.