Perseverance porta su Marte oggetti stampati in 3D

La NASA ha deciso di puntare sulla stampa 3D per forgiare gli strumenti necessari, utili per le prossime missioni sul Pianeta Rosso. Prima Curiosity poi Perseverance, hanno già usufruito di questa nuova affascinate tecnologia che coniuga la creatività con la più raffinata innovazione tecnologica dell'ingegneria aerospaziale

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Il rover Perseverance della NASA, lanciato a fine Luglio 2020 e che attraccherà su Marte nel febbraio del 2021, sta trasportando con sé 11 parti metalliche realizzate con la stampa 3D.

La stampa 3D è la nuova frontiera scelta dalla NASA per costruire motori a razzo e potenziali avamposti sulla Luna e su Marte. Grazie a questa tecnologia innovativa, sarà possibile unire la creatività con le più sofisticate tecnologie di ingegneria aerospaziale.

È come lavorare con la cartapesta“, ha spiegato Andre Pate, il capo del gruppo per la produzione additiva presso il Jet Propulsion Laboratory della NASA nel sud della California:  “Costruisci ogni funzionalità strato per strato e presto avrai una parte dettagliata”.

Curiosity, il predecessore di Perseverance, è stato il primo rover a portare la stampa 3D sul Pianeta Rosso. È atterrato nel 2012 con una parte in ceramica stampata in 3D all’interno dello strumento Sample Analysis at Mars (SAM) del rover stesso. Da allora la NASA ha continuato a testare la stampa 3D per poterla usare nei veicoli spaziali, per assicurarsi che l’affidabilità delle parti sia eccellente.

In quanto “strutture secondarie”, le parti stampate di Perseverance non metterebbero a repentaglio la missione se non funzionassero come previsto, ma come ha dichiarato Pate: “Far arrivare queste parti su Marte è un’enorme pietra miliare che apre la porta un po’ di più alla produzione additiva in l’industria spaziale”.

Delle 11 parti stampate che andranno su Marte, cinque fanno parte di PIXL, ( Planetary Instrument for X-ray Lithochemistry), un dispositivo delle dimensioni di un cestino del pranzo che aiuterà Perseverance a cercare segni di vita microbica fossilizzata sparando raggi X sulle superfici rocciose per analizzarli.

PIXL condivide lo spazio con altri strumenti nella torretta rotante da 88 libbre (40 chilogrammi) all’estremità del braccio robotico del rover lungo 2 metri. Per rendere lo strumento il più leggero possibile, il team JPL ha progettato il guscio in titanio in due pezzi di PIXL, un telaio di montaggio e due montanti di supporto che fissano il guscio all’estremità del braccio in modo che siano cavi ed estremamente sottili. In effetti, le parti, che sono state stampate in 3D dalla Carpenter Additive, hanno una massa tre o quattro volte inferiore rispetto a quella che avrebbero avuto se fossero state prodotte in modo convenzionale.

La stampa 3D ha reso possibile questo strumento”, ha affermato Michael Schein, il principale ingegnere meccanico di PIXL al JPL: “Queste tecniche ci hanno permesso di ottenere una massa ridotta e un puntamento di alta precisione che non potevano essere realizzati con la fabbricazione convenzionale”.

Le altre sei parti stampate in 3D di Perseverance interrssano uno strumento chiamato Mars Oxygen In-Situ Resource Utilization Experiment, o MOXIE . Questo dispositivo testerà la tecnologia che in futuro potrebbe produrre quantità industriali di ossigeno per creare propellente per razzi su Marte, aiutando gli astronauti a tornare sulla Terra.

Per creare ossigeno, MOXIE riscalda l’aria marziana fino a quasi 1.500 gradi Fahrenheit (800 gradi Celsius). All’interno del dispositivo sono presenti sei scambiatori di calore: piastre in lega di nichel delle dimensioni di un palmo che proteggono le parti chiave dello strumento dagli effetti delle alte temperature.

Questi tipi di parti in nichel sono chiamati superleghe perché mantengono la loro resistenza anche a temperature molto elevate“, ha affermato Samad Firdosy, ingegnere dei materiali presso JPL che ha contribuito allo sviluppo degli scambiatori di calore:  “Le superleghe si trovano tipicamente nei motori a reazione o nelle turbine di generazione di energia. Sono davvero brave a resistere alla corrosione, anche quando sono molto calde”.

Sebbene il nuovo processo di produzione offra praticità, ogni strato di lega depositato dalla stampante può formare pori o crepe che possono indebolire il materiale. Per evitare ciò, le piastre sono state trattate in una pressa isostatica a caldo – un frantoio a gas – che riscalda il materiale a oltre 1.832 gradi Fahrenheit (1.000 gradi Celsius) e aggiunge una pressione intensa in modo uniforme intorno alla parte. Quindi, gli ingegneri hanno utilizzato microscopi e numerosi test meccanici per controllare la microstruttura degli scambiatori e assicurarsi che fossero adatti per il volo spaziale.

Infine, un obiettivo chiave della missione di Perseverance su Marte è l’astrobiologia, inclusa la ricerca di segni di antica vita microbica. Il rover caratterizzerà la geologia del pianeta e il clima passato, aprirà la strada all’esplorazione umana del Pianeta Rosso e sarà la prima missione a raccogliere e memorizzare roccia marziana e regolite.

Le missioni successive, attualmente all’esame della NASA in collaborazione con l’ESA (l’Agenzia spaziale europea), invierebbero veicoli spaziali su Marte per raccogliere questi campioni memorizzati nella cache dalla superficie e riportarli sulla Terra per un’analisi approfondita.