Risparmiare sulle missioni spaziali grazie a veicoli riutilizzabili. È una delle sfide in corso a cui ha contribuito il progetto Amaca (Approccio Multiscala per la Modellazione di Materiali CMC e UHTCMC per Componenti Riutilizzabili per l’Aerospazio) che con un percorso di oltre tre anni di ricerca ha compiuto passi significativi per lo sviluppo di veicoli in grado di effettuare in sicurezza missioni spaziali multiple senza aver bisogno di sofisticate misure di ispezione e manutenzione. Il progetto, finanziato dall’Agenzia Spaziale Italiana e coordinato dal Politecnico di Milano, ha coinvolto il Cira, Centro Italiano di Ricerche Aerospaziali, l’Issmc, Istituto di Scienza, Tecnologia e Sostenibilità per lo sviluppo dei Materiali Ceramici del Cnr e Petroceramics SpA. Amaca ha caratterizzato, modellato e sottoposto a prove in ambiente di simulazione della fase di rientro ipersonico, numerosi provini ed elementi strutturali, presso i laboratori del Cira e dell’Università Federico II di Napoli. Amaca – informa Polimi – ha definito metodi sperimentali e numerici per lo sviluppo di termostrutture in compositi ceramici (fibra di carbonio in matrice ceramica), in grado di resistere a elevate temperature (1000°C÷2000°C), cioè nelle condizioni tipiche del rientro da missioni spaziali, del volo ipersonico e degli apparati propulsivi.
I materiali analizzati consentono di realizzare oggi, strutture leggere, di grande rigidezza, con caratteristiche di tolleranza al danno estremamente superiori a quelli delle comuni ceramiche. Il progetto ha migliorato la comprensione, mediante un’intensa campagna di prove sperimentali, dei meccanismi di danno e rottura, che possono pregiudicare l’integrità delle strutture, e messo a punto gli strumenti per prevederli, attraverso modelli digitali che consentono di eseguire prove virtuali in condizioni equivalenti a quelle operative. Grazie a tali strumenti, le strutture potranno essere progettate per garantirne la sicurezza anche in presenza di danni, originati dagli sforzi di origine termica e meccanica nelle fasi più critiche delle missioni, come il rientro in atmosfera. Amaca, quindi, ha raggiunto risultati significativi per estendere una filosofia di progettazione basata sulla tolleranza al danno, oramai comunemente adottata nelle costruzioni aeronautiche, alle strutture di veicoli spaziali riutilizzabili realizzati con materiali innovativi.