Un team di ricerca dell’Università del Saarland, in collaborazione con l’Agenzia Spaziale Europea (ESA) e il Centro Spaziale Tedesco (DLR), sta conducendo una serie di esperimenti scientifici a bordo della Stazione Spaziale Internazionale. Dal 31 agosto al 4 settembre, lo scienziato dei materiali Ralf Busch e il suo gruppo analizzano gocce di leghe metalliche ad alte temperature, sospese in stato di apparente assenza di peso. L’obiettivo delle misurazioni, effettuate nel modulo europeo Columbus situato a circa 400 chilometri di altitudine, è studiare le proprietà dei metalli vetrosi per perfezionare materiali ad altissima resistenza legati al settore aerospaziale e alla mobilità elettrica.
- Gli esperimenti esaminano leghe di nichel-niobio e nichel-niobio-zolfo portate a temperature fino a 1.700 °C.
- I test si svolgono nel modulo ESA Columbus grazie al levitatore elettromagnetico installato nel 2014.
- Il controllo remoto delle misurazioni è affidato ai ricercatori dell’Università del Saarland dalla sede DLR di Colonia.
La ricerca sui metalli amorfi e le loro proprietà
A differenza dei metalli tradizionali, caratterizzati da una struttura atomica cristallina ordinata, i metalli vetrosi presentano un’organizzazione atomica disordinata e amorfa. Questa configurazione si ottiene rallentando la formazione di cristalli durante il processo di solidificazione, un’operazione che richiede anni di studi sulla composizione atomica delle leghe.
I metalli vetrosi combinano una resistenza meccanica superiore a quella dell’acciaio con un’elasticità che permette di modellarli ad alte temperature tramite stampaggio a iniezione o stampa 3D.
Le applicazioni pratiche di questi materiali sviluppati a Saarbrücken riguardano componenti capaci di rendere più efficienti i motori elettrici, oltre a viti e pezzi con geometrie complesse in grado di sopportare le condizioni estreme dell’esplorazione spaziale.
Il ruolo fondamentale della microgravità a bordo della ISS
Per misurare con precisione le caratteristiche fisiche di queste leghe ad alta reattività senza l’impiego di un crogiolo, i ricercatori necessitano di gocce fusi perfettamente stabili. A circa 400 chilometri dalla Terra, la velocità di orbita della ISS crea uno stato di caduta libera continua che genera una condizione di microgravità ideale per la levitazione.
Gli esperimenti sfruttano l’Electromagnetic Levitator (EML), uno strumento integrato nel modulo Columbus nel 2014 dall’astronauta tedesco dell’ESA Alexander Gerst. Sulla ISS sono stati inviati campioni sotto forma di sferette di lega nichel-niobio (sviluppata inizialmente al MIT nel 1967) e nichel-niobio-zolfo, prodotte dal ricercatore Lucas Ruschel. Il dottorando Lucas Eisenhut e il dottor Fan Yang controllano le operazioni a distanza dal centro DLR di Colonia, esaminando gocce riscaldate fino a 1.700 °C.
L’impatto industriale dei dati raccolti nello spazio
L’assenza di gravità consente di analizzare parametri fondamentali come la tensione superficiale, la viscosità, l’espansione termica, il superraffreddamento, la capacità termica e il comportamento di oscillazione dei fluidi. L’analisi diretta di questi indicatori storicamente difficili da misurare a terra permette di affinare i modelli teorici di solidificazione.
Per il settore industriale, questo significa che una comprensione più approfondita delle fasi di raffreddamento permetterà di ottimizzare i processi di stampa 3D di componenti critici. Per le aziende impegnate nella transizione energetica e nella manifattura avanzata, ciò implica la possibilità di produrre elementi meccanici più leggeri e durevoli, riducendo le usure e migliorando le prestazioni complessive dei motori del futuro.
Quale ritenete possa essere l’impatto più significativo dell’uso della Stazione Spaziale Internazionale per la ricerca sui materiali avanzati? Lasciate un commento per condividere la vostra opinione.
