Panoramica casi di studio

Rendiamo la vita possibile nello spazio

Le pompe KNF riciclano l'aria a bordo dell’SSI

Ogni giorno sei astronauti della Stazione Spaziale Internazionale (ISS) si muovono nel tempo e nello spazio a 28.000 chilometri all'ora e girano intorno alla Terra. 16 volte in 24 ore. L'equipaggio può sopravvivere solo perché lo "spazio di vita e di lavoro" loro riservato è progettato per condizioni estreme. L’ISS garantisce la stabilità necessaria, il suo involucro e le sue vetrate proteggono dal calore, dal freddo e dalle perdite di pressione, mentre gli impianti portano nello spazio un po' delle condizioni di vita terrene. La sopravvivenza degli astronauti dipende dall'affidabilità di tutti i sistemi e componenti installati.

Grazie alla raccomandazione di un partner ci è stato chiesto di realizzare una pompa per il riciclaggio dell'aria usata nella stazione spaziale. I requisiti tecnici per un progetto di questo tipo sono enormi e la cooperazione e la collaborazione devono essere un tutt’uno.  

 

Il nostro team di ingegneri ha accettato la sfida di lavorare allo sviluppo di una pompa per fluidi con Airbus Defence and Space per quattro anni. Airbus Defence and Space fa parte del gruppo Airbus, specializzato nell'aviazione militare, nei sistemi aerospaziali militari e civili, nonché nell’ambito della sensoristica e della tecnologia delle comunicazioni per la difesa e la sicurezza.

La pompa per uso spaziale è stata terminata nell'autunno del 2018. Due esemplari della pompa sono state infine integrate nel nuovo Life Support Rack. Questa unità, nota anche come Advanced Closed Loop System (ACLS), ha il compito di recuperare l'anidride carbonica dall'aria della navicella spaziale e di generare ossigeno fresco per l'equipaggio attraverso l'elettrolisi. Il nuovo rack ACLS è stato installato nel modulo ISS Destiny dall'astronauta tedesco dell'ESA Alexander Gerst il 2 novembre 2018, quando era al comando dell’ISS. 

Le due pompe a membrana utilizzate facevano parte di un elettrolizzatore che generava ossigeno e idrogeno partendo dall'acqua. Le pompe trasportavano l'acqua di alimentazione da un sacchetto di plastica nell'ACLS. L'ossigeno veniva estratto convertendo prima l'anidride carbonica dell'aria della cabina in metano e acqua. Questo processo richiedeva idrogeno il quale, a sua volta, è stato ottenuto dividendo le molecole d'acqua e fornendo energia. Il processo elettrolitico estraeva ossigeno respirabile dall'acqua.

Grazie al riciclaggio dell'ossigeno, si risparmiano 450 chilogrammi di carico d'acqua all'anno 

 

Airbus presupponeva un sistema progettato per un equipaggio di tre astronauti e ha risparmiato 450 chilogrammi di carico d'acqua in più all'anno. Al prezzo di 33.000 euro al chilo di carico utile, l'ACLS ha così ridotto i costi di circa 15 milioni di euro. A piena potenza l'ACLS estrae 3 chilogrammi di CO2, fornisce 2,5 chilogrammi di ossigeno e produce 1,2 chilogrammi di acqua al giorno. 

 

Durante il volo spaziale erano necessari componenti e sistemi estremamente affidabili per garantire che tutti i processi funzionassero sempre in modo sicuro. Di conseguenza le esigenze di progettazione della pompa erano elevate. Dopo tutto, ad un'altitudine di 400 chilometri sopra la superficie terrestre, i componenti difettosi non possono essere sostituiti in un periodo di tempo adeguatamente breve.   

 

In questo caso, gli sviluppatori hanno deliberatamente optato per una pompa per fluidi dall’efficacia comprovata che fosse anche estremamente piccola, potente, durevole ed efficiente sulla Terra. Tuttavia, nell'arco dei 48 mesi, hanno più e più volte ricevuto nuove specifiche. Il team di ingegneri ha dovuto affrontare la sfida di mantenere i componenti chiave della pompa standard utilizzata, assicurando che conservasse la propria affidabilità), e ha dovuto contemporaneamente apportare modifiche strutturali significative al fine di rendere la pompa adatta allo spazio. La pompa è stata adattata più volte: l'alloggiamento è stato realizzato in acciaio inossidabile, il cuscinetto a sfere a vuoto è stato ottimizzato e per le connessioni dei fluidi si è pensato a raccordi in acciaio inossidabile. Inoltre, gli ingegneri hanno dovuto affrontare il problema dell'integrazione di un motore di azionamento salvaspazio.  

 

Compiti così impegnativi allargano i confini di ciò che è costruttivamente possibile, a tutto vantaggio dei nostri incarichi di progetto per le pompe in tutto il mondo ogni anno. La maggior parte si sta rivelando una storia di successo. Lo stesso dicasi per quanto attiene alla pompa spaziale.