La NASA e la stampa 3D insieme per la missione Europa Clipper  – 3Dnatives

Fin dal 1610, da quando Galileo Galilei si accorse per la prima volta che attorno al pianeta Giove ruotavano quattro piccoli astri, chiamati oggi satelliti medicei o galileiani, la ricerca spaziale non ha mai smesso di indagare e di studiare queste affascinanti lune. Quella più promettente è Europa, che è non solo il quarto più grande satellite naturale di Giove, ma anche il sesto di tutto il sistema solare. 

Il 14 ottobre 2024 la NASA ha dato quindi il via alla missione Europa Clipper dedicata all’esplorazione di Europa: la luna ghiacciata di Giove che potrebbe disporre delle condizioni necessarie per ospitare la vita. La sonda spaziale, a bordo di un razzo Falcon Heavy di SpaceX, è dotata di una staffa ottimizzata topologicamente e realizzata, presso il NASA Jet Propulsion Laboratory, grazie alla stampa 3D in alluminio Al6061R2. Per la sua creazione è stata utilizzata la stampante EOS M290, rispettando il rigido standard NASA-6030. Si tratta inoltre del più grande veicolo spaziale progettato e creato per l’esplorazione spaziale.

Fotografia di Europa ripresa dalla JunoCam, la fotocamera della sonda Juno della NASA.

Cosa sappiamo di Europa 

Come anticipato sopra, Europa è una delle quattro lune di Giove, tutte aventi nomi che richiamano le figure della mitologia greca legate al dio Zeus. Le altre lune si chiamano Io, Ganimede e Callisto. Europa è un satellite delle dimensioni leggermente più piccole della nostra Luna ed è composto principalmente da silicati e ricoperto da uno strato di acqua ghiacciata. Nel 1997, ormai quasi trent’anni fa, la navicella spaziale Galileo della NASA ha rilevato che, sotto l’immenso strato di ghiaccio superficiale di Europa, ci fosse un enorme oceano d’acqua. Si pensa che questo sia più grande della somma di tutti gli oceani presenti sulla Terra. Come l’acqua è stata fondamentale per la formazione della vita sulla Terra, questa possibilità non può essere esclusa anche per Europa che potrebbe dunque ospitare delle forme di vita aliene. Pur non essendo la missione specificatamente incentrata sulla scoperta di nuove forme di vita, la sonda sarà però utile per effettuare questo tipo di rilevazioni. 

In cosa consiste la missione spaziale Europa Clipper 

Europa Clipper è dunque la missione spaziale della NASA dedicata allo studio approfondito di questa particolare luna di Giove. Il razzo è stato lanciato lo scorso ottobre dal Kennedy Space Center, in Florida, e si prevede che arrivi nell’orbita di Giove nell’aprile del 2030, fra cinque anni e mezzo. La sonda è stata progettata per operare a una distanza quantificabile come cinque volte la distanza che separa la Terra dal Sole. È dotata anche di ampi pannelli solari fondamentali per reperire autonomamente l’energia necessaria per poter avanzare verso l’orbita di Giove. Come precedentemente accennato, Europa Clipper è il più grande veicolo spaziale costruito per le missioni nello spazio. La navicella, normalmente alta circa 5 metri, raggiunge una lunghezza di oltre 30,5 metri con gli array dispiegati. La sua massa a secco, ovvero senza carburante nei serbatoi, è di 3.241 kg.  

La sonda Europa Clipper della NASA si prepara a compiere una serie di rilevazioni ravvicinate su Europa con l’obiettivo di raccogliere dati dettagliati sulla sua superficie e sull’ambiente circostante. Inserita nell’orbita di Giove, la sonda effettuerà quasi 50 sorvoli ad altitudini che raggiungeranno i 25 chilometri dalla superficie lunare. Ogni passaggio avverrà su un’area diversa, permettendo di mappare gran parte della luna e di scoprire il suo oceano sotterraneo. 

Essendo il campo magnetico di Giove estremamente forte, la sonda è stata protetta con un caveau antiradiazioni progettato per resistere a un intenso bombardamento di particelle ad alta energia. Questo caveau, realizzato con pareti spesse in titanio e alluminio, proteggerà il carico utile e i componenti elettronici, rallentando il processo di degradazione causato dalle radiazioni. La strategia di utilizzo di un caveau rinforzato per condurre efficacemente le missioni verso Giove è stata sviluppata per la prima volta dalla NASA con la sonda Juno. 

Crediti fotografici: NASA Blogs

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Il ruolo della stampa 3D nelle missioni spaziali della NASA 

La NASA non è nuova all’utilizzo della stampa 3D per arricchire e rendere funzionali le sue missioni spaziali. Nei primi anni 2000 si è servita della stampa 3D di materiali plastici e, successivamente, ha introdotto il metallo per i prototipi. Nel 2010 si è poi dedicata alla stampa 3D dei motori dei razzi. Tra le ultime novità, nell’autunno del 2023, ha testato a caldo un ugello per motori a razzo stampato in 3D a base di alluminio. Nonostante l’alluminio a causa del suo basso punto di fusione non sia tipicamente utilizzato per la produzione additiva e non è nemmeno  utilizzato nei motori a razzo,  il test è stato positivo. Recentemente si è anche dedicata allo studio di nuove tecnologie volte a migliorare e favorire la saldatura nello spazio, come il Laser Beam Welding: un tipo di tecnologia a deposizione diretta di energia. 

Dunque, fortemente consapevoli delle possibilità che la stampa 3D può offrire al settore aerospaziale, per la missione Europa Clipper, la Nasa ha creato una staffa stampata in 3D in alluminio Al6061R2 per la sua sonda spaziale. Come precedentemente accennato, questo componente strutturale, che serve a sostenere e collegare le diverse parti della sonda, è stato creato grazie alla stampante EOS M290, rispettando lo standard NASA-6030. La stampante dell’azienda EOS ha permesso di creare delle componenti leggere che fossero però resistenti anche alle difficili condizioni dello spazio. 

Una rappresentazione artistica della navicella Europa Clipper della NASA.

La produzione additiva permette alla NASA e l’industria aerospaziale non solo di ridurre costi e tempi di sviluppo, ma offre anche nuove prospettive tecnologiche per le missioni spaziali e le applicazioni aeronautiche avanzate. Data l’importanza, la NASA ha stabilito due standard che definiscono i requisiti minimi necessari di cui devono essere dotate le componenti create tramite la produzione additiva. Lo standard NASA-STD-6030 è relativo ai requisiti di produzione additiva per i sistemi di veicoli spaziali con equipaggio, mentre lo standard NASA-STD-6033 concerne i requisiti di produzione additiva per il controllo di attrezzature e strutture. Questi requisiti forniscono un quadro operativo chiaro per l’adozione delle tecnologie AM nei programmi spaziali avanzati della NASA, coprendo l’intero processo di sviluppo e fabbricazione di hardware attraverso tecniche di stampa 3D. 

Questi criteri non avvantaggiano esclusivamente la NASA: la loro introduzione ha infatti avuto un impatto immediato e rilevante sull’intera industria della produzione additiva. Questi requisiti tecnici definiti dalla NASA devono infatti essere sempre integrati nei contratti e nei programmi spaziali e stabiliscono delle linee guida precise per la progettazione, la fabbricazione e il collaudo delle componenti utilizzate nelle missioni. Grazie alla produzione additiva, la NASA punta a garantire elevati livelli di sicurezza e affidabilità, promuovendo l’adozione di pratiche standardizzate per la produzione additiva in ambito spaziale. 

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In questa foto vengono mostrati i preparativi per l’installazione della piastra del caveau che protegge Europa Clipper.

Non resta che attendere il 20230 per avere non solo qualche informazione in più su Europa e il suo oceano di ghiaccio, ma anche sulla riuscita della missione. Nell’attesa che il satellite arrivi sull’orbita di Giove, si possono solo immaginare quali interessanti novità tecnologiche avrà in serbo la produzione additiva nel settore aerospaziale. 

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*Crediti fotografici complessivi: NASA