La new space economy offre opportunità e sfide di ricerca. Lo sviluppo di tecnologie anche se destinate a specifiche applicazioni possono avere applicazioni dirette e/o indirette per componenti, apparecchiature, satelliti e missioni spaziali.

Le sfide sono sia tecniche che fisiche. Un semplice serbatoio se destinato allo spazio deve essere qualificato, testato, certificato. Un fenomeno fisico, venendo a mancare la forza di gravità può avere evoluzioni non interpretabili sulla base delle conoscenze acquisite per applicazioni terrestri. Ad esempio siamo in grado di progettare e gestire reattori nucleari funzionanti ad acqua in ebollizione, ma la progettazione di apparecchiature per lo spazio con fluidi in ebollizione ha richiesto ulteriori ricerche per oltre 4 lustri.

ENEA ha molteplici tecnologie che trovano applicazione diretta per interessi spaziali, ed è coinvolta in numerosi progetti finanziati da ASI, ESA, CIRA e da bandi nazionali ed europei dedicati

• qualificazione di strumentazione scientifica a bordo delle piattaforme aerospaziali
• attività di validazione e supporto per l’osservazione della Terra
• identificazione delle migliori condizioni di crescita delle piante selezionate in base alla loro capacità di adattamento in ambienti estremi
• cibo fresco per gli astronauti
• sistemi di biorigenerazione per missioni interplanetarie presidiate
• materiali e processi per componenti aerospaziali
• filtri variabili per hyperspectral imaging
• modellazione e simulazione fluidodinamica di processi termochimici
• tecniche avanzate di raffreddamento di componenti con fluido in cambiamento di fase

ENEA ha partecipato a dieci campagne di volo parabolico dal 2004 al 2019 per esperimenti in assenza di gravità per sviluppare uno scambiatore di calore con microcanali che lavora con il fluido in condizioni di ebollizione.
La dimensione e la forma delle bolle rappresentano le caratteristiche più importanti da determinare in un ambiente a gravità zero (la dimensione della bolla dipende dalla forza di gravità e dal trascinamento effettuato da fluido sulla bolla stessa, mentre la forma dipende dalla velocità relativa delle due fasi, liquido e vapore, uguale a zero-g). La conoscenza della dinamica delle bolle è fondamentale per la progettazione di scambiatori di calore a due fasi per applicazioni spaziali.

Parallelamente, ENEA ha partecipato alla progettazione ed alla definizione dell’esperimento RUBI, (Reference mUltiscale Boiling Investigation), che finalmente il 25 luglio di quest’anno è stato installato sulla Stazione Spaziale Internazionale, ed il 10 settembre ha cominciato a produrre dati sperimentali sotto la supervisione del Comandange dell’ISS Luca Parmitano, proseguendo fino alla fine di dicembre.
Rubi genera bolle in modo controllato usando un riscaldatore speciale. Il processo di ebollizione viene quindi attivato su un riscaldatore di vetro rivestito di metallo mediante un laser. Telecamere ad alta velocità di ripresa e termocamere ad alta definizione registrano la formazione e la crescita di bolle di vapore sia nello spettro visibile che a infrarossi. Acquisendo fino a 500 immagini al secondo, le telecamere di RUBI possono creare una rappresentazione tridimensionale delle forme delle bolle e analizzare la distribuzione della temperatura sul riscaldatore, consentendo agli scienziati di determinare con precisione le condizioni di evaporazione e la dinamica delle bolle, consentendo una piena comprensione del fenomeno a gravità zero.