WINTERTIME

Low Earth orbit environment ageing effect on Ultra-High Temperature Ceramic Matrix Composites

Responsabile: Luca Zoli

Personale coinvolto: Diletta Sciti

Data di inizio: 05/11/2020
Durata: 30 mesi
Bando:AO-2020-Euromaterialageing
Coordinatore: Agenzia Spaziale Europea (ESA) e Centro Nazionale di Studi Spaziali (CNES) Francese
Consorzio: ESTEC, CNES, ISTEC, UNINA, DLR, AAC Research, Univ. Catania, BAM, HEVS. Azimut space, Tecniker, OEAW, UNiv. Bristol, Arceon, Nematx, Univ. Southampton, Univ. Coimbra, EMPA
Sito web ufficiale: link

L’Agenzia Spaziale Europea, in collaborazione con il centro nazionale Francese di studi spaziali (CNES), nell’ambito del bando AO-2020-Euromaterialageing, promuove lo studio dell’invecchiamento di materiali per applicazioni nell’orbita bassa dell’atmosfera (LEO). A tal fine ha selezionato una rosa di progetti proponenti materiali innovativi per questa applicazione. Il laboratorio ESTEC si occuperà di realizzare una campagna di test atti a verificare che i materiali abbiano i requisiti di sicurezza per essere lanciati sulla stazione spaziale internazionale (ISS) ed essere manipolati dagli astronauti. Utilizzando la nuovissima piattaforma esterna (BARTOLOMEO) alla Stazione Spaziale Internazionale (ISS) i materiali saranno esposti alle condizioni severe dell’atmosfera bassa terrestre per un periodo di almeno sei mesi.
CNR-ISTEC partecipa a questa straordinaria opportunità con lo scopo di studiare l’effetto della radiazione spaziale, la reazione con l’ossigeno atomico, i ripetuti cicli termici e il potenziale impatto dei detriti dopo un periodo di sei mesi di esposizione all’orbita terrestre bassa (LEO) sulla nuova classe di materiali a matrice ceramica ultra-refrattaria (UHTCMC) progettata e sviluppata all’istituto di Faenza durante il progetto C3harme. Verrà analizzata in modo approfondito la relazione tra microstruttura e proprietà meccaniche. L’accento sarà posto sulla modifica dell’interfaccia fibra/matrice e sulla resistenza irregolare all’erosione e all’ablazione dopo l’esposizione allo spazio, anche mediante test dedicati pre e post volo (arc-ject test). Tali materiali sono candidati come potenziali scudi termici riutilizzabili di veicoli spaziali per il rientro in atmosfera a velocità ipersonica.
Durante il progetto WINTERTIME ISTEC e UNINA hanno realizzato dimostratori scientifici (piastrelle) in materiale UHTCMCs delle dimensioni adatte alla piattaforma BARTOLOMEO.

Questo progetto è stato stimolato dalla necessità di studiare gli effetti a lungo termine in LEO dei nuovi materiali per ambienti estremi sviluppati all’ISTEC durante il progetto europeo C3harme. La validazione come protezioni termiche per veicoli spaziali degli UHTCMC, realizzati per sinterizzazione, è stata effettuata TPS per veicoli spaziali fino a TRL 5-6 a temperature superiori a 2000 °C. Infatti la capacità di questi materiali di poter rientrare dall’atmosfera dopo un periodo così lungo in condizioni LEO senza perdere proprietà strutturali è ancora sconosciuta. Questa indagine è una grande sfida e un’opportunità per ottenere informazioni cruciali sugli UHTCMCs.