La multidisciplinarità della ricerca aerospaziale

A cura di Elisa Di Cerbo – Classe 4ªS₂, Liceo Scientifico

Era il lontano 22 dicembre 2015 quando, per celebrare l’importante contributo di donne e ragazze alle materie scientifiche, l’Assemblea generale delle Nazioni Unite istituì la “Giornata internazionale delle donne e delle ragazze nella scienza”; e oggi, 11 febbraio 2025, ricorre il decimo anniversario dalla sua istituzione. Oltre ad essere data di tale celebrazione, la giornata di oggi rappresenta la fine della seconda edizione della Settimana nazionale delle discipline scientifiche, tecnologiche, ingegneristiche e matematiche, iniziativa del Ministero dell’Università e della Ricerca volta a stimolare nei giovani l’interesse, la scelta e l’apprendimento di tali discipline.

In occasione delle suddette ricorrenze, al fine di infondere negli studenti passione e conoscenza delle discipline STEM, i ragazzi delle classi quarte e quinte del Liceo Scientifico, il giorno 6 febbraio hanno avuto l’opportunità di incontrare la dott.ssa Elisa Marenna, ricercatrice del CIRA (Centro Italiano Ricerche Aerospaziali) di Capua, ex studentessa del Liceo Scientifico dell’Istituto Telesi@. La prima parte dell’incontro è stata dedicata all’illustrazione delle attività del Centro, istituito alla fine degli anni ’80, per volontà del governo italiano, al fine di supportare le ricerche aerospaziali: infatti, per far sì che una struttura spaziale possa resistere alle condizioni di temperatura estreme e alle sollecitazioni vibrazionali cui è soggetta in seguito al lancio, è necessario fare a terra una serie di test di simulazione numerica, per renderla conforme alle normative internazionali. Il CIRA, in particolare, è dotato di numerosi ambienti specializzati nella verifica dell’idoneità dei velivoli: l’IWT (Icing Wind Tunnel), che consente di testare i sistemi di protezione dal ghiaccio, simulando l’attraversamento di una nuvola, condizioni di quote fino ai 7000 metri e temperature fino ai -40°; il Plasma Wind Tunnel, capace di generare un plasma (chiamato volgarmente “quarto stato della materia”, si tratta di un gas ionizzato globalmente neutro di elettroni e ioni) che simula le condizioni dei velivoli durante il rientro in atmosfera: tra i due complessi situati al Centro, SCIROCCO è un impianto unico al mondo per testare i sistemi di protezione termica; un impianto che misura l’urto a terra per verificare i cambiamenti subiti dalla struttura; un impianto LSVC (Large Scale Vacuum Chamber), dove vengono testati propulsori elettrici per posizionare i satelliti ed eseguire manovre di perfezionamento; vari laboratori di qualifica spaziale, che testano molteplici altre condizioni.

Successivamente, la dott.ssa ha illustrato il programma Space Rider, affidato all’Agenzia Spaziale Europea, che ha lo scopo di dotare l’Europa di una navicella che dovrebbe raggiungere quote relativamente basse, di circa 450 km, per compiere varie missioni, come la manutenzione di satelliti. Inoltre, i laboratori di qualifica spaziale del CIRA hanno testato uno dei due microsatelliti a bordo della navicella HERA, lanciata con un Falcon 9 di SpaceX, per studiare gli eventi causati dall’impatto di un asteroide, progetto della NASA.

Nell’ultima parte dell’incontro, la dottoressa ha parlato del suo percorso formativo: dopo la laurea in Chimica industriale e il suo approdo al CIRA, ha lavorato presso il Plasma Wind Tunnel, dove ha studiato la caratterizzazione del plasma che si genera nella galleria con tecniche spettroscopiche; è poi passata all’area di impatto ambientale per trasporto aereo, che si occupa in particolare delle emissioni inquinanti e acustiche. Il confronto con la dottoressa Marenna è terminato con il racconto della sua prima esperienza come ricercatrice del CIRA, cioè il lancio di un velivolo senza pilota, che è stato poi posizionato all’ingresso della sede.

Il giorno seguente, venerdì 7 febbraio, alcuni dei ragazzi presenti all’incontro con la dottoressa hanno avuto l’opportunità di recarsi sul posto delle ricerche descritte, il CIRA di Capua, dove hanno effettuato una visita guidata accompagnati dalla Marenna e altri esperti. Arrivati in sede, sono stati accolti in un’ampia sala, dove hanno incontrato personalità di spicco nel settore aeronautico e aerospaziale: l’astronauta Walter Villadei, collegato da remoto, che ha studiato presso l’Università degli Studi di Napoli Federico II e poi in Accademia, ha evidenziato come l’Italia sia un paese all’avanguardia nella ricerca spaziale e come gli astronauti siano solo la punta di un iceberg di professionisti specializzati in materie STEM; il Presidente del CIRA, Antonio Blandini, ha ribadito che il futuro dell’innovazione è nelle mani delle nuove generazioni, e che il compito di centri come il CIRA è proprio quello di eliminare ogni barriera e far sì che il talento e il merito siano le uniche vie d’accesso alle carriere scientifiche; Angela Natale, inserita tra le 100 Winning Women 2021 di Forbes, ha condiviso la sua carriera tra Europa e Stati Uniti d’America, iniziata come ingegnere aeronautico presso la Federico II, proseguita con collaborazioni con Alenia, Boeing Italia (come Presidente) e ora come Direttrice Qualità in Avio.

In seguito, gli studenti sono stati accompagnati in alcuni degli ambienti descritti il giorno precedente: la galleria del vento, che sottopone l’oggetto da testare ad un getto d’aria che viaggia alla stessa velocità che assumerebbe l’oggetto stesso nello spazio: il test avviene in una camera di prova, al centro di un circuito metallico (in cui circola la corrente d’aria) di diametro decrescente, per far sì che la corrente possa arrivare alla camera di prova con la minima sezione e la massima velocità; la galleria del vento e del ghiaccio, che simula l’attraversamento di una nuvola in una condizione in cui si può trovare ghiaccio, attraverso uno strumento che inietta nel circuito tante goccioline d’acqua, come quelle che formano le nuvole. Gli studenti hanno poi cambiato ambiente, e visitato un laboratorio di qualifica spaziale; qui sono state loro mostrate due tipologie di camere ambientali: la camera di termovuoto, dove il satellite sperimenta una pressione inferiore a 10^-6 mbar e viene eccitato a temperature che oscillano tra -70° e 125°, e le camere di shock termico, dove l’oggetto è posto in un cestello tra una camera fredda e una calda, per simulare le variazioni di temperatura istantanee dovute all’assenza di atmosfera nello spazio. Sempre nei laboratori di qualifica, agli studenti sono state mostrare delle forme in titanio e materiale composito, plastico, che dà forma e trasferisce i carichi, e fasci di fibre di carbonio dello spessore di 5-7 µm, con resistenza specifica paragonabile a quella dell’acciaio, ma peso specifico notevolmente inferiore.

Infine, gli studenti sono stati condotti presso lo SCIROCCO, galleria del plasma più grande al mondo, capace di sperimentare i pezzi in scala 1:1; l’impianto si occupa di generare un plasma e di accelerarlo, per sottoporre l’oggetto alle condizioni che troverà nell’attraversamento dell’atmosfera per il tempo che esso impiegherà per effettuare il rientro. Il plasma è generato da un arco elettrico, lungo 6 metri, alle cui estremità sono situati due elettrodi che tengono acceso il fulmine generato per tutto il tempo necessario a condurre l’esperimento.

Prima del rientro, un discorso sulla ricerca aerospaziale, la più multidisciplinare che esista, poiché è l’unico ambito in cui lavorano insieme professionisti provenienti da percorsi universitari diversi, ha avuto la finalità di incoraggiare gli studenti e le studentesse, di spingerli a credere nei propri sogni, con la consapevolezza delle opportunità offerte da un settore in continua crescita e dell’importanza di vivere in un Paese che ha fatto, e continua a fare, la storia della ricerca nel settore.