A Spinoff a Day – Un software per mezzi spaziali… e turbine eoliche

Tra gli anni ’80 e ’90 gli Stati Uniti stavano lavorando su un mezzo spaziale a stadio singolo (SSTO: Single stage to orbit), in grado di volare nel’orbita bassa terrestre ad una velocità di 20-25 Mach e tornare planando delicatamente. Uno di questi progetti è stato il Rockwell X-30.

Un modello di Rockwell X-30 in galleria del vento. Fonte: Wikipedia

Un veicolo non convenzionale necessitava di un design non convenzionale, perciò il Langley Research Center chiese al programmatore Craig Collier di creare un software adatto alla costruzione di questo spazioplano, che riducesse il tempo di scelta dei materiali e delle configurazioni più adatti per mantenere il velivolo leggero.

L’X-30, così come altri progetti di questo tipo, non videro purtroppo la luce a causa di tagli nel budget, ma il programma creato da Collier continuò ad essere utilizzato. Il nome del software era ST-SIZE e una sua versione è stata usata recentemente per progettare la capsula Orion e la struttura che mantiene lo scudo termico fissato alla capsula.

Dopo la cancellazione del progetto X-30, nel 1996 il creatore di ST-SIZE fondò la Collier Research Corporation per poter continuare a lavorare sul suo software. Ha richiesto a NASA la possibilità di utilizzarlo e l’Agenzia ha acconsentito, facendo divenire la CRC di fatto la prima azienda cui NASA ha dato in licenza un software.  “Cercavo nuove applicazioni per il programma, ma non sapevo bene in quali ambiti usarlo, dato che era stato creato appositamente per veicoli ipersonici”. Il programma è stato quindi rivisitato, sono state aggiunte nuove funzionalità e infine è stato presentato sul mercato come software di ottimizzazione progettuale con il nome di HyperSizer. Può calcolare i pesi e le configurazioni di diversi tipi di veicoli basandosi sui materiali con i quali sono costruiti, e può suggerire modifiche nella progettazione ragionando sui parametri impostati dai produttori. Ad esempio, può fornire lo spessore del metallo necessario in una determinata area, quanto spazio deve essere mantenuto tra due sezioni, o può fornire indicazioni sulla disposizione di diverse lastre di materiale.

“Questo strumento ora ci permette di valutare opzioni molto differenti in pochissimo tempo” afferma Mike Kirsch, vice direttore dell’Engineering and Safety Center di NASA, parlando della progettazione di Orion. “Prima dovevamo creare database da zero e calcolare manualmente i vari parametri. Nel 2012 è stata progettata una struttura alternativa per la parte interna dello scudo termico, era in carbonio e pesava 1.400 kg; grazie ad HyperSizer si è capito che con una configurazione in titanio il peso si sarebbe ridotto a 730 kg, un recupero non indifferente. Secondo Jim Jeans, responsabile tecnico, “sarebbe stato impensabile riprogettare parte dello scudo termico senza il software, dato che le aree da analizzare sono più di 20.000”. HyperSizer viene usato da NASA, da Boeing, da SpaceX, da Virgin Galactic e risulta un ottimo strumento per la Federal Aviation Administration, in quanto facilita i controlli mostrando quali sono i parametri usati dalle diverse aziende per valutare l’integrità delle loro strutture.

Negli ultimi anni il software ha trovato posto anche in altre applicazioni più terrestri, tra cui il settore eolico. “Nell’industria eolica i diversi produttori sono sostanzialmente d’accordo nell’affermare che le pale delle turbine, in particolare quelle molto grandi, non sono efficienti come dovrebbero. L’integrità strutturale e il peso sono due fattori che limitano il rateo tra energia prodotta e consumata, e questo programma sta aiutando a migliorare l’efficienza del sistema. L’azienda sta anche cercando di entrare nel settore dell’automobile, in quello ferroviario e navale. Al momento il software è usato da aziende con sede in 20 Paesi in tutto il mondo.

Un software per aumentare l’efficienza delle turbine eoliche derivante dal settore aerospaziale. © NASA / Scott Tere12sl / Veronica Remondini

Per approfondire:

Spinoff nel dettaglio [ENG]

Sito di HyperSizer [ENG]

Composizione della struttura che sostiene lo scudo termico di Orion [ENG – pdf]