Primi test per la camera di combustione di VEGA stampata in 3D

Una camera di combustione stampata in 3D del nuovo motore a metano M10, destinato allo stadio superiore delle future evoluzioni di Vega, ha superato una prima serie di accensioni di prova presso il centro NASA Marshall Space Flight Center di Madison in Alabama, negli USA.

«I risultati di queste prove sono incoraggianti e confermano che il nostro gruppo di lavoro sulla propulsione è in linea con il programma di sviluppo di questa nuova tecnologia per le nuove versioni di Vega», ha commentato così la notizia Giorgio Tumino, responsabile dei programmi di sviluppo di ESA per Vega e Space Rider.

La particolarità di questa camera di combustione (thrust chamber assembly o TCA), prodotta in Italia dall’azienda Avio, consiste nell’essere costituita solamente da due parti saldate insieme. Le due parti sono state realizzate con una tecnica di stampa strato su strato (additive layer-by-layer manifacturing o ALM) di leghe metalliche. Questa tecnica è stata scelta perché permette di realizzare delle geometrie interne della camera più raffinate e complesse con meno parti da assemblare, riducendo quindi la necessità di ulteriori lavorazioni sui pezzi. Tutto questo si traduce in tempi di produzione più brevi e soprattutto minori costi, senza intaccare però la qualità e anzi sottoponendo i metalli a sollecitazioni meccaniche minori, con indubbi vantaggi per quelle parti che devono lavorare in ambienti criogenici come i sistemi di raffreddamento e di alimentazione.

Il motore M10 deriva da un precedente programma conosciuto come MIRA che si è svolto in collaborazione con la Russia e che mirava alla realizzazione di un motore alimentato a ossigeno e metano per l’uso in stadi superiori. L’obiettivo era avere un motore con possibilità di riaccensione in volo più efficiente e rispettoso dell’ambiente se confrontato con quelli utilizzati attualmente in questo ambito, generalmente alimentati a idrazina, sostanza altamente tossica.

Partendo da quella base in ambito ESA si è deciso di andare oltre integrando un controllo più efficiente delle pressioni e del carburante per garantire una maggiore flessibilità ed economicità di utilizzo, aumentando la spinta massima dalle 7,5 tonnellate iniziali alle 10 attuali.

Questo perché l’obiettivo finale è utilizzare il motore per lo stadio superiore delle future versioni del piccolo lanciatore europeo, il Vega E. Secondo quanto previsto dai piani il VUS (Vega Upper Stage) andrà a sostituire gli ultimi 2 stadi attuali: lo Zefiro 9 a propellenti solidi e l’AVUM alimentato a liquido.

Il programma ha trovato grande giovamento dalla maturazione della tecnologia di stampa additiva, in particolare della ALM con utilizzo di leghe metalliche, che ha permesso di aumentare l’affidabilità e la qualità dei prodotti finali – mantenendo però il nodo delle ispezioni qualitative del risultato ottenuto che risultano ancora difficoltose. Non mancano comunque le soluzioni: ad esempio attualmente si utilizzano ispezioni non distruttive (non-destructive inspection o NDI) come la tomografia e gli ultrasuoni per individuare difetti, geometrie non corrette e potenziali ostruzioni nei canali di raffreddamento.

L’applicazione di queste innovazioni ha permesso di eseguire, già nel novembre del 2018, una serie di test su un primo prototipo del motore M10 realizzato in scala ridotta, eseguiti presso il centro Avio di Colleferro, nei pressi di Roma. L’analisi dei risultati ha dimostrato che i prodotti sono confrontabili a quelli prodotti tradizionalmente e che le procedure NDI avevano individuato correttamente i difetti di produzione.

Sull’onda di questi risultati Avio ha iniziato a produrre la prima camera di combustione additiva (TCA) a grandezza reale e ha pianificato una nuova serie di test, questa volta presso il Marshall Space Flight Center della NASA a Madison, in Alabama. La camera è stata accesa 19 volte con ben 450 secondi di durata totale.

Confrontando questi dati con quelli ottenuti durante i test precedenti, gli ingegneri comprenderanno meglio il comportamento del motore e delle sue prestazioni per ottimizzare la configurazione del primo esemplare operativo di M10.

La prima accensione del primo esemplare completo di un motore M10 dovrebbe essere effettuata entro la fine dell’anno. La certificazione a terra è prevista per il 2024, il suo uso sul vettore Vega nel 2025.

«Questi test servono a certificare le nuove tecnologie e le nuove procedure che manterranno l’Europa competitiva nel mercato dei servizi di lancio anche in futuro», questo il commento e l’augurio di Stefano Bianchi, capo degli sviluppi del trasporto spaziale di ESA.

Fonte: ESA