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27 giugno 2007

L’Università di Bergamo lavora per la Stazione Spaziale Internazionale ISS

Realizzato alla Facoltà di Ingegneria uno studio per la messa a punto di un dispositivo di controllo termico che sarà installato, all’inRealizzato alla Facoltà di Ingegneria uno studio per la messa a punto di un dispositivo di controllo termico che sarà installato, all’interno del contenitore AMS02, sulla Stazione spaziale internazionale ISS. L’AMS02 è una struttura, composta da un magnete superconduttivo, una complicata strumentistica elettronica e il sistema di controllo termico – analizzato dall’Università di Bergamo -, che dovrebbe cercare la presenza di antimateria nello spazio e quindi confermare la possibilità che materia e antimateria siano state create da un gigantesco big bang circa 15 miliardi di anni fa. Al progetto di ricerca dell’Università di Bergamo sta lavorando l’ingegnere Stefano Zinna grazie ad una collaborazione con la Carlo Gavazzi Spazio, una tra le più grandi aziende italiane di sistemi spaziali, fondata nel 1981 con capitale privato. Il progetto è guidato dal prof. Marco Marengo, docente di Fisica tecnica alla Facoltà di Ingegneria, che nel 2002 ha iniziato una serie di attività nel campo del controllo termico dell’elettronica fondando il laboratorio di microfluidica e iniziando diverse collaborazioni tra cui un progetto nazionale con l’Agenzia spaziale italiana. Nel 2004 è stata avviata la collaborazione con la Carlo Gavazzi Spazio all’interno della tesi di dottorato di ricerca di Stefano Zinna.
L’ingegnere ha analizzato l’effettivo funzionamento di alcuni tubi di calore (Heat Pipe) inseriti nel progetto AMS02. In particolare, ha lavorato sui tubi di calore collegati con il radiatore posto nella parte più alta dell’AMS02 (zenith radiator). Tra le conclusioni del lavoro ci sono quelle di sostituire il fluido di lavoro dei tubi di calore da ammoniaca a propilene e quello di utilizzare una valvola per evitare i problemi di congelamento. Parte del dottorato di ricerca è stato speso in Cina presso la Shandong University, che è responsabile del controllo termico dell’AMS02. Durante questo periodo è stata progettata la camera termica per eventuali future analisi sperimentali dei tubi di calore (Heat Pipe). E’stata raggiunta una notevole capacità di simulazione dei problemi termici di oggetti complessi, di analisi di componenti speciali come i tubi di calore e di design di processi innovativi di raffreddamento e riscaldamento di elettronica, stampi e apparati industriali.
Il progetto internazionale denominato AMS (Alpha Magnetic Spectrometer) è stato avviato grazie al professor Samuel Chao Chung Ting, che nel 1976 ha vinto il premio Nobel per la Fisica con Burton Richter, per la scoperta della particella pesante derivante dalla collisione elettrone-positrone, scoperta che ha consentito il perfezionamento del modello dei quark. Nello stesso anno gli è stata assegnata anche la Ernest Orlando Lawrence Medal del Department of Energy degli Stati Uniti. La maggior parte degli scienziati credono che circa 15 miliardi di anni fa, materia e antimateria, siano state create durante un gigantesco big bang. Tuttavia, l’assenza di antimateria nel nostro pianeta, nel sistema solare e nella nostra galassia lasciano perplessi gli scienziati. L’esistenza, o l’assenza, di antimateria è strettamente connessa alla fisica delle particelle elementari. Alcuni scienziati, compreso Ting, pensano che la materia e l’antimateria si siano separate a formare differenti regioni dell’Universo. Perciò Ting decise di lanciare il progetto AMS, il primo nella storia che è volto a cercare antimateria nello spazio. Nel 1998, il primo rivelatore AMS01 catturò dati provanti l’esistenza di antimateria nello spazio. Scienziati provenienti da tutto il mondo, il Cern (Organizzazione europea di ricerche nucleari), la Nasa e l’Esa (Agenzia europea dello spazio), stanno costruendo l’AMS02 che è molto più sofisticato dell’AMS01. Secondo Ting la principale sfida dell’AMS02 riguarda le tecnologie avanzate usate nel magnete superconduttivo e nella strumentistica elettronica che deve funzionare bene a bassissime temperature. Per ottenere tale funzionamento è stato pensato il nuovo e più sofisticato sistema di controllo termico.
Il magnete è costituito da delle spire concentriche di una lega di nickel e titanio che per diventare conduttive devono essere portate a bassissime temperature e che, quindi, hanno bisogno di un sistema attivo di raffreddamento. Tale sistema è realizzato grazie all’utilizzo dei tubi di calore (Heat Pipe).
Le Heat Pipe sono sistemi per il controllo termico passivo costituiti da un evaporatore e un condensatore posti in sequenza in una struttura chiusa cilindrica o a tubo. Il fluido che evapora fluisce per differenza di pressione nella zona dove condensa nella fase liquida. Tale liquido aderisce sulle pareti dove viene posta una matrice porosa che aiuta il flusso del liquido nella direzione dell’evaporatore. Dato che la sostanza si presente sempre in forma bifase (vapore + liquido) ad una pressione quasi costante, la temperatura ai due estremi del tubo di calore è uguale: in tal senso un tubo di calore può essere considerato come un oggetto la cui conduttività termica effettiva è estremamente elevata (fino a 10volte la conduttività del rame).

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