Strutture Aeronautiche e Spaziali
Nel settore aerospaziale le strutture rivestono un ruolo fondamentale per lo sviluppo e la riuscita di una missione. Termini quali resistenza, affidabilità, leggerezza e costi, rappresentano i parametri sui quali si basa tutto il processo di progettazione.
La missione aerospaziale è costituita da un elevato numero di fasi, in ciascuna delle quali, tutto il sistema ne è coinvolto tramite una complesso gioco di interazioni fra esso e l’environment che lo circonda. Pertanto, le sollecitazioni che agiscono su di esso sono del tipo meccanico, aerodinamico, acustico, elettrico, magnetico. E vengono applicate in maniera statica, quasi statica, dinamica, random, a fatica e con una intensità e una variazione nel tempo nota oppure no.
Appare chiaro come il percorso, sintetizzabile nella frase “from concept to launch”, sia molto difficile e ancor di più lo è la fase operativa del sistema a partire dal punto di “begin of life” fino a quello di “end of life”, per poi tener conto anche del post operativo in termini di space debris.
Gli elementi di una missione sono il lanciatore e il sistema aerospaziale a sua volta costituito dalla carrozza (spacecraft bus) e dal carico utile (payload) umano e non. Questi due elementi, durante il lancio, interagiscono fra loro in maniera estremamente significativa, infatti è questa una delle fasi che richiede maggiore impegno nella progettazione di entrambi.
Il sistema (sonda o satellite che sia), a sua volta, è costituito da un dato numero di sottosistemi ognuno dei quali viene opportunamente progettato per gli scopi e le esigenze di missione. Tipicamente si ha:
- Struttura
- Protezione termica
- Propulsione
- Guida navigazione e controllo
- Antenne
- Alimentazione (pannelli solari e batterie)
- Cablaggi
- Computer di bordo
- Ridondanze (relative a più tipologie di sottosistemi)
- Serbatoi dei propellenti
- Sensori e attuatori
Tutti questi sottosistemi non sono entità isolate, ma in continuazione “dialogano” fra loro e con l’environment esterno dando luogo al comportamento del sistema globale. Progettare una singola unità non può essere fatto prendendo in considerazione solo le sue specifiche (requirements) di partenza, senza tener conto delle iterazioni con il “mondo” che la circonda. Questo sia per ragioni di assemblaggio del sistema aerospaziale complessivo, sia per motivi di “sopravvivenza” dello stesso in fase operativa, vale a dire per garantire il successo di missione.
Anche la struttura è soggetta a tutto ciò, dovendo rispondere alle esigenze del sistema nel suo complesso. Tipicamente i compiti che essa deve svolgere nell’ambito della missione sono:
- Rappresentare l’intelaiatura di tutto il sistema.
- Proteggere tutti i sottosistemi dall’ambiente a loro esterno (lanciatore, spazio, ambiente aerodinamico, etc.).
- Consentire la migliore collocazione (assemblaggio e integrazione) di tutti i sottosistemi da dover imbarcare.
- Resistere alle sollecitazioni (meccaniche, termiche, elettromagnetiche, debris, etc.).
- Garantire assetti e puntamenti.
Ovviamente la struttura, come del resto ogni altro sottosistema, è un apparato complesso costituito da più elementi realizzati con materiali, tecniche e metodi fra loro non necessariamente uguali, ma diversificati secondo criteri di ottimizzazione ed economici.
Le Anisogrid Lattice Structures (strutture reticolari no isogrid) rappresentano una particolare famiglia di tutte le possibili strutture impiegabili. In particolar modo la loro caratterizzazione e la maggiore implementazione viene fatta nel settore aeronautico e spaziale nei quali l’affidabilità e la leggerezza sono due parametri che camminano di pari passo nel corso dello sviluppo, progetto ed esercizio del sistema complessivo.