Sono emersi i risultati delle prime analisi effettuate sul prototipo del Modulo di Comando di Orion realizzato per la prima volta in materiali compositi.
A parlare è Mike Kirsch, Program Manager del “Composite Crew Module Programme” il quale innanzitutto conferma che benchè presa seriamente in considerazione dal vertice del programma Orion la soluzione attualmente prediletta rimane quella della lega alluminio-litio.
Dopo due anni di sviluppo è attualmente in corso la campagna di test del modulo, la cui conclusione è prevista entro fine anno e che dovrà fornire dati importanti sulle caratteristiche di tale struttura.
Il problema principale dei compositi, spiega Kirsch, è nella poca conoscenza di tali materiali, il cui sviluppo è iniziato solo da pochi anni e che porta ad un processo di certificazione estremamente complesso e duro.
Dall’inizio del programma, fortemente sostenuto dal precedente amministratore NASA, Mike Griffin, si è instaurato un forte clima di rivalità fra i team di sviluppo delle due versioni del CM, fra i due non sono mancati anche alcuni screzi, compresa l’accusa poco velata di Michael Saemisch, membro del team di Lockheed per Orion, verso l’altro team di sviluppo di essere la causa dei continui ritardi per la conclusione della PDR.
Durante i primi test di pressurizzazione del modulo in compositi di ATK i risultati sono stati incredibilmente vicini a quanto simulato dai test numerici, confermando l’assoluta validità del progetto.
A causa però dei forti requisiti di robustezza imposti in caso di urti, danneggiamenti e abort off-nominal richiesti dal processo di certificazione il peso complessivo della struttura è arrivato ad essere molto simile alla medesima in lega di alluminio-litio, annullando quasi completamente il grosso vantaggio dell’utilizzo dei materiali compositi.
La grossa complicazione che rende queste strutture non particolarmente adatte all’utilizzo di materiali compositi sono le sollecitazioni provocate da profili di missione non nominali. Mentre la robustezza delle leghe metalliche è la medesima lungo tutte le direzioni di sforzo, per i compositi le prestazioni sono eccellenti lungo alcune direzioni e molto peggiori lungo altre e dovendo realizzare una struttura, data la forma, con profili di sforzo molto vari, parte del vantaggio decade in progettazione.
Soprattutto per queste problematiche, probabilmente superabili con il progredire della ricerca si opterà da subito per la struttura in lega e successivamente potranno essere previste evoluzioni con il passaggio ai materiali compositi.
Questa limitazione vale anche per applicazioni unmanned?
Paolo Amoroso
Direi di no, sia perchè non sono pressurizzate sia perchè sono solitamente più semplici “strutturalmente” e meno soggette (o in grado di resistere) ad eventi non nominali, la testimonianza potrebbe essere il fatto che molti dei bus commerciali di ultima generazione sono appunto già in compositi da anni.
Senza contare che, poiché ancora si tratta di materiali che sono conosciuti poco, soprattutto sul lungo periodo oltre che per condizioni off-nominal, le incertezze si risolvono aumentando il fattore di sicurezza. Quando saranno materiali conosciuti come attualmente le leghe metalliche le loro potenzialità potranno essere espresse quasi totalmente!
Le limitazioni, mi sembra di capire, derivano quindi anche dalla forma!
Una forma che alle leghe metalliche non porta problemi, ai compositi ne complica la resistenza portando a doverne aumentare il peso per sopperire.
Questo problema deriva in parte dal fatto che la forma della struttura è nata per le leghe metalliche… potrebbe essere superato partendo con un progetto da subito per compositi e quindi che definisca una forma ben definita adatta alle carettiristiche meccaniche dei compositi per sfruttare il vantaggio in peso?
Mi sono fatto un bel viaggio mentale o ho detto qualcosa di sensato?
Come già scritto sopra, sono nuovi materiali che ancora non sono ben conosciuti. Se per ora non vengono utilizzati per i voli umani, possono comunque essere utilizzati per altri impieghi e tipi di missioi; quando si arriverà ad una conoscenza molto più approfondita, sicuramente si passerà ad un loro utilizzo anche per i voli abitati.
Intanto aspettiamo e speriamo che continuino con il loro studio e sperimentazione, poi un giorno li vedremo finalmente volare su capsule o Shuttle utilizzati da astronauti. 
L’ortotropia dei materiali compositi è un’ottima caratteristica, perchè è possibile progettare i vari layers e creare delle mescole che, una volta polimerizzate o formate, abbiano rigidezze molto diverse nelle varie direzioni di sollecitazione. Ovvio che un impatto su una superficie non nominale potrebbe comportare una sollecitazione molto alta in zone non previste: questo potrebbe accadere anche per i metalli, ma è ovviamente meno importante. Si tenga conto che i metalli sono materiali elasto-plastici, mentre i compositi sono elasto-fragili, ossia la rottura avviene improvvisamente, senza deformazioni permanenti come nei metalli, da cui la necessità di monitorare le cricche e studiarne le zone di fatica maggiore… E’ chiaro quindi che, se per un rientro non nominal, alcune zone della capsula potrebbero, dopo l’impatto, aver presentato plasticità, ciò non può accadere per i composti, dove sarebbe rottura (da cui la necessità di inspessimenti etc…)
Discuaaione molto interessante e mi domando : è mai stato fatto uno studio o una proposta per un vettore in compositi ? Tanto per dare un idea un ARES V in fibra di carbonio o qualcosa del genere ?
Si, Ares V… 
Sia Ares I che V avrebbero diverse parti in compositi, e molti altri lo sono già, Vega in primis.
Se non sbaglio anche Ariane 5 ha diverse parti in composito…
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Trovo illuminante l’ultima affermazione:
Moreover, the crew module must sustain 31,751kg (70,000lb) loads during the abort sequence, requiring a material that remains strong against loads from multiple directions, whereas composite material is best when needed to be stiff against loads coming from only one direction, Kirsch says.
Molto vero. I compositi, per loro natura di fibra/matrice, sono fortemente anisotropi, e questo può essere un bel problema se non sai da che parte arriva il carico…
Se non sbaglio Vega sarà realizzato prevalentemente in compositi, e si pensava di riutilizzare la metodologia sviluppata per realizzare in composito anche i booster dell’Ariane V.