Il turbocompressore è ben noto agli appassionati di automobili, ma una tecnologia simile è importante anche per gli scienziati missilistici.
Per lanciare satelliti e astronauti nello spazio, i grandi razzi fanno affidamento su motori a combustibile liquido. Pompare propellenti in questi motori richiede molta potenza, quindi questo compito viene generalmente svolto dalle turbopompe, pompe ad alta velocità alimentate da turbine.
Le turbopompe sono simili nel principio e nel design al turbocompressore, tranne che sono più complesse e possono avere una densità di potenza 20 volte maggiore rispetto ai turbocompressori presenti in un’auto. Ma entrambi sono esempi di turbomacchine, macchine rotanti che trasferiscono energia in un fluido o viceversa.
Negli anni ’90, la NASA riconobbe la necessità di migliorare i costi e ridurre i tempi di sviluppo di una nuova generazione di aeroplani spaziali che potessero decollare da un velivolo più grande, lanciarsi nello spazio suborbitale e planare in sicurezza al suolo.
Tramite la Programma X-34, l’agenzia prevedeva di sviluppare un veicolo che dimostrasse queste capacità. Per fare ciò, aveva bisogno di un nuovo motore in grado di spingere il veicolo a grandi velocità in modo incredibilmente rapido, e questo richiedeva una turbopompa nuova di zecca.
Il Marshall Space Flight Center della NASA a Huntsville, in Alabama, ha stipulato un contratto con Summa Technology per costruire il motore, soprannominato Fastrac. La Barber-Nichols Inc. di Arvada, Colorado, è stata incaricata di costruire la turbopompa del motore. Barber-Nichols non era estraneo alla collaborazione con l’agenzia spaziale, ma per realizzare questa particolare pompa l’azienda ha dovuto ricorrere a un processo all’avanguardia.
“È davvero difficile lavorare le pale delle turbine supersoniche”, ha affermato Matt Marsh, capo della divisione sviluppo e tecnologia dei componenti per motori Marshall. “Si può fare con la fresatura, ma devi essere davvero bravo se stai facendo qualcosa di veramente piccolo e preciso.”
Invece della fresatura, Barber-Nichols ha prodotto la turbopompa Fastrac utilizzando un processo chiamato lavorazione elettrochimica, in cui il materiale viene successivamente rimosso utilizzando elettricità ad alta corrente fatta passare attraverso un elettrolita.
Anche se non si trattava di un processo nuovo, applicarlo al lavoro estremamente dettagliato di costruzione delle turbine turbopompa Fastrac in superleghe di nichel ha reso il lavoro più rapido e molto più economico rispetto ad altri metodi, fornendo al contempo la precisione e la qualità richieste per questa turbopompa.
Sebbene il programma X-34 non sia mai decollato, Barber-Nichols produce ancora turbopompe per applicazioni missilistiche e l’azienda attribuisce al lavoro su Fastrac il merito di aver contribuito a perfezionare il processo di lavorazione elettrochimica.
“Ciò che abbiamo appreso ci ha permesso di acquisire le competenze necessarie per progettare turbopompe per motori a razzo”, ha affermato Greg Forsha, ingegnere senior di Barber-Nichols. “Un successo ha portato al successivo.”
Le turbopompe di Barber-Nichols si trovano nei razzi che Virgin Orbit utilizza per ricoprire un ruolo simile a quello dell’aereo X-34 a cui era destinato il motore Fastrac originale: il lancio nello spazio da un aereo. Anche altre aziende hanno utilizzato queste pompe, come il motore Merlin di SpaceX, utilizzato per lanciare in orbita i satelliti privati.
Il lavoro ha trovato applicazioni anche al di fuori del settore aerospaziale, supportando i sistemi di recupero dell’energia termica dei gas di scarico utilizzati nelle automobili e nelle centrali geotermiche. I nuovi prodotti Barber-Nichols sono molto più che semplici macchine e incorporano progressi nei sistemi di controllo elettronico.
“Negli anni ’90 ci occupavamo solo dell’aspetto meccanico, ora ci occupiamo di tutti i tipi di elettronica”, ha affermato Forsha. “Siamo uno sportello unico per l’intero sistema.”
Fonte: NASA
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