Gli studenti di Artemis Generation progettano il Lunar PAD stampato in 3D per le future missioni lunari

Un team di studenti universitari di 10 college e università degli Stati Uniti, membri della Artemis Generation, ha progettato una piattaforma di atterraggio riutilizzabile che potrebbe essere stampata in 3D dai materiali trovati sulla Luna. Il nuovo concetto – chiamato Lunar Plume Alleviation Device, o Lunar PAD – si concentra sulla risoluzione dei problemi causati quando la forza del potente scarico di un motore incontra la superficie lunare polverosa.

Il design presenta una serie di canali simili a petali che inviano i gas di scarico verso l’alto e verso l’esterno, riducendo al minimo la quantità di polvere sollevata durante il lancio e l’atterraggio. Il team di studenti ha presentato un documento sul concetto di Lunar PAD presso l’American Institute of Aeronautics and Astronautics 2021 SciTech Forum.

“Quando si guarda questa pubblicazione, la diversità degli studenti e delle scuole è davvero unica”, ha detto John Dankanich, capo tecnologo del Marshall Space Flight Center della NASA. “C’è un chiaro vantaggio nel coinvolgere una vasta gamma di team diversi per sviluppare soluzioni innovative che affrontano le lacune tecnologiche della NASA”.

Gli studenti hanno proposto per la prima volta la loro soluzione per la piattaforma di atterraggio durante l’estate 2019 nel NASA Proposal Writing and Evaluation Experience – un corso di formazione di 12 settimane creato da Dankanich per espandere e diversificare il pool di proposte selezionabili di alta qualità per nuovi concetti e tecnologie che soddisfino le esigenze della NASA. La loro proposta di alto livello ha vinto finanziamenti e supporto da esperti in materia della NASA per maturare il concetto, chiamato Dust DEVILS all’epoca. Nel giugno 2020, il team si è nuovamente presentato agli esperti Marshall in una revisione virtuale della preparazione del progetto e si è assicurato i finanziamenti per stampare e testare una versione in scala del blocco.

“La proposta ha affrontato un punto debole della tecnologia, poiché il progetto consente una piattaforma di atterraggio sicura e riutilizzabile necessaria per l’esplorazione lunare sostenibile”, ha detto Dankanich. “Il team ha lavorato molte centinaia di ore, ha coinvolto esperti in materia della NASA ed è passato dalla formulazione del concetto ad un progetto preliminare. Hanno poi trasformato quel progetto in realtà con la costruzione in scala, il tutto in pochi mesi”.

Il pad è composto essenzialmente da due strati. Un “tetto” da cui parte o atterra un razzo e una serie di canali sotto di esso per reindirizzare in sicurezza lo scarico. Le fessure nel tetto consentono allo scarico dei razzi di viaggiare nei canali attentamente progettati che dirigono il flusso di scarico verso il bordo della rampa di lancio dove esce attraverso prese d’aria specializzate. Un cono centrale e divisori sostengono il peso del razzo e del tetto. Un muro circonda la struttura, catturando eventuali particelle di polvere lunare che si mobilitano durante un lancio o un atterraggio.

Per testare il design complesso e la sua capacità di essere stampato in 3D, il team sta lavorando con esperti del progetto Marshall Moon-to-Mars Planetary Autonomous Construction Technologies, o MMPACT. Hanno costruito un prototipo di pad in scala a Camp Swift a Bastrop, in Texas, dal 16 al 20 ottobre utilizzando un materiale a base di cemento e un sistema di stampa a portale sviluppato da ICON, una società di tecnologie di costruzione con sede ad Austin, in Texas e partner MMPACT.

Dankanich ha descritto Mike Fiske, un capo del progetto MMPACT, come “uno dei suoi eroi, non solo per aver fatto da mentore al team Lunar PAD, ma per averli veramente resi parte del team della NASA”. Fiske si è coordinato con esperti in materia della NASA e altri partner governativi, industriali e accademici a sostegno del progetto.

“È stato un piacere lavorare con questi studenti nell’ultimo anno e contribuire a far progredire lo stato dell’arte nel lancio e nelle piattaforme di atterraggio planetarie”, ha detto Fiske, ingegnere di produzione nello spazio con Jacobs Engineering Group Inc. in Marshall’s Space Technology Ramo di sviluppo.

Fiske e il team Lunar PAD stanno pianificando un ritorno a Camp Swift alla fine di febbraio, per vedere come il loro prototipo regge sotto le temperature estreme e le sollecitazioni create da un motore a razzo. La strumentazione per misurare la temperatura, la deformazione e il comportamento del flusso di scarico è stata integrata nel tampone durante la stampa. Il Sounding Rocketry Team della Texas A&M University di College Station assisterà con i test sul fuoco.

Oltre al test del fuoco caldo, verranno valutati campioni di materiale attraverso partnership con MMPACT, White Sands Test Facility della NASA e l’Università dell’Alabama a Huntsville. I test aiuteranno il team ad apportare modifiche per un possibile prototipo futuro su vasta scala.