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Entrare nell’atmosfera di un pianeta è una delle manovre più rischiose per qualsiasi veicolo spaziale poiché durante questa fase critica, la sonda deve affrontare l’intenso calore generato dall’attrito ad alta velocità con atomi e molecole. Ecco perché i lander e i rover sono dotati di scudi termici. Ma cosa succede quando l’atmosfera di destinazione è molto diversa da quella terrestre? Una nuova ricerca condotta dal Grainger College of Engineering dell’Università dell’Illinois Urbana-Champaign ha messo in luce quanto la composizione atmosferica possa influenzare il funzionamento degli scudi termici.
Lo studio, pubblicato il 5 febbraio scorso sulla rivista scientifica Carbon, offre nuove prospettive su un fenomeno cruciale per le future missioni spaziali. Quando uno scudo termico entra in contatto con l’atmosfera, la sua superficie comincia a bruciare in un processo noto come ablazione. Per simulare la velocità ipersonica del rientro di un veicolo spaziale, un team di ricercatori guidato da Francesco Panerai, professore presso il Dipartimento di Ingegneria Aerospaziale dell’Università dell’Illinois Urbana-Champaign, ha condotto esperimenti nel tunnel del vento Plasmatron X, situato a pochi isolati dal campus universitario. «Ciò che ci ha sorpreso di più nello studio è stato che, cambiando il gas, il fenomeno dell’ablazione si comportava in modi diversi», ha dichiarato Panerai nel comunicato stampa dell’Università dell’Illinois del 12 marzo 2026.
«In un ambiente atmosferico terrestre classico dove è presente l’ossigeno – ha commentato il docente – l’ablazione avviene in modo costante. Il flusso attorno al veicolo spaziale erode la superficie e le particelle vengono espulse come un flusso continuo. Tuttavia, quando il materiale dello strato esterno dello scudo termico si erode, parte di esso può accumularsi sulla superficie dello scudo stesso, ostruendo potenzialmente alcune aree e impedendo al materiale sottostante di “respirare”». Questo può avere un impatto significativo sulle prestazioni generali dello scudo. La vera sorpresa è emersa quando i ricercatori hanno modificato i gas con cui lo scudo interagisce.
«Quando l’ossigeno viene eliminato, questo fenomeno diventa instabile. Si verificano esplosioni intermittenti di particelle e, a volte, il processo diventa davvero violento – ha spiegato Panerai – ho studiato l’ablazione per oltre 15 anni e non avevo mai assistito a qualcosa di simile. Siamo rimasti tutti sorpresi quando abbiamo osservato per la prima volta questo comportamento nel tunnel». Comprendere queste dinamiche è cruciale, soprattutto in vista delle future missioni interplanetarie. La Nasa, infatti, sta preparando la missione Dragonfly, un progetto davvero ambizioso dedicato all’esplorazione di Titano, la luna più grande di Saturno.
Il lancio del veicolo, un rotorcraft robotico di tipo drone, è previsto per luglio 2028 a bordo di un razzo Falcon Heavy di SpaceX: dopo un viaggio interplanetario di circa sei anni, il drone raggiungerà il sistema di Saturno per dare il via alla sua pionieristica campagna di esplorazione aerea. La destinazione è un mondo dalla chimica radicalmente diversa dalla nostra: l’atmosfera di Titano è composta per circa il 95% da azoto e il 5% da metano, senza ossigeno libero, mentre l’aria terrestre è al 78% azoto e al 21% ossigeno. È proprio questa assenza di ossigeno a rendere i risultati di Panerai così rilevanti per la missione.
Dragonfly esplorerà la superficie di Titano cercando indizi per capire se i laghi e i fiumi di idrocarburi della luna possano contenere molecole precursori della vita. Ma Titano non è l’unico obiettivo. Queste scoperte sull’ablazione in atmosfere prive di ossigeno saranno fondamentali anche per progettare scudi termici più sicuri per le future sonde destinate a Venere, un altro pianeta con un’atmosfera densa e diversa dalla nostra.
«Sebbene questo lavoro non influisca direttamente sulla progettazione dello scudo termico, ha implicazioni molto profonde sulla fisica del materiale, ovvero su come il materiale si comporta a temperature estreme – conclude Panerai – capire in quali condizioni questo fenomeno diventa evidente durante il volo può aiutarci a progettare scudi termici più efficaci». In sintesi, mentre ci prepariamo a esplorare mondi sempre più lontani e diversi dal nostro, la scienza dei materiali e la fluidodinamica si confermano alleate indispensabili per garantire che i nostri esploratori robotici arrivino a destinazione sani e salvi.
Immagine: illustrazione di Dragonfly, veicolo spaziale della Nasa di tipo drone che sorvola i cieli della più grande luna di Saturno, Titano. Crediti: Nasa/Johns Hopkins Apl/Steve Gribben
Guarda il video sui test finali della missione Nasa Dragonfly
