Il team di ricerca del Dipartimento di Fisica Tecnica dell’Università di Parma ha ottenuto lo scorso ottobre l’approvazione del finanziamento promosso dell’Agenzia Spaziale Europea (ESA) per il progetto Topdess. Si tratta di un progetto triennale che intende indagare l’applicazione e l’assemblaggio di due tecnologie: i Pulsating Heat Pipes (PHP), ovvero micro-scambiatori di calore necessari per la regolazione termica e i deployable systems, dispositivi pieghevoli utilizzati per la loro praticità in quanto comodi da trasportare.

A guidare il team, il professore Fabio Bozzoli, affiancato dal dottor Luca Cattani, dalla professoressa Sara Rainieri, dalla dottoressa Pamela Vocale e, infine, dal professore Giorgio Pagliarini. Partecipano poi al gruppo di ricerca quattro dottorandi e sette studenti Unipr che nonostante il carico di lavoro previsto, hanno dimostrato un vivo interesse per il progetto.

IL TEAM DI FISICA TECNICA –  “Tutto era nato all’interno del nostro gruppo per lo studio dello scambio termico all’interno dell’industria alimentare”, spiega Bozzoli. Il team nacque infatti, nel 2017, sotto la direzione del professore Pagliarini, con lo scopo di lavorare sugli scambiatori di calore: impianti utilizzati per indagare il trattamento termico dei prodotti alimentari. Si parla quindi dei processi di congelazione, di cottura e di pastorizzazione applicati agli alimenti

A partire da questa tecnologia, fino a quel momento applicata all’industria alimentare, i ricercatori si sono chiesti se fosse possibile impiegare la stessa pratica anche in altri ambiti. È da questa idea che nel 2018, il gruppo di fisica decise di aderire al progetto Topdess, promosso dall’ESA, essendo i PHP –  oggetto della ricerca – utili per lo scambio di calore.

UNIPR ENTRA NEL PROGETTO TOPDESS –  L’Application all’ESA per ottenere i finanziamenti alla ricerca e diventare un membro del progetto Topdess è stata inviata alla fine del 2018 e nell’ottobre 2019 è arrivata la risposta positiva dell’ente europeo. Da quel momento, l’Università di Parma è diventata uno degli atenei coinvolti nel progetto spaziale, insieme ad altri partner universitari prestigiosi come l’Università di Brighton, che ha il ruolo di responsabile amministrativo, l’Università di Liverpool, l’istituto ISAE-ENSMA e CEA. Al Topdess partecipano anche aziende come Airbus France e Kayser Space UK. Ognuno di questi istituti svolge, all’interno del progetto, un compito diverso, con un budget complessivo stimato a più di 1 milione e mezzo di euro. Di questi, 500 mila costituiscono la quota di finanziamento dell’ESA.

MA COSA SONO I PHP: CUORE DELLA RICERCA TOPDESS? – “I dispositivi che noi andiamo ad esaminare sono i Pulsating heat pipes (PHP), micro tubi riempiti di fluido. Conduttori che permettono di dissipare calore molto efficacemente, in qualsiasi tipo di dispositivo”. Come spiega il professor Bozzoli, si tratta di dispositivi con cui le persone hanno a che fare quotidianamente, essendo presenti ad esempio all’interno dei computer e in altri altri strumenti di uso diffuso. La specificità del progetto è studiare il comportamento di questi conduttori (PHP) applicati ai deployable systems, dispositivi pieghevoli anche noti come ‘materiali in memoria di forma’. Questi materiali  cambiano forma a seconda del calore a cui sono sottoposti. Per facilitare la comprensione del loro funzionamento, il professor Bozzoli ricorre all’esempio della tenda: per aprirla è sufficiente buttarci sopra dell’acqua calda e si aprirà automaticamente. Per richiuderla servirà solamente versare dell’acqua fredda e la tenda riacquisterà la sua forma iniziale.

PERCHÉ I PHP SONO IMPORTANTI PER LA RICERCA SPAZIALE? – Come spiega Bozzoli, l’impatto di questi conduttori risiede innanzitutto in campo spaziale. In particolare all’interno degli abitacoli delle cabine aerospaziali, dove la dissipazione di calore risulta problematica, per l’assenza di gravità. Grazie a questi tubi super conduttori, si supera tuttavia il problema dell’atmosfera, permettendo di studiare nuovi modi per trasportare calore anche nello spazio e in cabine pronte per il lancio ultra terrestre. “Essendo super conduttori, i PHP permettono di utilizzare pochi tubi per il trasporto di calore utile per tutta la cabina, in modo da limitare il problema di spazio e volume occupato”.

I finanziamenti ottenuti dall’ESA, continua il docente “hanno permesso di studiare la fisica dei dispositivi PHP in assenza di gravità, come nei voli parabolici: particolari voli compiuti da aerei militari che permettono di studiare meglio quello che succede all’interno dei dispositivi”. L’assenza di gravità negli esperimenti è essenziale per due ragioni. “Innanzitutto, se bisogna studiare situazioni fisse nello spazio, c’è la necessità di ricreare la situazione spaziale ipotetica e più veritiera possibile. Infine, l’assenza di gravità è funzionale per semplificare lo studio e quindi capirne meglio alcuni aspetti: se lei, da una situazione di confusione di voci, toglie una voce forte – che in questo caso è la gravità – può ascoltare altre voci che inizialmente passerebbero in secondo piano”, conclude il docente.

Per portare a termine un progetto come quello Topdess, gli atenei e le aziende coinvolte partecipano trimestralmente e semestralmente a delle riunioni sullo stato della ricerca. Nel corso dei tre anni previsti per l’ultimazione dello studio, si terranno in tutto  28 riunioni all’ESA, per ogni tema di ricerca e due sullo stato generale del lavoro . Se al termine del 2021, l’Università di Parma ‘volerà’ nello spazio sarà dunque grazie al gruppo di fisica tecnica che, partendo da una ricerca in campo alimentare, è arrivato a collaborare con un progetto europeo che punta alle stelle.

di Annachiara Magenta