Un team di ricercatori, che comprende l'Università di Southampton, hanno sviluppato una nuova tecnologia che potrebbe indurre un cambiamento significativo per un veicolo spaziale o un satellite.

I riflettori solari ottici metamateriali (meta-OSR) sono i primi rivestimenti superficiali all'esterno di un veicolo spaziale, progettato per irradiare efficacemente il calore infrarosso lontano da esso riflettendo la maggior parte dello spettro solare ottico.

Per un satellite o un veicolo spaziale, le OSR giocano un ruolo cruciale nel controllo termico del sistema. Incollato alla pelle esterna dei pannelli del radiatore, Gli OSR sono progettati per respingere la radiazione solare e dissipare il calore generato a bordo.

Gli OSR sono comunemente realizzati con piastrelle di quarzo che combinano proprietà termo-ottiche con la capacità di resistere all'ambiente nello spazio.

Però, le piastrelle di quarzo sono pesanti e fragili, aggiungere in modo significativo ai costi di assemblaggio e lancio, e non può essere applicato su superfici curve. Altre soluzioni commerciali basate su fogli polimerici soffrono di un rapido degrado delle prestazioni e sono quindi inadatte a missioni che durano più di tre-cinque anni.

Il team ha dimostrato che un nuovo rivestimento meta-OSR è reso possibile dall'uso di ossido di metallo, un materiale comunemente usato per contatti elettrici trasparenti, quale, in questo caso, è modellato in un metamateriale con emissività infrarossa molto forte pur mantenendo un basso assorbimento dello spettro solare.

Il team ha anche dimostrato un radiatore "intelligente" basato sul design in metamateriale, che consente la regolazione del raffreddamento radiativo del veicolo spaziale utilizzando un altro tipo di ossido di metallo.

Prof Otto Muskens, dell'Università di Southampton e ricercatore principale dello studio, ha dichiarato:"La tecnologia meta-OSR è interamente basata su rivestimenti inorganici durevoli e approvati dallo spazio, che può essere applicato su sostanze flessibili a film sottile con il potenziale per essere sviluppato come una nuova soluzione tecnologica.

"Dal momento che i costi di assemblaggio e lancio degli OSR sono di diverse decine di migliaia di dollari USA per metro quadrato, anche piccoli miglioramenti nella riduzione del peso possono apportare un cambiamento significativo all'industria spaziale".

Supportato da un progetto biennale di tecnologia spaziale Horizon 2020, l'Università di Southampton è membro del consorzio META-REFLECTOR, che comprende anche il centro di ricerca italiano Centro Ricerche Elettro-Ottiche (CREO), Sviluppatore danese di nanoimprint NIL Technology e Thales Alenia Space.

Il lavoro del consorzio è presentato in Fotonica ACS in due rapporti:"Riflettore solare ottico intelligente basato su metamateriali termocromici VO2" e "Riflettori solari ottici metasuperficiali che utilizzano ossidi conduttori trasparenti AZO per il raffreddamento radiativo dei veicoli spaziali".

Il Dr. Kai Sun dell'Università di Southampton ha aggiunto:"Tutti i partner hanno lavorato attivamente insieme per garantire che il design e la fabbricazione siano adatti al suo trasferimento alla produzione di massa. È un'esperienza di ricerca eccezionale trasferire l'idea di ricerca all'avanguardia ad un prodotto commerciale."

Il team sta attualmente lavorando all'upscaling dei prototipi in aree più ampie attraverso processi sviluppati da NIL Technology, mentre si preparano i primi test dei metamateriali nello spazio.

Dott. Sandro Mengali, da CREO che hanno sostenuto lo studio, ha dichiarato:"Il controllo passivo dell'emissività termica è importante per preservare il prezioso calore durante l'avvio e le eclissi e per mantenere la stabilità della temperatura del veicolo spaziale.

"Attualmente, il controllo dell'emissività termica richiede componenti meccanici ingombranti come feritoie, che sono estremamente costosi e soggetti a guasti, comportare un rischio significativo per le missioni.

"La tecnologia intelligente meta-OSR offrirà un nuovo prezioso strumento per gli ingegneri termici dei veicoli spaziali, di particolare importanza per il segmento leggero del mercato satellitare."