21 aprile 2023
La sonda spaziale europea «JUICE» esplorerà Giove e le sue lune ghiacciate. A bordo ci sono componenti prodotti all’Empa con un processo di saldatura appositamente sviluppato.
Vibrazioni, vuoto, radiazioni e fluttuazioni estreme della temperatura: gli strumenti di misura scientifici per le sonde spaziali devono essere in grado di resistere a tutto questo per anni, continuando a funzionare con la massima precisione e affidabilità. Non c’è da stupirsi che ogni singolo componente debba soddisfare i requisiti più elevati.
Hans Rudolf Elsener del laboratorio per le nuove tecnologie di giunzione dell’Empa e il suo staff forniscono da circa 25 anni diversi componenti per le sonde spaziali in collaborazione con l’Università di Berna. Diverse missioni dell’Agenzia Spaziale Europea hanno già avuto a bordo i suoi componenti. Il prossimo obiettivo: Giove.
Il 13 aprile è stata lanciata la missione ESA «Jupiter Icy Moons Explorer» («JUICE»). Il suo scopo è studiare il pianeta più grande del nostro sistema solare, Giove, e le sue lune ghiacciate Ganimede, Callisto ed Europa. Tra gli 11 strumenti scientifici a bordo della sonda spaziale c’è uno spettrometro di massa sviluppato dall’Università di Berna. Il «Neutral Ion Mass Spectrometer» misura la composizione chimica dello strato più esterno dell’atmosfera di Giove e delle sue lune. Alla realizzazione della parte più interna dello strumento, lungo solo 36 cm, ha contribuito l’Empa.
Il team di Elsener ha prodotto per i ricercatori dell’Università di Berna diversi componenti dello strumento di misurazione ad alta precisione, tra cui il cosiddetto riflettore che può essere considerato come uno specchio elettrico: gli ioni in arrivo vengono rallentati dall’applicazione di un campo elettrico e accelerati nella direzione opposta. In questo modo è possibile effettuare misurazioni molto più precise.
Il reflectron è costituito da cilindri di ceramica impilati tra di loro con stretti anelli di titanio. Le superfici interne dei cilindri di ceramica sono rivestite a spirale con una pasta di ossido di metallo vetroso ad alta resistenza. Questo robusto rivestimento consente l’applicazione di un potente campo elettrico che richiede solo una piccola frazione della limitata potenza disponibile a bordo della sonda.
I singoli componenti del riflettore sono stati saldati insieme all’Empa in un forno speciale sotto vuoto spinto. Se l’ossigeno fosse presente nel forno, ad alte temperature il titanio si ossiderebbe fino a diventare una polvere bianca. Prima della brasatura, i componenti vengono quindi rivestiti per ottimizzare tale processo.
Il team di Elsener ha già completato i componenti per «JUICE» nel 2019. Tuttavia, ci vorrà un po’ di tempo prima che i primi ioni provenienti dall’atmosfera di Giove attraversino il riflettore: JUICE non dovrebbe raggiungere l’orbita di Giove prima dell’estate 2031.