• bassa spinta
• detriti spaziali
• espansione in vuoto
• metodi di rimozione
• Rayleigh-Plesset
• schiume espandibili

Più di cinquanta anni di attività spaziali hanno generato un grande numero di detriti in orbita intorno alla Terra. Simulazioni numeriche suggeriscono che il numero di questi oggetti potrebbe aumentare anche in assenza di ulteriori lanci, a causa di reazioni a catena generate da mutue collisioni. In questo scenario, appare chiaro che la rimozione di detriti si impone come una necessità, per rendere più semplici e sicure le future attività spaziali. Diversi studi sono già stati effettuati, proponendo differenti metodi di rimozione.

Il metodo descritto in questa tesi, può essere classificato come un metodo di cambio della quantità di moto, ed in particolare di aumento della resistenza atmosferica. L’idea parte dallo sviluppo di una piattaforma in grado di realizzare una sfera di schiuma intorno al detrito da deorbitare, in modo da aumentare il suo rapporto area-su-massa. Così facendo la resistenza atmosferica esercita una influenza significativa tale da decelerare il detrito. In questo modo, è possibile controllare il tempo di rientro in modo che resti in linea con i limiti stabiliti dalla IADC. Questo metodo non richiede nessun meccanismo di attracco e durante la fase di rientro non è richiesto nessun tipo di controllo: l’unica forza in gioco è la resistenza atmosferica che decelera il detrito fino al completo bruciamento in atmosfera. Da quanto detto, emerge che il punto chiave dello studio è la schiuma.

Il lavoro svolto in questa tesi si incentra, prima di tutto, su un’analisi dello stato dell’arte di schiume espandibili, evidenziandone le differenti tipologie e caratteristiche, in modo da selezionarne una candidata adatta allo scopo. Un modello di espansione del primo ordine, basato sulla classica equazione di Rayleigh-Plesset, è qui sviluppato e successivamente implementato fornendo i risultati numerici relativi a schiume commerciali poliuretaniche bi-componenti. Da questa analisi si ricava che l’espansione della schiuma è governata dalla differenza di pressione tra l’ambiente esterno e il gas interno e dalla tensione superficiale che limita la crescita per pressioni esterne molto basse. Il modello è infine validato confrontando i risultati ottenuti con quelli forniti da prove sperimentali condotte sia in aria che in vuoto. Le prove, insieme all’apparato sperimentale utilizzato sono dettagliatamente descritte.

La parte finale del lavoro di tesi è rivolta a verificare l’applicabilità del metodo descritto riportando i risultati principali di una analisi preliminare di missione. Infine il lavoro si focalizza sulla definizione di possibili sistemi di nucleazione della schiuma, cercando in particolare una soluzione ritenuta la più idonea al problema in esame. Di questa è svolto un disegno preliminare.