L’esplorazione e la gestione delle infrastrutture nello spazio cosmico si arricchiscono di un tassello rivoluzionario che promette di ridefinire gli standard costruttivi dei futuri vettori e veicoli orbitali. I ricercatori del celebre Fraunhofer HHI (Fraunhofer Institute for Telecommunications, Heinrich-Hertz-Institut) hanno infatti perfezionato una tecnologia all’avanguardia per il raffreddamento dei satelliti, una soluzione interamente passiva basata sulla modifica strutturale microscopica delle superfici metalliche. La notizia assume una rilevanza immediata per l’intero comparto industriale poiché i primi campioni sperimentali, installati all’esterno della Stazione Spaziale Internazionale (ISS) per una validazione in condizioni reali, stanno facendo il loro cruciale rientro sulla Terra per le analisi di invecchiamento. Contemporaneamente, gli scienziati hanno annunciato la nascita dello spin-off commerciale startup Dythalis, una nuova realtà imprenditoriale pronta a introdurre sul mercato globale questi rivoluzionari componenti già a partire dal mese in corso, anticipando la presentazione ufficiale che si terrà alla prestigiosa fiera ILA 2026 a Berlino.
Perché la dissipazione del calore nello spazio è un problema ingegneristico
Comprendere l’importanza di questa innovazione richiede un’analisi delle condizioni estreme in cui operano i moderni materiali aerospaziali. Il vuoto dello spazio impedisce infatti qualsiasi forma di trasferimento termico per conduzione o convezione verso l’esterno, lasciando i sistemi elettronici esposti a un costante e pericoloso rischio di surriscaldamento che può compromettere l’intera missione. L’unico meccanismo fisico utilizzabile per la dissipazione del calore in un ambiente simile è la conversione dell’energia in radiazione termica, proiettata direttamente verso l’oscurità dello spazio profondo. Questo processo richiede l’uso di un radiatore e, affinché funzioni con la massima efficienza, il materiale utilizzato deve possedere la più alta capacità possibile di emettere energia termica.
Come funziona l’emissività termica passiva nel vuoto cosmico
Per rispondere a questa necessità, gli scienziati del Fraunhofer HHI hanno ideato un metodo per funzionalizzare le superfici metalliche, migliorando drasticamente le loro proprietà fisiche intrinseche nel vuoto. Le ricerche sono state condotte attraverso molteplici progetti scientifici, inclusa una proficua collaborazione con il Fraunhofer Cluster of Excellence Advanced Photon Sources CAPS. Eike Hübner, ingegnere e manager del gruppo di ricerca presso il Fraunhofer HHI, ha descritto con precisione la genesi dell’intuizione scientifica alla base del progetto: “Poiché le superfici metalliche lisce come le pareti esterne in alluminio dei satelliti, le superfici esterne degli ugelli dei razzi o i contenitori per l’elettronica di potenza sono molto scarse nel dissipare il calore, usiamo un laser per irruvidirle. La superficie strutturata ruvida agisce essenzialmente come un radiatore e irradia il calore in modo molto efficace”. Lo scienziato ha inoltre sottolineato l’estrema versatilità dell’applicazione pratica, evidenziando che: “Possiamo funzionalizzare tutte le geometrie, comprese le forme complesse come le superfici curve”. Questa caratteristica consente di intervenire direttamente su componenti già prodotti, senza imporre vincoli di design geometrico ai costruttori.
La micro-strutturazione con laser a femtosecondi applicata ai metalli
Dal punto di vista operativo, la tecnologia laser adottata si affida a un sofisticato sistema a impulsi ultra-brevi. Il metallo di partenza viene colpito da un laser a femtosecondi, i cui impulsi sono talmente rapidi da provocare l’evaporazione istantanea soltanto di una frazione infinitesimale della superficie esposta, mantenendo il blocco metallico sottostante completamente inalterato e privo di stress termici o strutturali profondi. L’azione del fascio di luce scava e modella sulla superficie metallica originariamente liscia una fitta trama di coni microscopici, con un’altezza che si attesta intorno a un singolo micrometro. Questo approccio garantisce una perfetta ottimizzazione fisica della struttura superficiale senza comportare alcuna modifica o contaminazione chimica della lega metallica originale.
Riduzione dei costi di lancio dei razzi e prevenzione del fenomeno di outgassing
I vantaggi per l’industria spaziale sono molteplici e immediati. Questa tecnologia permette di contrarre sensibilmente i costi di lancio complessivi dei vettori: eliminando la necessità di applicare i pesanti strati di vernice termica protettiva tradizionalmente impiegati, si ottiene una significativa riduzione del peso al decollo dei razzi vettori. Inoltre, mentre le superfici verniciate subiscono nel tempo l’azione degradante dell’ambiente orbitale rilasciando solventi chimici volatili, l’assenza di sostanze chimiche aggiunte azzera totalmente il rischio di outgassing, scongiurando il pericolo che il rilascio di gas offuschi o danneggi le lenti delle apparecchiature ottiche e i delicati sensori di bordo. Grazie alla micro-strutturazione, il team del Fraunhofer HHI è riuscito a elevare l’emissività termica di materiali come l’alluminio, l’acciaio inossidabile, il titanio e il rame a livelli straordinari, compresi tra il 95% e il 99%. Si tratta di un balzo in avanti immenso se confrontato con il metallo nudo e liscio, la cui emissività si ferma solitamente intorno al 10%. I test di laboratorio hanno confermato la robustezza della soluzione: le superfici in alluminio trattato hanno resistito a temperature di prova fino a 650 gradi Celsius e, poiché mantengono la loro stabilità strutturale fino al punto di fusione del metallo impiegato, non subiscono alterazioni anche qualora le temperature d’esercizio superino tale soglia, purché applicate su materiali idonei.
Lo sviluppo di superfici bianche antiriflesso contro la radiazione solare
La continua evoluzione dello studio sta affrontando nuove sfide cromatiche e operative per massimizzare l’efficacia dei radiatori nello spazio. Al momento attuale, la superficie metallica lavorata e fresata assume una colorazione nera profonda. Eike Hübner e la sua squadra stanno conducendo approfondite indagini per fare in modo che le zone funzionalizzate possano presentarsi con un colore bianco. La motivazione tecnica di questa ricerca è legata alla complessa interazione dei corpi celesti con l’illuminazione solare, como illustrato dallo scienziato: “A seconda di quale lato della Terra si trovino, i satelliti possono essere esposti alla radiazione solare. Le superfici nere assorbono la luce solare riscaldando così il radiatore. Vogliamo evitare questo problema utilizzando superfici bianche che riflettono la luce solare”.
Ottimizzazione dei costi industriali: il processo con laser a nanosecondi
Parallelamente, l’istituto ha portato avanti l’affinamento dei metodi produttivi stringendo una proficua collaborazione strategica con l’azienda partner Azimut Space GmbH. L’intento principale è quello di sostituire i complessi e costosi macchinari a femtosecondi con l’impiego di una tecnologia intermedia basata su laser a nanosecondi, notevolmente più robusta ed economicamente sostenibile. Questo processo alternativo è in grado di ricreare strutture di fresatura del tutto analoghe sui metalli lavorando all’interno di un’atmosfera di gas reattivo, costituita da ossigeno puro. Hübner ha analizzato con realismo i risvolti di questo secondo filone di ricerca: “Sebbene questo rallenterà il processo e otterremo solo un’emissività termica di circa l’85 percento, ridurrà significativamente i costi di investimento”. Una simile alternativa offre alle aziende una flessibilità di scelta fondamentale in base al bilanciamento richiesto tra budget e prestazioni assolute.
I test in orbita sulla ISS e il rientro dei campioni sulla Terra
La definitiva consacrazione della tecnologia sta avvenendo direttamente nel severo scenario dello spazio reale. Fin dal mese di dicembre 2024, diversi campioni di titanio e alluminio lavorati dal Fraunhofer HHI sono stati integrati all’esterno dello scafo della Stazione Spaziale Internazionale. Il test, condotto nell’ambito di un programma coordinato dall’Agenzia Spaziale Europea (ESA) e con il supporto di Azimut Space GmbH, ha visto i metalli posizionati deliberatamente nella direzione di volo della stazione, agendo come veri e propri dissipatori termici radiativi esposti alle reali e brutali sollecitazioni dell’orbita terrestre. Riguardo allo stato actuel dell’esperimento, Hübner ha riferito testualmente: “I campioni di metallo sono ora sulla via del ritorno sulla Terra. L’analisi e l’esame per l’invecchiamento del materiale, i potenziali danni e i cambiamenti nella radiazione termica sono quindi ancora in sospeso”. I prossimi esami di laboratorio permetteranno di quantificare gli effetti a lungo termine dell’esposizione ai raggi cosmici e ai violenti sbalzi termici orbitali.
Il debutto commerciale della startup Dythalis e l’esposizione a ILA 2026
I successi scientifici si stanno traducendo rapidamente in un’importante iniziativa industriale. Eike Hübner, affiancato dai colleghi ricercatori Hanan Al-Haddar e Ahmad Abdalwareth del Fraunhofer HHI, ha finalizzato il piano di trasferimento tecnologico dando vita alla startup Dythalis. Questo spin-off ufficiale della Fraunhofer-Gesellschaft farà il suo debutto sul mercato nel corso del maggio di questo stesso anno, puntando a diventare un partner di riferimento per i costruttori internazionali di satelliti e di sistemi di propulsione e thruster. Poco dopo il lancio aziendale, dal 10 al 14 giugno, la startup e l’istituto mostreranno i propri risultati alla fiera ILA 2026 a Berlino, all’interno dello stand collettivo Fraunhofer Space situato nel padiglione Hall B 240. In questa occasione verranno esposti al pubblico dei dispositivi reali micro-strutturati al laser, tra cui un ugello de Laval realizzato in CuCrZr (una pregiata lega di rame con cromo e zirconio) caratterizzato da una superficie ad altissima emissività termica, un ugello de Laval in acciaio inossidabile sottoposto a severi test termici e un contenitore protettivo in alluminio privo di giunzioni appositamente strutturato per la protezione e la salvaguardia dell’elettronica di bordo dei satelliti.