Solar Impulse dietro le quinte

Il prototipo Solar Impulse mentre sorvola la baia di San Franciso e il Golden Gate solarimpulse / Revillard

Mentre il team di Solar Impulse è in volo nei cieli degli Stati Uniti per la missione "Across America", in Svizzera proseguono i lavori su materiali d'avanguardia per la prossima versione del velivolo sperimentale a propulsione solare.

L’obiettivo dei creatori di Solar Impulse – Bertrand Piccard e André Borschberg – non è solo di segnare record, ma di promuovere l’impiego di tecnologie per le energie rinnovabili. Con un’ottantina di partner, tra cui molte società svizzere, che hanno contribuito a concepire, costruire, testare e far volare il prototipo, la quantità e la varietà di ricerche generate dal progetto ha nettamente superato le aspirazioni iniziali.

Nella Svizzera francese, lontano dai riflettori, è in corso la costruzione del prossimo apparecchio Solar Impulse, HB-SIB. Per i partner industriali di Solar Impulse e il suo consulente scientifico, il Politecnico federale di Losanna (EPFL), l’aereo a energia solare è un concentrato di sfide tecnologiche, tra cui quella di trovare i materiali giusti.

Non c’è un solo rivetto nel Solar Impulse: tutte le componenti sono incollate insieme. Alla ricerca di un materiale ultra leggero ma resistente, per il loro aereo da sogno, gli ingegneri di Solar Impulse hanno dovuto sviluppare il più possibile la ricerca su materiali compositi.

La sfida è stata rilevata dalla Décision SA e dalla North TPT, due aziende insediate nella regione di Losanna, che lavorano in stretta collaborazione con l’EPFL. È interessante notare che entrambe le società hanno un’esperienza in campo nautico.

Ultra-light

Lo scheletro ultraleggero della fusoliera, la cabina e le ali del primo prototipo HB-SIA che ora sta per volare nei cieli degli Stati Uniti, sono stati realizzati dalla Décision, in collaborazione con l’EPFL. La società ha effettuato un anno di prove e di collaborazione prima di giungere al giusto design con un sandwich di fibra di carbonio a nido d’ape. Per il primo aereo dimostrativo ha utilizzato fogli di fibra di carbonio di soli 93 grammi per metro quadrato.

“È alta tecnologia, ma allo stesso tempo molto artigianale”, spiega il direttore della Décision, Bertrand Cardis, mentre si aggira per i laboratori che hanno prodotto numerose imbarcazioni Alinghi e un’ala per Yves Rossy (noto come Jetman).

I tecnici stanno preparando i singoli pannelli per la nuova fusoliera Solar Impulse e il loro assemblaggio. “Rappresentano seimila ore di lavoro al pezzo”, afferma Cardis.

Pietre miliari

La missione 2013 Across America è iniziata il 3 maggio 2013.

È previsto un itinerario con cinque scali: da San Francisco (California) a Phoenix (Arizona), a Dallas (Texas) a Saint Louis (Missouri) o Atlanta (Georgia), per poi raggiungere Washington e infine New York.

La prima tappa della traversata degli Stati Uniti è stata compiuta tra il 3 e il 4 maggio. Decollato dall’aerodromo di Moffett Airfield a Mountain View, nelle vicinanze di San Francisco, poco dopo le 06:00 locali (le 15:00 in Svizzera), il velivolo pilotato da Bertrand Piccard è atterrato circa 18 ore e mezzo dopo all’aeroporto internazionale Sky Harbor di Phoenix. Ad ogni scalo, l’aereo resta fermo qualche giorno, in modo da consentire ai visitatori di osservarlo da vicino e di intrattenersi con i piloti, Bertrand Piccard e André Borschberg, che si alterneranno nelle diverse tratte.

Il primo velivolo Solar Impulse HB-SIA è stato presentato il 26 giugno 2009. I primi voli di prova sono iniziati l’anno successivo e si sono conclusi con il primo volo notturno nella storia dell’aviazione solare, il 7 luglio 2010, della durata di più di 26 ore.

Nel settembre 2010, Solar Impulse ha volato attraverso la Svizzera, compiendo atterraggi negli aeroporti di Ginevra e Zurigo. Nel 2011 l’aereo ad energia solare ha volato per la prima volta fuori dalla Svizzera, dapprima a Bruxelles e poi a Parigi.

Nel 2012, Solar Impulse ha compiuto il volo in sette tappe da Payerne, in Svizzera, a Rabat, in Marocco e ritorno.

La costruzione del secondo velivolo Solar Impulse HB-SIB è in corso. L’obiettivo finale è un giro completo intorno al mondo nel 2015.

L’obiettivo è di avere un aeroplano ancora più leggero, con un’apertura alare di 72 metri e più spazio per i pannelli solari. I fogli di carbonio utilizzati per il nuovo velivolo sono tre volte più leggeri della carta: soli 25 grammi per metro quadrato.

“Per lo sviluppo di progetti estremi ci si deve avventurare in un campo dove si prendono rischi, che si devono poi ridurre al minimo. Ciò ha comportato molte ricerche con il Politecnico federale di Losanna”, puntualizza Cardis.

La vicinanza geografica dei principali attori della ricerca sui materiali e dello sviluppo di questo progetto costituisce un grande vantaggio, secondo Pascal Vuilliomenet dell’EPFL. “Qui abbiamo un insieme di competenze di valore inestimabile”, dice a swissinfo.ch.

Più strati, più leggerezza, più resistenza

La fornitrice della Décision, la North TPT, è a pochi minuti di auto. Installata in un’ex fabbrica di cavi, questa società ha sviluppato un nuovo materiale per la vela per Alinghi in vista della Coppa America 2007. Il materiale è stato creato in uno stampo da un patchwork di pezzi realizzati in un nuovo e rivoluzionario tipo di carbonio composito, che viene utilizzato principalmente per auto, imbarcazioni e treni.

Il carbonio composito è costituito da strati di ‘prepreg’ (fibre pre-impregnate di resina a freddo) che vengono saldati tramite la “cottura”. La North TPT, in collaborazione con ricercatori dell’EPFL, sta sviluppando un materiale con strati molto più sottili. Composto di molti più strati di fibra, disposti uno sopra l’altro in direzioni diverse, questo materiale è molto più leggero e più resistente dei compositi precedenti. “È come avere più pixel in una fotografia”, afferma François Mordasini, direttore della North TPT.

Il nuovo materiale è così sottile che ha bisogno di uno speciale robot a comando per sovrapporre i vari strati di fibra e produrre lastre o blocchi di composito di carbonio su misura. Questo può essere usato per produrre le cose più disparate, da canne da pesca a componenti di scatole ingranaggi di Formula Uno.

La North TPT ha anche dovuto sviluppare nuovi programmi informatici per il calcolo della struttura composita, atta a gestire strati più numerosi. Con questi presupposti, il nuovo materiale può essere sfruttato pienamente. “Abbiamo realizzato una nuova serie di strumenti software che ci permette di ottimizzare i materiali su base individuale”, spiega Mordasini.

Mettere alla prova

Il composito a strati sottilissimi ha proprietà differenti rispetto al composito standard. Proprietà che sono attualmente testate da Robin Amacher e dai suoi colleghi del Laboratorio di meccanica applicata e analisi di affidabilità dell’EPFL.

“La cosa notevole di questo materiale composito è che ha un punto di rottura molto più elevato e la rottura è più pulita. Anche sul piano della resistenza all’usura i risultati sono sorprendenti. Ciò consente al progettista di sfruttare appieno le prestazioni del materiale”, dichiara Amacher a swissinfo.ch.

“Non stiamo solo misurando valori, ma stiamo anche imparando come si rompono i materiali. Una volta che si sa questo, si possono fare proposte di miglioramento”, aggiunge.

L’EPFL ha aderito al progetto Solar Impulse nel 2003, quando ha realizzato uno studio di fattibilità. Da allora è stata lanciata tutta una serie di assi di ricerca, tra cui dei sensori di interfacce uomo-macchina, poiché i piloti di Solar Impulse devono stare all’erta per lunghi tratti. In questo campo sono previsti maggiori approfondimenti durante le prove di simulazione per il nuovo aereo, in calendario in dicembre.

“Progetti inventivi come Solar Impulse sono utili per noi, non solo per mostrare la tecnologia, ma perché i nostri studenti sono coinvolti in una ricerca innovativa di alta qualità, dove vedono l’applicazione immediata del loro contributo. Tutti i partecipanti beneficiano di questo tipo di trasferimento di tecnologia”, rileva Vuilliomenet.

(Traduzione dall’inglese: Sonia Fenazzi)