Materiali compositi per applicazioni spaziali: prestazioni, limiti ambientali e strategie di protezione

L’impiego di materiali compositi in ambito spaziale rappresenta una delle principali traiettorie di sviluppo dell’ingegneria dei sistemi aerospaziali, in risposta ai requisiti di riduzione della massa, incremento dell’affidabilità e integrazione di funzionalità multiple. La presente tesi analizza criticamente lo stato dell’arte e le prospettive dei compositi per applicazioni spaziali, con particolare attenzione ai meccanismi di degrado indotti dall’ambiente e alle strategie di protezione attualmente disponibili. Nella prima parte vengono presentate le tipologie e i costituenti dei materiali compositi, le loro proprietà specifiche, le tecniche di fabbricazione e controllo qualità. Successivamente, l’analisi si concentra sugli effetti delle radiazioni ionizzanti, del vuoto, dell’ossigeno atomico e dei cicli termici, che rappresentano i principali fattori di deterioramento in orbita. Sono quindi discusse le applicazioni per la protezione da micrometeoroidi e detriti orbitali, attraverso configurazioni Whipple e varianti basate su materiali tessili e multistrato, nonché i sistemi per la schermatura dalle radiazioni, dai polimeri idrogenati ai nanocompositi ad alto numero atomico e agli scudi a gradiente. Un’ulteriore sezione è dedicata alla schermatura elettromagnetica (EMI), ambito in cui i compositi conduttivi a base carbonio, i MXene e i nanomateriali emergenti offrono soluzioni innovative ad elevata efficacia specifica. Infine, sono delineate prospettive e linee guida per la selezione dei materiali in funzione degli scenari di missione, con attenzione ai trade-off tra massa, prestazioni e multifunzionalità. Il lavoro mette in evidenza come i materiali compositi, grazie alla loro versatilità, costituiscano la chiave per lo sviluppo di sistemi spaziali più leggeri, sicuri e durevoli, e come la ricerca futura debba concentrarsi sull’integrazione di funzioni strutturali e protettive in un’unica architettura.