Quando si parla di esplorazione stratosferica, spesso si cita la temperatura esterna, che può arrivare fino a -60 °C. Ma cosa significa davvero questa temperatura in un ambiente così estremo? E come viene percepita da strumenti elettronici e materiali a bordo di un modulo o drone lanciato con un pallone stratosferico?
In questo articolo, approfondiamo come funziona il trasferimento termico nella stratosfera e cosa bisogna considerare nella progettazione di dispositivi che devono operare a 30.000 metri di altitudine.
La temperatura nella stratosfera: un dato ingannevole?
Quando diciamo che nella stratosfera ci sono -59 o -60 °C, parliamo della temperatura dell’aria, misurata con sensori che rilevano il moto medio delle molecole. Tuttavia, l’aria è così rarefatta che la trasmissione del calore per conduzione o convezione è praticamente nulla.
- Un oggetto non si raffredda rapidamente come farebbe a livello del mare.
- Il raffreddamento radiativo (cioè la perdita di calore per emissione verso lo spazio) diventa il meccanismo dominante.
Esposizione solare: l’altro lato della medaglia
Nella stratosfera non c’è atmosfera sufficiente a filtrare i raggi ultravioletti e infrarossi del sole. Questo significa che un oggetto esposto direttamente ai raggi solari può scaldarsi fino a +100 °C o più, nonostante la temperatura dell’aria sia sotto lo zero.
La temperatura percepita da un oggetto o strumento dipende quindi da:
- Posizione rispetto al sole
- Colore e tipo di materiale
- Capacità di assorbire o riflettere la radiazione
Materiali consigliati per la stratosfera
- Policarbonato e PTFE: ottima resistenza termica e meccanica
- Kapton: ideale per l’isolamento termico di circuiti stampati
- Alluminio anodizzato: leggero e resistente all’irraggiamento
- Gomma siliconica: perfetta per guarnizioni e tenute in ambienti estremi
Sfide per i materiali e l’elettronica
Le missioni come quelle di ASCENSIO devono tener conto di:
- Cicli termici estremi: da -60 °C all’ombra a +100 °C al sole
- Espansione e contrazione dei materiali
- Condensa e formazione di ghiaccio nella fase iniziale della salita
- Possibili malfunzionamenti elettronici in caso di temperature troppo basse
Per questo è importante:
- Isolare termicamente i componenti sensibili
- Usare materiali a basso coefficiente di dilatazione
- Proteggere le batterie con involucri coibentati e, se necessario, sistemi di autoriscaldamento
Lo sapevi che…
Nella stratosfera, le batterie al litio possono perdere fino al 70% di efficienza se non adeguatamente protette? Una semplice cella da 3,7 V può scendere sotto i 2,5 V, mandando in blocco l’intero sistema.
Conclusione
Nella stratosfera, la temperatura è solo uno dei tanti parametri da considerare. La vera sfida è capire come viene percepita dagli strumenti e dai materiali in condizioni di atmosfera rarefatta, irraggiamento solare diretto e scambio termico limitato. Una corretta progettazione termica è ciò che distingue una missione fallita da un successo.
ASCENSIO lavora proprio in questa direzione: progettare missioni ad alta quota accessibili, ma con cura ingegneristica degna di missioni professionali. Ogni volo è una palestra di innovazione e una sfida alle leggi della fisica.
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