Wave Energy Modeling Tool: dall’energia delle onde allo spazio

Giu 25 2020
a cura della Redazione
Per garantire che il modulo equipaggio del veicolo spaziale Orion atterri in verticale sull’oceano, la NASA sta utilizzando il WEC-Sim, codice open-source sviluppato da NREL e Sandia National Laboratories: una tecnologia innovativa che punta a diventare uno strumento per tutti coloro che sviluppano soluzioni di energia rinnovabile.
L’Orion Crew Module Uprighting System (CMUS) è  un sistema formato da cinque airbag il cui compito è raddrizzare il modulo nel caso in cui ammari sull’oceano in posizione ribaltata. (Foto da: NASA)
L’Orion Crew Module Uprighting System (CMUS) è un sistema formato da cinque airbag il cui compito è raddrizzare il modulo nel caso in cui ammari sull’oceano in posizione ribaltata. (Foto da: NASA)

La National Aeronautics and Space Administration (NASA) statunitense sta lavorando al lancio della missione Artemis I (test di volo lunare senza equipaggio) prevista per il 2021. Si tratterà di un volo inaugurale del veicolo di lancio per carichi pesanti Space Launch System, così come per il Crew Module (CM, modulo equipaggio) dell’Orion Multi-Purpose Crew Vehicle (MPCV); quest’ultimo orbiterà attorno alla Luna per più giorni prima di tornare sulla Terra e ammarare sull’Oceano Pacifico.

Per garantire una maggiore sicurezza del futuro equipaggio di Orion tra l’ammaraggio e il recupero, sono al lavoro gli esperti di energia delle onde del National Renewable Energy Laboratory (NREL). Infatti, la NASA e Lockheed Martin (LM), ovvero il primo appaltatore per Orion, stanno utilizzando il Wave Energy Converter SIMulator (WEC-Sim), un codice open-source sviluppato da NREL e Sandia National Laboratories, per assicurare che il CM si posizioni in verticale all’ammaraggio.

Come cambia la tecnologia

Durante il programma Apollo, il CM è atterrato capovolto nell’oceano in metà delle sue missioni. Questa situazione può addurre diversi problemi: infatti, se le porte di uscita e le antenne per la comunicazione risultassero sommerse dall’acqua, ciò causerebbe una maggiore difficoltà per le operazioni di recupero nonché il blocco della comunicazione tra il CM e le squadre di recupero. Per ovviare a questo problema, la NASA e Lockheed Martin stanno sviluppando l’Orion Crew Module Uprighting System (CMUS), ovvero un sistema formato da cinque airbag il cui compito è raddrizzare il modulo nel caso che ammari sull’oceano in posizione ribaltata, mantenendo il veicolo in posizione verticale per 24 ore.

Inoltre, il team di ricerca sta utilizzando anche il WEC-Sim per modellare i movimenti del CM in oceano aperto e aiutare a valutare le performance e i carichi del CMUS. Capire in anticipo come il CM e il suo sistema di raddrizzamento lavoreranno, risulta essere fondamentale per assicurare un’operazione di recupero rapida e sicura.

Il CM dell'Orion nella configurazione "Stable 1" con il portellone accessibile (a sinistra), e nella configurazione "Stable 2" con portellone e antenne sommersi (a destra). (Immagine da: NASA)
Il CM dell’Orion nella configurazione “Stable 1” con il portellone accessibile (a sinistra), e nella configurazione “Stable 2” con portellone e antenne sommersi (a destra). (Immagine da: NASA)
WEC-Sim e l’energia delle onde

Il WEC-Sim permette ai ricercatori di capire meglio come i device, che convertono il moto delle onde in energia utilizzabile, si comporteranno nel mare aperto.

A differenza del precedente sistema Uprighting di Apollo, l’Orion Crew Module Uprighting Systems sarà sottoposto a un numero minore di test fisici perché si farà maggiore affidamento sulla modellizzazione computerizzata; a questo proposito, Tannen VanZwieten del NASA Engineering and Safety Center ha affermato: “WEC-Sim ha attirato la nostra attenzione come valida opzione per modellare i movimenti del CM in mare aperto, poiché le sue dimensioni sono simili a quelle dei convertitori di energia delle onde che dovrà simulare”. In sostanza, WEC-Sim aiuta la NASA e Lockheed Martin a modellare in modo efficacie il movimento del CM nell’oceano.

Nathan Tom, ricercatore del NREL, ha aggiunto “WEC-Sim presenta dinamiche di floating-body che possono essere personalizzate per soddisfare le esigenze della NASA. Questo strumento può anche aiutare a ottimizzare i progetti di convertitori di energia delle onde per ridurre al minimo il costo dell’energia.

L'HWNC è un nuovo dispositivo di energia rinnovabile offshore, che integra una turbina eolica galleggiante di tipo spar, un convertitore di energia a onde oscillanti e due turbine a flusso di marea. (Immagine da: NASA)
L’HWNC è un nuovo dispositivo di energia rinnovabile offshore, che integra una turbina eolica galleggiante di tipo spar, un convertitore di energia a onde oscillanti e due turbine a flusso di marea. (Immagine da: NASA)
Energia rinnovabile del futuro

Non solo la NASA, ma molti altri si sono avvicinati e hanno utilizzato il WEC-Sim. Ad esempio Marine Power Systems, società britannica che si occupa di energia rinnovabile, ha utilizzato il modello WEC-Sim per sviluppare il suo prototipo innovativo di generatore di energia d’onda WaveSub. Anche ENI, per lo sviluppo dell’Inertial Sea Wave Enenrgy Converter (ISWEC), ha utilizzato il supporto di WEC-Sim.

In definitiva, WEC-Sim risulta essere uno strumento versatile per tutti coloro che sviluppano soluzioni di energia rinnovabile, in quanto può essere applicato anche a dispositivi differenti da quelli che utilizzano l’energia delle onde, ampliandone le capacità e l’utilizzo. In particolare, i ricercatori hanno utilizzato WEC-Sim per modellare una piattaforma galleggiante di un convertitore di energia ibrida vento-onde e due turbine a flusso di marea. Quindi, combinando il codice FAST (Fatigue, Aerodynamics, Structures, and Turbulence) e WEC-Sim di NREL, i sono riusciti a valutarne in modo efficace il potenziale, dal momento che questi concept offshore ibridi vento-onde sono in grado di attenuare i movimenti causati dalle maree e dal beccheggio, incrementando la produzione di energia complessiva del 15% circa.

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