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Collana TRL7 - la rilevazione antincendio che viene dallo spazio

Autore Gianfranco Rocchi | Chief Communication Officer | 07 Maggio 2021 |

rover Curiosity su Marte

Proseguiamo la nostra carrellata sugli spin off dell’industria aerospaziale nel settore dell’antincendio raccontando di alcune ricadute tecnologiche in ambito di rilevazione, che hanno già portato ad alcune applicazioni in settori molto particolari e che potrebbero verosimilmente presto dare vita a soluzioni per applicazioni in contenti più comuni.

La rilevazione dei gas, infatti, è per l’esplorazione spaziale un aspetto rilevante sotto diversi punti di vista.

 

La ricerca del metano extraterrestre, un indicatore della possibile vita batterica, ha portato, ad esempio, a sviluppare spettrometri sempre più piccoli, leggeri ed a basso consumo energetico basati sulla tecnologia laser nel medio infrarosso. Gli scienziati del JPL hanno proposto un derivato dello sniffer installato sul rover marziano Curiosity all'industria del gas naturale. Una versione trasportabile da droni, sviluppato da SeekOps, è in grado di svolgere analisi 10 volte al secondo con una sensibilità appena inferiore a 10 parti per miliardo (fughe di gas si verificano tipicamente nell'intervallo o 50 a 100 parti per miliardo). Questo prodotto è per ora impiegato nell’industria estrattiva e di distribuzione del gas ma sono evidenti le possibili ricadute nell’ambito della rilevazione antincendio.

 

Ci sono anche ricadute indirette che gli enti di ricerca aereospaziale possono favorire senza necessariamente andare in orbita. Richard Billmers aveva concepito il suo primo sistema "fire lidar" come strumento destinato ai vigili del fuoco per vedere attraverso il fumo e le fiamme. La NASA e la Federal Aviation Administration videro un potenziale per la sicurezza aeroportuale (per vedere ad esempio, gli aerei in decollo, atterraggio e rullaggio in un aeroporto coperto dalla nebbia). Il dispositivo funziona inviando impulsi veloci di luce laser nel vicino infrarosso e gestendo l’otturatore per filtrare la luce riflessa da fumi, nebbie e particolato che si trova a breve distanza dalla sorgente. Regolando il tempo dell’otturatore si può settare la telecamera su oggetti a distanze diverse nell’ordine di 2 o 3 kilometri. La telecamera può vedere attraverso il fuoco perché cattura solo pochi nanosecondi di luce dall'incendio, il che non è molto rispetto alla luce laser concentrata riflessa dall'oggetto dietro le fiamme. Si tratta di un evoluzione interessante dei sistemi di imaging; una termocamera, ad esempio, può vedere attraverso il fumo se fa freddo, ma non va bene con la nebbia perché il calore viene assorbito dall'acqua. Inoltre, una termocamera ha difficoltà col vedere attraverso il vetro, per non parlare delle fiamme. Tuttavia, mentre l'idea è relativamente semplice, l'hardware per farlo funzionare è stata una sfida tecnologica e ci è voluto tutto il supporto della NASA per accompagnarne l’industrializzazione. Oggi Billmers, attraverso la sua Laser Imaging Through Obscurants ( LITO) Technologies Inc., sta collaborando con un’altra società per incorporare la localizzazione acustica nel sistema. La rilevazione incendi attraverso telecamere è già una realtà commerciale nell’antincendio; il progresso delle tecnologie di imaging non potrà che rafforzare questo particolare ambito.

 

Non solo di tecnologia ma anche di tecnica è debitore l’antincendio terrestre alla ricerca aerospaziale. Dalla tragedia dell’Apollo 1 nel cui incendio il 27 gennaio 1967 perse la vita l'intero equipaggio, la NASA ha intrapreso un'indagine approfondita sui pericoli rappresentati dall'uso di ossigeno puro, diventando, negli ultimi cinque decenni, una fonte di riferimento per competenze su materiali, infiammabilità e ambienti ricchi di ossigeno o ad alta pressione. Da questo sforzo è nata l’oxygen compatibility assessment (OCA), una procedura che valuta il pericolo di incendio in ambienti arricchiti di ossigeno. Insieme all'OCA, è stato ideato anche un metodo di prova unico per determinare quali metalli e leghe sono infiammabili e in quali condizioni. Ora brevettato, il metodo viene utilizzato per rispondere a domande sul comportamento alla combustione delle leghe metalliche. 

 

Poiché l'effetto della gravità sul fuoco maschera molti dettagli che si verificano durante il processo di combustione, gli scienziati possono ottenere una migliore comprensione del fuoco studiandolo in condizioni di microgravità. I ricercatori del programma Microgravity Combustion della NASA presso il Glenn Research Center utilizzano torri di caduta, sono lunghi pozzi verticali, per studiare come si comporta il fuoco in condizioni di microgravità. I pacchetti di esperimenti vengono sganciati dalla cima della torre, consentendo loro di raggiungere la microgravità attraverso la caduta libera. Come parte del loro lavoro per misurare i comportamenti al fuoco, i ricercatori della NASA avevano bisogno di un laser in grado di rilevare gas in tracce ad alta sensibilità a lunghezze d'onda uniche. Sebbene i laser a diodi siano adatti per i test nelle torri di caduta perché sono robusti, piccoli e di bassa potenza, i modelli laser esistenti non erano in grado di produrre la gamma di lunghezze d'onda necessaria. La Southwest Sciences, Inc., ha sviluppato Aztec, un laser a diodi a cavità esterna ampiamente sintonizzabile in grado di soddisfare i requisiti di misurazione molto specifici del programma Microgravity Combustion in termini di lunghezza d'onda e velocità di sintonizzazione senza precedenti.

L'Aztec ha una vasta gamma di applicazioni sia per la NASA che per gli utenti commerciali, dalla protezione degli astronauti nello spazio al miglioramento della comprensione dei processi di combustione sulla Terra, fino al rilevamento accurato degli incendi.

 

Il progresso nella rilevazione stimolato dall’industria aerospaziale non è solamente legato alle attività in orbita o su pianeti extraterrestri. Gli stessi processi industriali per la produzione dei veicoli spaziali generano esigenze di sicurezza antincendio peculiari che possono portare a spin off anche in altri settori. È il caso della rilevazione degli incendi da idrogeno, elemento utilizzato ampiamente nella propulsione spaziale. L'idrogeno è un gas a combustione pulita, pertanto, la sua fiamma è quasi invisibile durante le ore diurne. Attraverso i fondi della NASA Small Business Innovation Research (SBIR) la Duncan Technologies, Inc. ha sviluppato un sistema di imaging a infrarossi che fornisce immagini a colori di incendi di idrogeno altrimenti invisibili. I precedenti sistemi a infrarossi in bianco e nero avevano difficoltà a contrastare l’immagine degli incendi di idrogeno dallo sfondo circostante. Spesso la fiamma veniva visualizzata più grande di quanto non fosse in realtà. HC1000, il sistema sviluppato e impiegato nei siti della NASA in cui si impiega l’idrogeno liquido come propellente, utilizza tre diversi sensori per rilevare visivamente la fiamma. Due dei sensori funzionano nel vicino infrarosso, mentre il terzo funziona nella parte visibile dello spettro elettromagnetico. Dei due sensori nel vicino infrarosso, uno è centrato su una banda spettrale che rileva forti emissioni di vapore acqueo dalla fiamma, mentre l'altro è su una banda che rileva emissioni minime per misurare solo l'immagine di sfondo.

La fiamma viene rilevata sottraendo l'immagine di sfondo dall'immagine della fiamma e filtrando il risultato. Una fiamma di idrogeno di meno di 10 cm è rilevabile da oltre 15 metri di distanza.

Dalla tecnologia sviluppata per il rilevamento di incendi d’idrogeno sono state derivati in seguito altri sistemi di imaging avanzate per altri impieghi che non coinvolgono l’idrogeno.

 

Per finire i futuri rilevatori potranno beneficiare di una tecnologia che si sta diffondendo in moltissimi ambiti, ovvero quella delle micropompe a stato solido. Non contenendo parti in movimento, ed essendo miniaturizzabili, questi dispositivi sono in grado di far scorrere dei fluidi grazie all’azione di forze che si generano in seguito ad interazioni elettriche come l’elettrosmosi, oppure a fenomeni magnetofluidodinamici o ultrasonici. Anche questa innovazione, che ha già trovato applicazione nel monitoraggio dei rischi di gas e incendi per ora a bordo di navi militari, deriva dalla ricerca aerospaziale. La microlavorazione coinvolge una serie di tecnologie: complesse strutture di flusso del fluido incise nel vetro refrattario; film multistrato depositati per fornire resistenza alla corrosione per anni di funzionamento, poiché il loro impiego originario è nei satelliti artificiali; dispositivi sottili realizzati in silicio epitassiale con tecniche etch-stop, tecniche di sigillatura ermetica, etc. Le applicazioni commerciali sono molte e includono il rilevamento di fumo in applicazioni industriali, di tossine, esplosivi e contaminanti chimici. 

 

Prima di parlare dei sistemi antincendio appositamente sviluppati per i veicoli spaziali, oggetto dell’ultimo numero di questa serie, nella prossima uscita ci soffermeremo sugli spin off di materiali con particolari caratteristiche di resistenza al fuoco

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note sull'autore

Gianfranco Rocchi è curatore del digital content marketing di Mozzanica&Mozzanica Srl; con una formazione accademica in storia economica, ha una esperienza di oltre quindici anni nella consulenza aziendale relativamente ai sistemi di gestione aziendale e della salute e sicurezza sul lavoro. È stato inoltre autore di contenuti per la televisione ed il podcasting.

 

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