Una gomma su misura per percorrere la strada marziana
Una sfida fondamentale per le missioni su Marte è costituita dalla necessità di trovare materiali in grado di mantenere le loro proprietà e prestazioni in un’ampia gamma di temperature. Caratterizzato da un’atmosfera che, secondo le stime, sarebbe circa 150 volte più sottile di quella terrestre(si apre in una nuova finestra), Marte non può immagazzinare il calore in modo efficace quanto il nostro pianeta, essendo pertanto soggetto a oscillazioni di temperatura giornaliere comprese tra i 50 e i 100 °C (a seconda del sito di atterraggio scelto per la missione). Queste condizioni sono particolarmente difficili per la gomma, un materiale fondamentale per i pneumatici o i cingoli dei rover, che consentono di viaggiare più velocemente e per lunghe distanze trasportando carichi di elevato peso. «Il 4 giugno 2025, il rover Curiosity(si apre in una nuova finestra) ha registrato variazioni di temperatura giornaliere comprese tra i -79 e i -30 gradi centigradi(si apre in una nuova finestra). Anche nelle fluttuazioni terrestri più miti, gli automobilisti passano spesso dai pneumatici invernali a quelli estivi», osserva Rafal Anyszka(si apre in una nuova finestra), coordinatore del progetto RED 4 MARS(si apre in una nuova finestra), che ha sviluppato una gomma in grado di resistere alle temperature marziane. La ricerca è stata intrapresa grazie al supporto del programma del programma di azioni Marie Skłodowska-Curie(si apre in una nuova finestra).
Reinventare la ruota (marziana)
Attualmente i rover su Marte funzionano con ruote in alluminio a parete sottile, che li rendono più leggeri ma, al contempo, limitano la loro velocità massima a 180 metri all’ora. Tuttavia, pur avendo avuto successo con i rover precedenti, Curiosity è troppo pesante per questo tipo di ruote, che non sono in grado di dissipare l’energia attraverso lo «smorzamento» come fa la gomma, diventando ingombranti e inaffidabili. «In parole povere: se vogliamo trasportare carichi ed equipaggi a velocità sostenuta, abbiamo bisogno di rover dotati di ruote in gomma resistenti alle sollecitazioni», spiega Anyszka, che lavora come ricercatore presso l’Università di Twente(si apre in una nuova finestra), l’ateneo che ha ospitato il progetto. RED 4 MARS ha ideato una gomma basata su una miscela di due elastomeri(si apre in una nuova finestra): la gomma siliconica, la più elastica, con una temperatura di transizione vetrosa (al di sotto della quale perde elasticità) che si aggira intorno ai -125 °C, e la gomma butadienica, meno elastica ma dotata di buone proprietà meccaniche e di un’ottima resistenza all’usura. I test hanno offerto come risultato il miglior rapporto tra le due gomme, in modo da ottenere una miscela in grado di mantenere l’elasticità a temperature molto basse. Restava tuttavia una sfida da superare: come l’acqua e l’olio, questi elastomeri non sono miscibili a livello termodinamico, cioè non si mescolano. La soluzione è stata quella di aggiungere particelle di riempimento di nerofumo, che permettono di adsorbire le macromolecole di entrambe le gomme e di creare una struttura unificata a livello microscopico. Ciononostante, l’aggiunta di quantità elevate di questi riempitori richiede anche l’utilizzo di coadiuvanti tecnologici per regolare la viscosità dei composti. «Di solito i coadiuvanti tecnologici sono oli, ma poiché i rover non vengono trasportati in contenitori pressurizzati, essi possono migrare sulla superficie della gomma ed evaporare nel vuoto, contaminando l’hardware. Pertanto, abbiamo trovato un’alternativa nella gomma butadienica liquida», spiega Anyszka. Un altro ostacolo era rappresentato dal fatto che gli elastomeri richiedono additivi chimici diversi per la vulcanizzazione, un processo di polimerizzazione in cui le molecole si legano chimicamente formando una rete che reagisce alle sollecitazioni esterne a livello elastico. Il team ha sviluppato un sistema classico a base di zolfo utilizzando una qualità speciale di gomma siliconica caratterizzata da una piccola quantità di gruppi vinilici insaturi, reattivi con lo zolfo. I due pneumatici prototipo risultanti sono stati sottoposti a test meccanici per monitorare eventuali cambiamenti comportamentali, da cui è emerso che entrambi sono in grado di mantenere le loro proprietà viscoelastiche nel più ampio intervallo di temperature possibile(si apre in una nuova finestra). «Quando abbiamo misurato il probabile invecchiamento dei nostri prototipi su Marte, abbiamo scoperto che alle dosi di radiazioni più elevate potevano conservare le loro proprietà meccaniche per almeno 80 000 anni: una bella sorpresa!», osserva Anyszka.
Ulteriori applicazioni per ottenere maggiori benefici terrestri
I risultati ricavati da RED 4 MARS contribuiscono direttamente alla strategia spaziale dell’UE per l’Europa(si apre in una nuova finestra), e in particolare alle ambizioni di promuovere un settore spaziale europeo più innovativo e competitivo a livello globale. I risultati del progetto sono già apertamente disponibili(si apre in una nuova finestra) e ve ne sono alcuni in attesa di pubblicazione, mentre il team è attualmente alla ricerca di partner per esplorare opportunità commerciali. «L’elasticità a bassa temperatura della nostra gomma la rende perfetta per svariate applicazioni, come le missioni polari per la ricerca scientifica o l’esplorazione delle risorse. Inoltre, la sua elevata resistenza all’usura potrebbe consentire di sostituire alcune delle attuali applicazioni in gomma, riducendo lo spargimento di microplastiche», conclude Anyszka.
