Al Langley Research Center della NASA le celle prototipo del progetto SPEARS, batterie allo stato solido pensate per le future missioni Artemis, hanno funzionato fino a -80°C e sono sopravvissute a -170°C senza danni. È un risultato di laboratorio, misurato su piccoli campioni, che punta a riscrivere il modo in cui si alimentano rover e strumenti sulla superficie lunare.
Dentro i test termici del Langley
SPEARS, acronimo di Solid Power for Extreme Environment Adaptability and Resilience in Space, è coordinato dal Glenn Research Center di Cleveland e finanziato dalla divisione Advanced Research and Technology. Il programma è partito nel 2026 e sostituisce l'elettrolita liquido delle convenzionali celle agli ioni di litio con un materiale solido ceramico o polimerico. L'obiettivo immediato è reggere i cicli termici della Luna, dove la notte polare può distruggere un accumulatore tradizionale per congelamento dell'elettrolita, mentre il vuoto spaziale fa evaporare il liquido residuo.
I prototipi hanno operato in modo nominale fra -60°C e +80°C, con prestazioni leggermente ridotte fino a -80°C. L'intervallo di sopravvivenza certificato, in cui la cella non si danneggia pur senza erogare energia, va da -170°C a +100°C. A guidare le prove in Virginia è Yi Lin, responsabile della ricerca SPEARS a Langley, che descrive il limite di -80°C come un risultato sperimentale acquisito su cui lavorare ancora. L'aggiornamento tecnico diffuso dal Langley Research Center parla di celle prototipo, non di un sistema di bordo pronto per Artemis.
La soglia del polo sud che la ricerca non ha ancora coperto
Il comunicato parla di «batterie per il ritorno sulla Luna», ma i numeri richiedono una lettura attenta. Al polo sud lunare, dove la NASA punta a far atterrare la prossima missione con equipaggio, le temperature notturne scendono fino a -200°C: trenta gradi oltre la soglia di sopravvivenza certificata delle celle SPEARS. Oggi il prototipo attraverserebbe la notte lunare al di fuori dell'intervallo in cui ha mostrato di uscire indenne dai test di laboratorio.
Per questo i ricercatori prevedono piccoli riscaldatori che riportino la batteria entro il suo range operativo prima dell'uso, non una cella capace di erogare energia direttamente dal fondo del cratere. Il salto rispetto alle tecnologie attuali resta comunque importante: oggi, per impedire il congelamento degli ioni di litio, i veicoli lunari devono riscaldare gli accumulatori in continuo, con una quota consistente del bilancio energetico destinata al mantenimento termico. Un elettrolita solido che sopravvive al freddo estremo permette di accendere il riscaldatore solo al momento dell'uso, con un sistema termico più leggero per rover e habitat.
La distinzione fra sopravvivere ed erogare energia resta centrale. SPEARS ha dimostrato tolleranza termica su celle di laboratorio, non su un sistema integrato in un rover. La prima discesa sulla superficie lunare dopo Apollo 17 è slittata ad Artemis IV, oggi collocata nel 2028: gli accumulatori che accompagneranno gli astronauti al polo sud non saranno quelli collaudati nel 2026, ma versioni evolute dopo due anni di ricerca sui materiali. Nel frattempo collaborazioni come quella fra NASA e IBM sull'IA lunare mostrano quanto il programma lunare dipenda da catene di ricerca parallele, dai materiali al software.
Dalle celle prototipo al banco di prova
Il passo successivo di SPEARS passa per Ames Research Center, che prepara schede di prova ed elettronica per portare le celle vicino alla sperimentazione in ambiente spaziale. Ji Su, scienziata dei materiali polimerici alla guida delle attività a Langley, cita fra i possibili sbocchi terrestri automobili elettriche, telefoni, dispositivi di comunicazione e droni. Il programma deriva da una precedente linea di ricerca sulle batterie per applicazioni aeronautiche: una continuità che forma competenze trasferibili dal volo alla superficie lunare.
Il valore educativo per chi studia chimica dei materiali e ingegneria aerospaziale è concreto. La ricerca sugli elettroliti solidi, ceramici o polimerici, occupa tesi e dottorati da oltre un decennio: vedere queste batterie allo stato solido migrare da pubblicazione accademica a prototipo che resiste al ciclo termico lunare segna il passaggio dalla scoperta al collaudo. In parallelo, iniziative pensate per avvicinare le nuove generazioni alla scienza, come il contest Soil Date giudicato da giovani ricercatori o il progetto Space Puffin degli studenti di Strathclyde, mostrano come la filiera formativa si stia muovendo intorno alle stesse domande di ricerca.
Ames prepara i banchi che porteranno le celle in orbita. Da lì partirà la vera scommessa industriale di SPEARS, con il calendario di Artemis IV come scadenza di fatto.
Domande frequenti
Cosa sono le batterie allo stato solido testate dalla NASA e perché sono importanti per le missioni lunari?
Le batterie allo stato solido del progetto SPEARS utilizzano un elettrolita solido, ceramico o polimerico, invece di quello liquido tradizionale. Sono importanti perché resistono meglio alle temperature estreme della Luna, cruciali per alimentare rover e strumenti nelle future missioni Artemis.
Quali sono i limiti attuali delle batterie SPEARS rispetto alle condizioni del polo sud lunare?
Le celle SPEARS hanno dimostrato di funzionare fino a -80°C e sopravvivere senza danni fino a -170°C, ma al polo sud lunare le temperature possono scendere a -200°C. Per ora, ciò significa che saranno necessari piccoli riscaldatori per riportare le batterie entro il loro range operativo prima dell'uso.
In che modo le batterie allo stato solido SPEARS migliorano rispetto alle tecnologie attuali?
A differenza delle batterie agli ioni di litio tradizionali, che devono essere costantemente riscaldate per evitare danni, le batterie SPEARS possono sopravvivere a temperature molto più basse senza deteriorarsi. Questo permette di ridurre il consumo energetico per il mantenimento termico e alleggerire i sistemi dei rover e degli habitat lunari.
A che punto è la ricerca sulle batterie SPEARS e quando saranno pronte per le missioni Artemis?
Attualmente, la ricerca è ancora a livello di prototipi di laboratorio e non esistono ancora sistemi integrati pronti per il volo. Le versioni che voleranno con Artemis IV nel 2028 saranno evoluzioni delle celle testate nel 2026, dopo ulteriori anni di sviluppo e collaudi.
Quali potrebbero essere le applicazioni terrestri delle batterie allo stato solido sviluppate dalla NASA?
Oltre all'uso spaziale, queste batterie potrebbero trovare applicazione in automobili elettriche, telefoni, dispositivi di comunicazione e droni, grazie alla loro maggiore tolleranza termica e sicurezza. La ricerca deriva infatti anche da progetti per applicazioni aeronautiche, mostrando una trasferibilità delle competenze tra settori.
Qual è il valore educativo di questa ricerca per gli studenti e i futuri ingegneri?
La ricerca sulle batterie allo stato solido offre spunti concreti per tesi e dottorati in chimica dei materiali e ingegneria aerospaziale. Inoltre, iniziative educative e progetti studenteschi collegati favoriscono l'avvicinamento delle nuove generazioni alla scienza e alla tecnologia spaziale.
