(la sonda europea Smart-1, fonte ESA)La corsa allo spazio iniziata negli anni 50 ha prodotto un'evoluzione tecnologica senza pari in moltissimi settori che hanno contribuito profondamente al nostro attuale modo di vivere oggi. Sono assolutamente certo che se non fosse stato per l'esigenza di miniaturizzazione indotta dai programmi spaziali non avremo "oggi" i nostri bei telefoni cellulari così piccoli e potenti.
Una cosa che però è cambiata veramente poco sin dai suoi inizi è la tecnologica con cui i razzi funzionano. Nel tempo sono stati utilizzati differenti tipi di propellente, ed i motori a razzo sono adesso estremamente più efficienti di come erano all'inizio, ma i concetti di base sono essenzialmente gli stessi (un po' come i motori a scoppio delle nostre automobili).
Ma per espandere la nostra conoscenza e, sopratutto, la nostra presenza nello spazio, servono nuove forme di propulsione. I veicoli spaziali odierni viaggiano pressoché alla stessa velocità a cui andava la capsula Mercury che portò John Glenn in orbita ne 1962. Per andare sulla Luna può ancora andare bene, ma un viaggio su Marte, con i suoi 55 milioni di chilometri di distanza, pone nuove sfide. Con l'attuale tecnologia per razzi sarebbero necessari circa sei mesi di viaggio. E questo significa trovare una soluzione per proteggere la salute degli astronauti dai raggi cosmici e dalla decalcificazione delle ossa dovuta all'eventuale prolungata mancanza di gravità.
Esplorare nuove tecnologie per la propulsione spaziale è quindi un'area molto importante, e non è certo cosa nuova.
E' di pochi giorni fa la notizia che la NASA avrebbe intenzione di firmare un accordo per sperimentare un nuovo sistema di propulsione sulla Stazione Spaziale Internazionale. All' AirVenture show in Oshkosh tenutosi lo scorso 29 luglio, l'amministratore della Nasa Michael Griffin si è infatti dichiarato in tal senso riferendosi al progetto VASIMR (Variable Specific Impulse Magnetoplasma Rocket).
Questo nuovo tipo di propulsore permetterebbe di viaggiare nello spazio ad una velocità superiore rispetto agli attuali razzi chimici, offrendo inoltre ulteriori vantaggi estremamente interessanti. Gli scienziati ritengono che si possa raggiungere Marte in un tempo molto minore rispetto ai sei mesi attuali, ed una volta arrivati si pensa di poter fare rifornimento direttamente su Marte per il viaggio di ritorno sulla Terra.
Il motore VASIMR potrebbe addirittura aiutare a proteggere gli astronauti dagli effetti dannosi delle radiazioni durante il loro viaggio. In un futuro prossimo (che potrebbe essere non molto distante) VASIMR potrebbe addirittura mantenere la Stazione Spaziale Internazionale in orbita stabile senza la necessità di rifornirla di propellente per le periodiche manovre di correzione d'orbita.
Il motore VASIMR funziona a grandi linee così: una sorgente di elettricità viene utilizzata per ionizzare un gas che funge da propellente creando così il plasma. Quest'ultimo viene poi riscaldato ed accelerato da un campo elettrico, ed un campo magnetico lo dirige nella opportuna direzione mentre viene espulso dal motore, creando così una spinta per il veicolo spaziale. Il motore è in grado di variare la quantità di spinta generata consentendo di aumentare o diminuire la sua accelerazione. Ha addirittura una modalità di funzionamento "afterburner", che sacrifica l'efficienza del propellente per ottenere velocità addizionale. Possibili "carburanti" per il motore VASIMR possono essere idrogeno, elio e deuterio.
Da vari test effettuati a Terra VASIMR risulta essere molte volte più efficiente dei convenzionali razzi chimici, necessitando nel contempo di molto meno carburante.
L'utilizzo dell'idrogeno come propellente presenta poi molti benefici addizionali. Il primo e più immediato è che l'idrogeno si trova praticamente dappertutto nel cosmo, quindi un veicolo dotato di motore VASIMR potrebbe essere lanciato con solamente il carburante necessario per arrivare a destinazione , quindi molto più leggero alla partenza, e di conseguenza meno dispendioso.
Inoltre, una volta arrivato, potrebbe estrarre l'idrogeno necessario per rifornirsi per il viaggio di ritorno.
Un altro beneficio nell'utilizzo dell'idrogeno è che questo è un potente scudo antiradiazioni, e quindi l'idrogeno stesso potrebbe essere utilizzato per proteggere l'equipaggio.
La sorgente di energia elettrica per il motore VASIMR potrebbe essere sia un reattore nucleare che dei pannelli solari; il primo è da preferirsi per lunghi viaggi, ad esempio raggiungere Marte.
Mentre l'energia solare potrebbe non essere la migliore scelta per viaggiare fuori dal nostro sistema solare, applicazioni legate ad orbite vicine alla nostra Terra potrebbero invece beneficiarne. Ecco quindi che prossimamente un prototipo in scala di motore VASIMR potrebbe essere testato sulla Stazione Spaziale Internazionale, inizialmente montato nella sua struttura portante "truss". Il prototipo utilizzerebbe l'energia elettrica generata dai grandi pannelli solari della ISS e l'idrogeno che viene attualmente generato nella Stazione come prodotto di scarto. Se il test avrà successo sarà possibile mantenere la Iss in orbita stabile senza effettuare "reboosting".
Il motore VASIMR è stato originariamente concepito dall'ex astronauta Franklin Chang-Díaz, direttore generale della società Ad Astra Rocket corporation (Texas), con cui la Nasa aveva firmato un accordo di collaborazione nel 2006.
Ad ogni modo la propulsione a ioni non è certo una novità. L'Agenzia Spaziale Europea ha il primato di aver lanciato la prima missione basata su di un motore a propulsione solare-elettrica (EPS, electric propulsion system): la sonda Smart-1.
Questo propulsore si basa sull'effetto Hall: opera con un gas nobile tipo lo Xeno, che è molto maneggevole e non richiede molte facility a Terra.
Lo Xeno viene ionizzato ed accelerato fino a 60.000 Km/h da un campo elettrico, che quindi produce una spinta. La ionizzazione avviene quanto una corrente di elettroni è generata da un catodo esterno; questa corrente è limitata da un campo magnetico radiale. L'effetto Hall significa che gli ioni e gli elettroni scattano in direzioni opposte nel campo magnetico, creando un campo elettrico, il quale espelle gli ioni di Xeno come una propulsione a getto (Jet). Gli elettroni dal catodo esterno neutralizzano il flusso per prevenire che il veicolo spaziale diventi carico elettricamente.
La missione di Smart-1 è stata un grandissimo successo: lanciata il 27 settembre 2003 da un Vettore Ariane 5 fu inizialmente posizionata in un'orbita geostazionaria intorno alla Terra.
Utilizzando poi l'energia elettrica prodotta dai propri pannelli solari ed il gas xeno come propellente, Smart-1 ha progressivamente innalzato la propria orbita in una spirale divergente, fino ad essere catturata dal campo gravitazionale della Luna il 15 Novembre 2004, circa quattordici mesi dopo il lancio. La spinta del motore elettrico è stata piccola ma costante, pari a 70 milliNewton.
Oltre all'obiettivo fondamentale di sperimentare la nuova propulsione a ioni, Smart-1 aveva il compito di testare altre tecnologie spaziali mentre effettuava osservazioni sulla Luna.
La missione terminò il 3 settembre 2006 quando la sonda è stata fatta precipitare sulla superficie lunare, nella regione Lacus Excellentiae.
Molto interesse quindi intorno alla propulsione a ioni. In un prossimo post andremo più a fondo su questa tecnologia, confrontandola con la propulsione chimica, quella attualmente utilizzata.
Faccio solamente un ultimo accenno alla ricerca su nuove forme di propulsione in Italia: il professore Carlo Rubbia presentò alla comunità scientifica nel 1998 un progetto di propulsore nucleare che sfrutterebbe un elemento chiamato Americio 242, il quale consentirebbe di ottenere velocità nell'ordine di circa 50 Km/sec, rendendo così possibile raggiungere Marte in meno di due mesi. Da quello che ho trovato, però, il progetto sembrerebbe essere fermo da anni per mancanza di fondi.
Una cosa che però è cambiata veramente poco sin dai suoi inizi è la tecnologica con cui i razzi funzionano. Nel tempo sono stati utilizzati differenti tipi di propellente, ed i motori a razzo sono adesso estremamente più efficienti di come erano all'inizio, ma i concetti di base sono essenzialmente gli stessi (un po' come i motori a scoppio delle nostre automobili).
Ma per espandere la nostra conoscenza e, sopratutto, la nostra presenza nello spazio, servono nuove forme di propulsione. I veicoli spaziali odierni viaggiano pressoché alla stessa velocità a cui andava la capsula Mercury che portò John Glenn in orbita ne 1962. Per andare sulla Luna può ancora andare bene, ma un viaggio su Marte, con i suoi 55 milioni di chilometri di distanza, pone nuove sfide. Con l'attuale tecnologia per razzi sarebbero necessari circa sei mesi di viaggio. E questo significa trovare una soluzione per proteggere la salute degli astronauti dai raggi cosmici e dalla decalcificazione delle ossa dovuta all'eventuale prolungata mancanza di gravità.
Esplorare nuove tecnologie per la propulsione spaziale è quindi un'area molto importante, e non è certo cosa nuova.
E' di pochi giorni fa la notizia che la NASA avrebbe intenzione di firmare un accordo per sperimentare un nuovo sistema di propulsione sulla Stazione Spaziale Internazionale. All' AirVenture show in Oshkosh tenutosi lo scorso 29 luglio, l'amministratore della Nasa Michael Griffin si è infatti dichiarato in tal senso riferendosi al progetto VASIMR (Variable Specific Impulse Magnetoplasma Rocket).
Questo nuovo tipo di propulsore permetterebbe di viaggiare nello spazio ad una velocità superiore rispetto agli attuali razzi chimici, offrendo inoltre ulteriori vantaggi estremamente interessanti. Gli scienziati ritengono che si possa raggiungere Marte in un tempo molto minore rispetto ai sei mesi attuali, ed una volta arrivati si pensa di poter fare rifornimento direttamente su Marte per il viaggio di ritorno sulla Terra.
Il motore VASIMR potrebbe addirittura aiutare a proteggere gli astronauti dagli effetti dannosi delle radiazioni durante il loro viaggio. In un futuro prossimo (che potrebbe essere non molto distante) VASIMR potrebbe addirittura mantenere la Stazione Spaziale Internazionale in orbita stabile senza la necessità di rifornirla di propellente per le periodiche manovre di correzione d'orbita.
Il motore VASIMR funziona a grandi linee così: una sorgente di elettricità viene utilizzata per ionizzare un gas che funge da propellente creando così il plasma. Quest'ultimo viene poi riscaldato ed accelerato da un campo elettrico, ed un campo magnetico lo dirige nella opportuna direzione mentre viene espulso dal motore, creando così una spinta per il veicolo spaziale. Il motore è in grado di variare la quantità di spinta generata consentendo di aumentare o diminuire la sua accelerazione. Ha addirittura una modalità di funzionamento "afterburner", che sacrifica l'efficienza del propellente per ottenere velocità addizionale. Possibili "carburanti" per il motore VASIMR possono essere idrogeno, elio e deuterio.
Da vari test effettuati a Terra VASIMR risulta essere molte volte più efficiente dei convenzionali razzi chimici, necessitando nel contempo di molto meno carburante.
L'utilizzo dell'idrogeno come propellente presenta poi molti benefici addizionali. Il primo e più immediato è che l'idrogeno si trova praticamente dappertutto nel cosmo, quindi un veicolo dotato di motore VASIMR potrebbe essere lanciato con solamente il carburante necessario per arrivare a destinazione , quindi molto più leggero alla partenza, e di conseguenza meno dispendioso.
Inoltre, una volta arrivato, potrebbe estrarre l'idrogeno necessario per rifornirsi per il viaggio di ritorno.
Un altro beneficio nell'utilizzo dell'idrogeno è che questo è un potente scudo antiradiazioni, e quindi l'idrogeno stesso potrebbe essere utilizzato per proteggere l'equipaggio.
La sorgente di energia elettrica per il motore VASIMR potrebbe essere sia un reattore nucleare che dei pannelli solari; il primo è da preferirsi per lunghi viaggi, ad esempio raggiungere Marte.
Mentre l'energia solare potrebbe non essere la migliore scelta per viaggiare fuori dal nostro sistema solare, applicazioni legate ad orbite vicine alla nostra Terra potrebbero invece beneficiarne. Ecco quindi che prossimamente un prototipo in scala di motore VASIMR potrebbe essere testato sulla Stazione Spaziale Internazionale, inizialmente montato nella sua struttura portante "truss". Il prototipo utilizzerebbe l'energia elettrica generata dai grandi pannelli solari della ISS e l'idrogeno che viene attualmente generato nella Stazione come prodotto di scarto. Se il test avrà successo sarà possibile mantenere la Iss in orbita stabile senza effettuare "reboosting".
Il motore VASIMR è stato originariamente concepito dall'ex astronauta Franklin Chang-Díaz, direttore generale della società Ad Astra Rocket corporation (Texas), con cui la Nasa aveva firmato un accordo di collaborazione nel 2006.
Ad ogni modo la propulsione a ioni non è certo una novità. L'Agenzia Spaziale Europea ha il primato di aver lanciato la prima missione basata su di un motore a propulsione solare-elettrica (EPS, electric propulsion system): la sonda Smart-1.
Questo propulsore si basa sull'effetto Hall: opera con un gas nobile tipo lo Xeno, che è molto maneggevole e non richiede molte facility a Terra.
Lo Xeno viene ionizzato ed accelerato fino a 60.000 Km/h da un campo elettrico, che quindi produce una spinta. La ionizzazione avviene quanto una corrente di elettroni è generata da un catodo esterno; questa corrente è limitata da un campo magnetico radiale. L'effetto Hall significa che gli ioni e gli elettroni scattano in direzioni opposte nel campo magnetico, creando un campo elettrico, il quale espelle gli ioni di Xeno come una propulsione a getto (Jet). Gli elettroni dal catodo esterno neutralizzano il flusso per prevenire che il veicolo spaziale diventi carico elettricamente.
La missione di Smart-1 è stata un grandissimo successo: lanciata il 27 settembre 2003 da un Vettore Ariane 5 fu inizialmente posizionata in un'orbita geostazionaria intorno alla Terra.
Utilizzando poi l'energia elettrica prodotta dai propri pannelli solari ed il gas xeno come propellente, Smart-1 ha progressivamente innalzato la propria orbita in una spirale divergente, fino ad essere catturata dal campo gravitazionale della Luna il 15 Novembre 2004, circa quattordici mesi dopo il lancio. La spinta del motore elettrico è stata piccola ma costante, pari a 70 milliNewton.
Oltre all'obiettivo fondamentale di sperimentare la nuova propulsione a ioni, Smart-1 aveva il compito di testare altre tecnologie spaziali mentre effettuava osservazioni sulla Luna.
La missione terminò il 3 settembre 2006 quando la sonda è stata fatta precipitare sulla superficie lunare, nella regione Lacus Excellentiae.
Molto interesse quindi intorno alla propulsione a ioni. In un prossimo post andremo più a fondo su questa tecnologia, confrontandola con la propulsione chimica, quella attualmente utilizzata.
Faccio solamente un ultimo accenno alla ricerca su nuove forme di propulsione in Italia: il professore Carlo Rubbia presentò alla comunità scientifica nel 1998 un progetto di propulsore nucleare che sfrutterebbe un elemento chiamato Americio 242, il quale consentirebbe di ottenere velocità nell'ordine di circa 50 Km/sec, rendendo così possibile raggiungere Marte in meno di due mesi. Da quello che ho trovato, però, il progetto sembrerebbe essere fermo da anni per mancanza di fondi.
eppur si muove...voglio dire che le idee e le tecnologie per andare su marte e oltre non mancano.Manca però qualcos'altro.
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