Sistemi di Propulsione Spaziale

Da **Alaudae** Ven 4 Nov - 21:39:17

Anche se i sistemi di propulsione atmosferica e spaziale sono rimasti pressoché invariati nelle loro fondamenta nel corso degli ultimi 80 anni, non significa affatto che nessuno si sia mai adoperato per studiare nuovi motori, in grado di sfidare i limiti fisici contro cui siamo costretti a lottare non appena ci solleviamo dal suolo.

Ecco un elenco di alcuni dei sistemi di propulsione spaziale più all'avanguardia. Alcuni sono già stati sperimentati in passato, altri sono ancora sulla carta, e passerà probabilmente molto tempo prima che possano essere realizzati.

Motore ionico
Può sembrare fantascienza, ma è in studio dagli anni '60. Il primo utilizzo pratico fu a bordo una sonda nel 1979. Il secondo esperimento venne condotto nel 1997, su un satellite che utilizzava "sul campo" questo tipo di propulsione per mantenere l'orbita e l'orientamento.

Propellente: non è un sistema di propulsione basato sul legame chimico di due o più elementi (ossigeno+idrogeno, ecc...), con la conseguente riduzione del propellente necessario. Il propellente è gas: per il Deep Space 1 è stato usato lo xenon, che rappresentava circa 81.5 Kg del peso finale della sonda, decisamente poco se paragonato alle tonnellate di propellente tradizionale necessarie a far sollevare una lavatrice dalla superficie terrestre.

Velocità: da 5 a 20 Km/s, con una debole spinta di accelerazione ma una notevole velocità finale. La potenza operativa del Deep Space 1 è di circa 2.3 KW. La Deep Space 1 ha raggiunto la velocità di circa 5 Km/s di media, ma un Hall Thruster può produrre una velocità finale di 15-30 Km/s, mentre VASIMR potrebbe, almeno in teoria, condurci su Marte in soli 40 giorni.

Propulsione ionica a microonde
Hayabusa (in missione per mappare il satellito Itokawa) è stata la prima sonda a testare un propulsore ionico a microonde, studiato per fornire una spinta costante della durata di 7-10 anni, e una velocità degli ioni emessi che può raggiungere (in laboratorio) i 100 km/s.

Propellente: gas, come per la tradizionale propulsione ionica. Xenon nel caso di Hayabusa.

Velocità: fino a 60 - 80 Km/s. La sonda Hayabusa, prima fra tutte a montare questo tipo di propulsore (che, tra l'altro, era il motore principale della sonda), ha raggiunto i 32Km/s, sviluppando una potenza di 12 KW
Differenze da Deep Space 1: la spinta di accelerazione sarà notevolmente maggiore, da 10 a X volte. L'efficenza nel consumo di propellente sarà migliorata di 2-3 volte, e la durata di 5-8 volte. Immaginate cosa si potrà fare con il motore da 25KW che stanno sperimentando.

VASIMR
Il Variable Specific Impulse Magnetoplasma Rocket (VASIMR) è un propulsore elettromagnetico che utilizza onde radio per ionizzare e scaldare del propellente.
Contrariamente alla maggior parte dei propulsori ionici, VASIMR è capace di funzionare ad alto e basso impulso specifico, cambiando regime in base alle necessità.

Propellente: Argon

Velocità: fino a 50-100 km/s

Motore a massa
Ricordate le railgun? I "motori a massa" sono essenzialmente delle railgun che consentono di spingere un carico senza la necessità di propulsori tradizionali.
Questo sistema di propulsione potrebbe essere costruito in due versioni (se solo fosse un pochino più pratico ed economico):
- A Terra: un'enorme railgun lunga chilometri e chilometri, in grado di far accelerare il carico fino alla velocità di fuga del nostro pianeta. Poco indicato per qualunque organismo vivente, viste le forze G coinvolte.
- Nello spazio: una navetta spaziale potrebbe montare un motore a massa come propulsore principale. Nella sala più piccola, un motore a massa è sostanzialmente un motore ionico che spinge particelle elettricamente cariche nella direzione opposta del moto; ma si otterrebbe spinta anche utilizzando delle biglie metalliche.

Propellente: vedere railgun.

Velocità: oltre 9 km/s

SCRAMJET
Lo scramjet è la nuova frontiera dei motori atmosferici ipersonici. Si tratta dell'evoluzione del ramjet, che invece di innescare la combustione a velocità subsoniche dell'aria in ingresso, è in grado di operare a velocità supersoniche.
Il motore scramjet richiede almeno una velocità di Mach 5-7 per poter essere azionato.

Propellente: idrogeno

Velocità: teoricamente, da Mach 12 a Mach 25. Il test del NASA X-43A ha raggiunto una velocità di Mach 9,8.

Nucleonico-quantistico
Nuovo aereo con reattore "nucleonico quantistico", in gradi di volare per mesi, in sperimentazione negli USA.
Il reattore nucleonico quantistico ottiene energia utilizzando raggi X per alterare lo stato atomico dell'afnio-178. E' stato appositamente studiato per essere montato a bordo dei droni senza pilota, e genererebbe una potente spinta tramite un getto di aria riscaldata.

Propellente: afnio-178

Velocità: difficile a dirsi. La ricerca pubblicata su New Scientist del 2003 non fornisce alcun dettaglio su un eventuale prototipo di questo motore a bordo di una specifica classe di droni. Il vero vantaggio di questo sistema di propulsione non è la velocità, ma la durata: un drone può rimanere in volo per settimane o mesi, senza necessità di rifornimenti.

Antimatter catalyzed nuclear pulse propulsion
Variazione del motore atomico ad impulsi, sfrutta l'iniezione di antimateria all'interno di materiale fissile, per catalizzare la reazione a catena. Se con i tradizionali ordigni nucleari non si può scendere sotto gli 0,01 kilotoni di potenza, sfruttando l'antimateria si può ottenere una massa critica a partire da pochi grammi di uranio o plutonio.

Il vantaggio di questo motore rispetto a quello del progetto Orion è che si può in qualche modo controllare l'energia sviluppata, oltre che ridurre la potenza di delle esplosioni nucleari. Il problema è che non è ancora tecnicamente facile maneggiare l'antimateria, e immagazzinarne una quantità sufficiente ad un viaggio interstellare richiederebbe strumentazioni non installabili su una navetta spaziale.

L'idea di una propulsione uranio-antimateria è per ora soltanto un concetto teorico, ma la sperimentazione sulla catalizzazione della fissione nucleare è già iniziata da tempo.

Propellente: materiale fissile e antimateria

Velocità: fino al 4,5% della velocità della luce, l'equivalente a 13.411 km al secondo. Da qui alla Luna in 28 secondi, dalla Terra a Marte in un'ora e mezza.

Lifter elettrico
Un "lifter" è sostanzialmente un ascensore alimentato da elettricità ad alto voltaggio. Non ci sono motori, nessuna parte in movimento, ma si solleva da terra con la sola applicazione di corrente elettrica.

Di lifter ne sono stati prodotti molti, ma principalmente solo a scopo didattico-hobbistico, dato che uno dei lifter più pesanti mai realizzati era una struttura triangolare di 250 grammi. E' evidente che questa limitazione impedisce alla tecnologia dei lifter, almeno per ora, di essere impiegata in qualunque tipo di applicazione pratica.

Propellente: nessun propellente tradizionale. Non sono in grado di spiegarvi correttamente il funzionamento di un lifter, per cui vi rimando al sito della community (che comprende anche alcuni ragazzi italiani): The Lifter Experiment

Velocità: ridicola.
link