Inviare un oggetto a un’altra stella è ancora materia da fantascienza. Tuttavia, alcune missioni concrete potrebbero portarci almeno a un certo punto. Queste “missioni precursori interstellari” includono un viaggio verso il punto del Lente Gravitazionale Solare, situato a 550 AU dal Sole – più lontano di qualsiasi oggetto artificiale mai esistito, incluso Voyager. Per arrivarci, avremo bisogno di molte nuove tecnologie, e un recente documento presentato al 75° Congresso Internazionale di Astronautica a Milano questo mese esamina una di queste potenziali tecnologie: i sistemi di propulsione elettrica, noti anche come motori a ioni.
Il documento mirava a valutare quando qualsiasi tecnologia di propulsione a ioni già esistente potrebbe trasportare un carico utile di grandi dimensioni su una delle diverse traiettorie, tra cui un viaggio attorno a Giove, uno che visita Plutone, e persino uno che raggiunge quel mitico Lente Gravitazionale Solare. Per fare ciò, sono state specificate le caratteristiche di un “motore a ioni ideale” che consentisse valori ottimali per alcune delle caratteristiche fisiche del sistema.
Al primo posto tra queste caratteristiche vi è la centrale energetica. I motori a ioni necessitano di una fonte di energia e di una fonte efficace se devono durare più di un decennio sotto spinta. Il documento definiva un piano energetico ideale in grado di fornire 1 kW per kg di peso. Questo è attualmente ben al di fuori della possibilità, con le migliori fonti di energia per motori a ioni che arrivano a circa 10 W per kg e persino i sistemi di propulsione elettrica nucleare che forniscono 100 W per kg. Alcune tecnologie potenzialmente migliori sono all’orizzonte, ma nulla testato in letteratura soddisfa ancora questo requisito.
L’efficienza della spinta è un’altra considerazione per questa missione idealizzata. Gli autori, che scrivono sotto il banner dell’Iniziativa per gli Studi Interstellari, un gruppo no-profit con sede nel Regno Unito, suggeriscono che un’efficienza di spinta idealizzata è del 97%. Questo migliorerebbe anche significativamente le tecnologie esistenti, che si avvicinano in media al 75-80% di efficienza per modelli operativi. Ulteriori miglioramenti potrebbero aumentare questo numero, come i campi di contenimento magnetico attorno alle pareti del propulsore. Tuttavia, man mano che ci si avvicina a quel 97%, trovare miglioramenti dell’efficienza diventa sempre più difficile.
L’ultima caratteristica considerata dagli autori è stata l’impulso specifico. Questo ha la più ampia variabilità teorica rispetto al potenziale di tutti e tre i sistemi. Il loro valore idealizzato di 34.000-76.000 secondi di impulso specifico è ben entro i limiti dei valori potenziali per tecnologie più speculative. Il documento menziona che valori di impulso specifico doppi rispetto al limite superiore suggerito potrebbero essere possibili con la giusta selezione di propulsore e propellente. Segnalano anche che lo sviluppo di queste tecnologie è bloccato non perché non siamo in grado di realizzare motori con un impulso specifico migliore, ma perché non possiamo produrre ancora centrali energetiche che li supportino. Quindi, risolvere il problema della centrale elettrica consentirà ulteriori sviluppi in questo campo.
Supponiamo che tutte e tre le caratteristiche siano combinate in un sistema di propulsione funzionale completo. In tal caso, gli autori calcolano che potrebbe consegnare un carico utile di quasi 18.000 kg al Lente Gravitazionale Solare in soli 13 anni – molto più velocemente di qualsiasi missione precedente. Ma quella ottimizzazione è ancora lontana, e mentre ci sono missioni programmate per essere implementate verso il SGL un giorno, ci vorrà ancora molto tempo prima che vengano lanciate e anche di più prima di arrivarci. Nel frattempo, gli ingegneri hanno alcuni problemi aggiuntivi da risolvere se vogliono ottimizzare il potenziale dei motori a ioni.
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Immagine principale:
Propulsore a Ioni
Credito – NASA