Il motore a ioni batte tutti i
record, Marte è più vicino?
I ricercatori della NASA e
dell'Università del Michigan hanno pubblicato i dati dell'ultimo test sul
motore X3 a effetto Hall, che ha operato a oltre 100 kW di potenza.
L'esplorazione umana del Sistema Solare è un po' più vicina.
Il prototipo di motore a ioni che
è stato sviluppato nell'ottica delle future missioni NASA verso Marte durante i
test recenti ha battuto diversi record, tanto da far pensare ai membri del
progetto che questa tecnologia sia una delle papabili per il trasporto di
equipaggi umani sul Pianeta Rosso entro i prossimi 20 anni. Stiamo parlando in
particolare del motore a ioni X3 progettato dai ricercatori dell'Università del
Michigan in collaborazione con la NASA e la US Air Force, e si tratta a tutti
gli effetti di un propulsore a effetto Hall. Una tecnologia ad alto potenziale
che dopo i primi studi degli anni '50 e '60 era stata abbandonata, per poi
tornare alla ribalta grazie all'interessamento di molte aziende, fra cui appunto
la NASA.
“Un propulsore a effetto Hall è
un tipo di propulsore elettrico in cui il propellente viene accelerato da un
campo elettrico. I propulsori a effetto Hall intrappolano gli elettroni in un
campo magnetico e li usano per ionizzare il propellente, accelerandoli
efficientemente per generare spinta e neutralizzandoli poi nello scarico. Tali
propulsori vengono a volte definiti Propulsori Hall o Propulsori a Corrente
Hall. Il propulsore Hall è stato studiato indipendentemente negli Stati Uniti e
nell'Unione Sovietica negli anni cinquanta e sessanta. Tuttavia il concetto di
propulsore Hall fu sviluppato in uno strumento efficiente di propulsione
nell'ex-Unione Sovietica, mentre negli Stati Uniti gli scienziati si sono
concentrati invece sullo sviluppo di propulsori ionici con griglie
elettrostatiche”.
Ai test condotti in precedenza si aggiunge una
recente dimostrazione tenutasi presso il Glenn Research Center della NASA in
Ohio, ed è proprio in questa occasione che l'X3 ha polverizzato i record
precedenti relativi alla potenza massima, alla spinta e all'efficienza
energetica finora registrati con un propulsore a effetto Hall. Il capo progetto
Alec Gallimore ha spiegato ai nostri colleghi di Space.com che il suo gruppo di
lavoro ha "dimostrato che l'X3 può operare a oltre 100 kW di potenza.
Nella dimostrazione ha funzionato a potenze comprese fra 5 kW a 102 kW, con
corrente elettrica fino a 260 Ampère e ha generato una spinta pari a 5,4
tonnellate, ossia il più alto livello di spinta finora registrato con qualsiasi
motore al plasma". Il record precedente infatti era di 3,3 Newton.
Ricordiamo che l'interesse dei ricercatori verso questa tecnologia è dovuta al
fatto che utilizza 10 volte meno propellente rispetto ai razzi chimici di
dimensioni equivalenti, è sicuro ed è altamente efficiente per la propulsione
spaziale nelle missioni di lunga durata, perché si reputa che possa spingere le
astronavi a velocità molto più elevate rispetto ai razzi a propulsione chimica:
secondo i calcoli di Gallimore questi ultimi possono raggiungere una velocità
massima di circa 5 chilometri al secondo, mentre un propulsore Hall potrebbe
arrivare a 40 chilometri al secondo. Il risvolto della medaglia è che questi
propulsori necessitano di tempo per accelerare una navicella spaziale alle alte
velocità, quindi danno i loro benefici sui viaggi di lunga durata. In secondo
luogo, i propulsori ionici non sono abbastanza potenti per portare una
navicella fuori dall'atmosfera terrestre, quindi non possono essere utilizzati
per il lancio. Quanto all'impiego di questa tecnologia nei viaggi verso Marte e
in generale nell'esplorazione umana del Sistema Solare, Gallimore ha
puntualizzato che occorrerebbe una potenza "attorno ai 500.000 watt (500
kW), o addirittura di un milione di watt o più, ossia 20, 30 o anche 40 volte
la potenza dei sistemi di propulsione elettrica convenzionali". Per quanto
i risultati dell'ultimo test siano entusiasmanti è quindi chiaro che la strada
da percorrere sia ancora lunga. I ricercatori dell'Università del Michigan lavorano
su questa tecnologia dal 2009. Nel febbraio del 2016 hanno collaborato con il
produttore di razzi Aerogit Rocketdyne, che sta sviluppando il sistema di
propulsione elettrica XR-100, di cui l'X3 è parte. Scott Hall, studente
dell'Università del Michigan impiegato nel progetto X3 da cinque anni, ha
spiegato che il lavoro è stato piuttosto impegnativo a causa della dimensione
del motore, che "è pesante (227 chilogrammi e ha un diametro di quasi un
metro", che obbliga a usare delle gru per qualsiasi spostamento. Il
prossimo anno il gruppo di lavoro condurrà un test ancora più ambizioso, con
l'obiettivo di dimostrare che l'X3 può operare a pieno regime per 100 ore. A
tal proposito Gallimore e colleghi stanno progettando uno speciale sistema di
schermatura magnetica atto a prevenire danni e a certificare quindi la
stabilità del sistema anche per lunghi periodi. Secondo Gallimore l'X3 può
funzionare senza schermatura per diverse migliaia di ore, ma ovviamente per
poter funzionare per diversi anni a piena potenza è imperativo realizzare una
versione magneticamente schermata.
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DI MARCO LA ROSA
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