PROPULSIONE A "IONI" E FUTURI VIAGGI SPAZIALI

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.

da: https://www.tomshw.it/motore-ioni-batte-tutti-record-marte-piu-vicino-88963

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