La maschera mai sognata: motori che conquisteranno la galassia

Nuova era - vecchi motori

Anche se scartiamo gli ideali romantico-utopici degli anni '60, suggerendo la conquista della Via Lattea da parte dell'uomo, possiamo ancora vedere il "cedimento" del ritmo del progresso moderno sullo sfondo dell'industria missilistica e spaziale del secolo scorso. La ragione principale è semplice: sia l'Unione Sovietica che gli Stati Uniti volevano dimostrare l'un l'altro, oltre che a se stessi, che sono migliori di quello che sono. Questa corsa è stata pagata in centinaia di miliardi di dollari (al tasso attuale). L'umanità si è distinta per il suo tempo della tecnologia, che ancora oggi, a più di mezzo secolo dal loro sviluppo, ci permettono di sentirci fiduciosi nell'ambito dei compiti pratici che dobbiamo affrontare. Un esempio: i missili russi Soyuz utilizzano il motore a razzo principale RD-107, sviluppato negli anni '50 (il razzo stesso, per essere sinceri, è anche una versione del balistico R-7, creato allo stesso tempo).



Gli americani stanno lavorando attivamente su motori a metano che hanno una serie di caratteristiche prestazionali, ma hanno le stesse limitazioni dei vecchi progetti che utilizzano uno schema di carburante cherosene / ossigeno liquido. In parole povere, i motori a razzo chimici hanno raggiunto l'apice dell'evoluzione in molti modi, ma concettualmente hanno raggiunto un vicolo cieco. Per ottenere una maggiore accelerazione è necessario o aumentare la portata della corrente a getto, che è limitata dall'energia della reazione di ossidazione, oppure aumentare la massa del combustibile bruciato che, ancora una volta, porterà ad un aumento della massa dell'intero complesso. Questo tipo di contraddizione è pieno. Fortunatamente, questo difficilmente ostacola il lancio in orbita di satelliti per comunicazioni commerciali. Ma la colonizzazione di pianeti lontani è un'altra questione.


Motore a razzo nucleare

Elon Musk, promuovendo il nuovo motore a metano Raptor, propone di creare in futuro molte stazioni di rifornimento spaziale per le navi BFR. Tuttavia, gli scienziati hanno precedentemente presentato altre opzioni interessanti. Tra le idee più realistiche c'è un motore a razzo nucleare. I pro sono evidenti. Un tale motore può fornire le caratteristiche richieste per i voli a lunga distanza e il carburante necessario per esso non sarà misurato in decine e centinaia di tonnellate, come ora, ma in decine e centinaia di chilogrammi.


L'energia che verrà rilasciata durante il decadimento radioattivo dei nuclei pesanti riscalderà il fluido di lavoro - quindi entra in gioco il familiare schema della propulsione a getto. In generale, tra tutti i promettenti motori a razzo che non utilizzano la "chimica", i motori nucleari / termonucleari sono l'opzione più ponderata e realistica. Secondo gli scienziati, consentiranno di arrivare a Plutone in due mesi e tornare indietro in quattro: dovranno essere spese 75 tonnellate di carburante. Raggiungere Alpha Centauri potrebbe, in teoria, richiedere dodici anni. Il principale svantaggio di un motore nucleare è l'elevato rischio di radiazioni. Devo dire che la moderna attenzione per l'ambiente chiaramente non aggiunge le possibilità della loro comparsa precoce.

Motore a ioni

Un motore ionico è un tipo di motore a razzo elettrico, il cui principio si basa sulla creazione della spinta del getto basata su gas ionizzato accelerato ad alte velocità in un campo elettrico. Definire il motore a ioni "promettente" non sarebbe corretto. Detiene già il record per l'accelerazione non gravitazionale di un veicolo spaziale nello spazio. Un tempo, la stazione sperimentale Deep Space 1 ha aumentato la sua velocità (la massa del dispositivo era di 370 kg) di 4,3 km / s, avendo speso 74 kg di xeno. Questo record è stato battuto da Dawn nel 2010, mentre nell'autunno del 2016 è riuscita a guadagnare una velocità di 11,1 km / s. Ora, a proposito, lo ionico Artemis è la compagnia per l'apparato Dawn, e poi LISA si unirà a loro.


Il concetto ha sicuramente un futuro. Anche gli svantaggi dei motori a razzo ionico sono ben noti. La principale è la spinta estremamente debole, che raggiunge al massimo i 100 millinewton. Al livello attuale di sviluppo tecnologico, è impossibile lanciare dalla Terra utilizzando un tale motore. D'altra parte, si stima che nello spazio, a condizione che l'azionamento ionico funzioni a lungo, il veicolo spaziale possa essere accelerato a velocità molto decenti. Come minimo, un tale dispositivo può essere utilizzato per correggere la rotta.

Antimateria

Un motore promettente che utilizza l'antimateria sembra essere molto più rivoluzionario. Come sapete, quando le antiparticelle e le particelle di materia ordinaria si incontrano, l'annientamento avviene con il rilascio di un'energia colossale. Un chilogrammo di antimateria e un chilogrammo di materia possono rilasciare 43 megatoni di energia in equivalente TNT, che è paragonabile all'esplosione dello zar termonucleare sovietico Bomba. Dicono che un volo su Marte con un tale motore richiederebbe circa un mese. E lì e alle stelle più vicine, forse sarebbe arrivato.


C'è, ahimè, un "ma". L'antimateria è la sostanza più costosa del pianeta: secondo le stime della NASA per il 2006, la produzione di un milligrammo di positroni (l'antiparticella di un elettrone) costa circa 25 milioni di dollari. Tenendo conto dell'attuale tendenza a ridurre il costo dei lanci di razzi, il concetto sembra utopistico. Fortunatamente, la scienza non si ferma. Forse, in futuro, ci saranno possibilità di mettere in pratica un simile motore.

Emdrive

L'ospite più strano e bizzarro della nostra lista è l'ormai ampiamente conosciuto EmDrive. Se qualcuno se ne è dimenticato, ricordiamolo: si tratta di una configurazione sperimentale che ha bloccato molti scienziati nel mondo. Secondo il punto di vista dei creatori, il motore crea spinta, anche se non dovrebbe, secondo le leggi della fisica. Il dispositivo è costituito da un magnetron e un risonatore. Il magnetron genera microonde, l'energia delle loro oscillazioni viene accumulata in un risonatore di alta qualità e, secondo gli autori, un'onda stazionaria di oscillazioni elettromagnetiche in un risonatore chiuso funge da fonte di spinta. Il problema è che l'assenza di un fluido di lavoro consumabile in questo motore, a quanto pare, va contro la legge di conservazione della quantità di moto.

In generale, l'effetto ottenuto è insignificante e molti scienziati lo associano agli errori commessi nella ricerca o agli errori francamente grossolani nei calcoli. Uno degli ultimi studi dei tedeschi afferma che la spinta che appare all'interno dell'EmDrive è una conseguenza dell'interazione tra il campo magnetico dei cavi, dell'amplificatore e dei campi magnetici del pianeta. Nebbioso, ma pur sempre una spiegazione.


In generale, nulla minaccia l'egemonia dei motori a razzo chimici in questa fase. Come abbiamo già notato, si adattano bene alle realtà attuali e soddisfano tutti i requisiti dell'industria missilistica e spaziale. Ebbene, i voli su altri pianeti e, inoltre, su altri sistemi planetari sono associati non solo al problema dei nuovi motori, ma anche a tutta una lista di altri problemi che devono ancora essere risolti.