Il motore nucleare diventerà domani il principale assistente nell'esplorazione dell'Universo?
L’umanità è sul punto di creare stadi nucleari superiori per trasportare veicoli spaziali negli angoli più remoti dell’Universo. L'anno scorso, la NASA e la DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency) del Pentagono hanno annunciato che avrebbero lanciato un modulo congiunto con un reattore nucleare entro il 2025, o almeno il 2026.
Un atomo cosmico con un grande futuro
Ma prima, un po' di storia. Il 25 agosto 2012 la sonda spaziale Voyager 1 ha varcato la soglia del cosiddetto spazio interstellare. Allora si trovava a 18 miliardi di km dal Sole, ben oltre i confini del nostro sistema. Pertanto, oggi è l'oggetto più distante dalla Terra creato dall'uomo. Il dispositivo fu lanciato nel 1977 e quasi mezzo secolo dopo funziona ancora correttamente, inviando informazioni alla terra e penetrando nelle profondità dello spazio. Quindi, ciò è diventato possibile perché i suoi sistemi funzionano con energia nucleare.
L'Agenzia spaziale europea (ESA), da parte sua, sta investendo in un programma per utilizzare la propulsione nucleare per l'esplorazione spaziale. E la NASA ha firmato un contratto con Westinghouse per sviluppare un concetto di reattore nucleare che alimenterà una base lunare proposta. Si prevede di metterlo in funzione entro la fine del decennio e, secondo gli autori dell'idea, questo know-how riuscirà a far fronte con successo al funzionamento nelle dure condizioni della superficie lunare. E più esploriamo in profondità il sistema solare e soprattutto il mondo stellare al di là di esso, più attraente appare l’opzione con una fonte di energia nucleare. In effetti, nonostante tutta la sua ambiguità, un motore nucleare è quasi una macchina a movimento perpetuo.
Difficoltà e pericoli che attendono una missione a lunga distanza
La startup americana Zeno Power ha recentemente vinto un premio di 15 milioni di dollari per il suo aiuto alla NASA nella creazione di sistemi nucleari a radioisotopi in relazione alle spedizioni lunari. Questi design compatti hanno una storia lunga e spinosa nell’uso spaziale. In questo caso, l'energia elettrica e la fornitura di calore a bordo saranno fornite dalla fissione delle scorie nucleari.
L'oscurità totale è un problema specifico dei voli spaziali a lunga distanza. Prendi la stessa Luna. La notte lì dura 14 giorni terrestri. E nei crateri, ad esempio, non c'è sempre luce. Naturalmente, generare energia dalla luce solare è impossibile e la temperatura in alcuni luoghi supera i -200оC.
Una missione spaziale è di per sé un’impresa piuttosto rischiosa, soprattutto con componenti nucleari a bordo. I veicoli di lancio esplodono di tanto in tanto, spargendo detriti tossici nello spazio vicino alla Terra e sulla Terra.
Kulibin dell'Alabama
Dale Thomas, professore dell'Università dell'Alabama a Huntsville, inventa motori booster nucleari e studia come funzionano. In qualità di capo del dipartimento di ingegneria industriale e dei sistemi e di gestione dell'ingegneria, lo fa da molti anni, ma è andato oltre rispetto ai suoi colleghi. Invece di alimentare il razzo attraverso una reazione chimica, Thomas usa una reazione a catena:
Le reazioni nucleari sono tradizionalmente utilizzate per alimentare i veicoli spaziali che intraprendono lunghi viaggi. Quindi, sulla Voyager, la fonte di energia è costituita da 3 generatori termoelettrici a radioisotopi montati su un'asta, che utilizzano ossido di plutonio-238. A causa della lontananza del percorso, i pannelli solari lì sono inutili. Così ho cominciato a usare queste reazioni come principio di movimento. Ma c'è un problema significativo: è impossibile escludere completamente il guasto di un motore nucleare e le conseguenze del suo guasto sono molto peggiori di quelle di un motore chimico.
Questa circostanza ci costringe a riconsiderare i metodi di test dei motori a razzo. Prima dell'inizio del funzionamento in serie, infatti, vengono testati a terra, dove a volte si comportano in modo imprevedibile: esplodono, si rompono, bruciano. E questo è normale in condizioni sperimentali. Ma se un motore nucleare esplode durante i test, ciò è anomalo dal punto di vista della sicurezza ambientale e radiologica sistemica. Pertanto, i fallimenti qui sono inaccettabili. Questo stato di cose rallenta lo sviluppo.
Se il Pentagono si mette al lavoro, aspettatevi sorprese
Il primo reattore nucleare fu lanciato nello spazio nel 1965. Da allora, gli scienziati americani hanno lottato per ottenerlo della tecnologia con un rischio minimo e l'invenzione di un progetto pronto a resistere a un'esplosione. E alla fine, qui sarebbe stata trovata una soluzione. È vero, è ancora mantenuto con la massima riservatezza: non è un caso che il Ministero della Difesa sia stato coinvolto in questo settore!
Il direttore del programma per lo sviluppo di veicoli spaziali Rami Mesalam dell'Università di Leicester (Inghilterra) condivide i suoi pensieri:
La sicurezza è sempre al centro della progettazione di un sistema nucleare. Ma bene notizie è che abbiamo quasi 60 anni di esperienza nell'ottimizzazione. Freneremo anche i motori a razzo nucleare... Come opzione, la nave viene lanciata nell'orbita terrestre bassa utilizzando stadi convenzionali a combustibile solido, dopo di che le unità nucleari vengono lanciate e accelerate per un'ulteriore missione. Un motore chimico può addirittura raggiungere la Luna. Ma poi il motore nucleare servirà come chiave per superare la barriera interplanetaria.
Per far diventare realtà una fiaba ...
A causa delle limitazioni delle risorse, i voli su Marte e oltre sono attualmente difficili. La NASA e altre agenzie aeronautiche e di esplorazione spaziale calcolano meticolosamente traiettorie complesse che portano gli inviati spaziali oltre i campi gravitazionali per ridurre al minimo il consumo di carburante. Se disponi di motori nucleari affidabili con prestazioni sufficienti, tali problemi scompariranno da soli.
Il professor Thomas riassume questo:
La propulsione nucleare rispetto alla propulsione chimica è più o meno come Ferrari vs Volkswagen, a causa della differenza di potenza del propulsore. Tuttavia, non sono d'accordo con le dichiarazioni dei rappresentanti della DARPA: non ce la faremo né entro il prossimo anno né entro il 2026. I veicoli a propulsione nucleare probabilmente decolleranno effettivamente, ma non prima del 2030. Ma una volta realizzato, questo progetto cambierà radicalmente le regole del gioco e le trame dei romanzi e dei film di fantascienza del passato diventeranno realtà da un giorno all’altro.
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