Terra-Marte in tre giorni

Con la propulsione fotonica una sonda potrebbe arrivare su Marte in tre giorni, e una navetta con equipaggio in un mese.
È teoricamente possibile.

Fra qualche decennio potrebbe addirittura essere fattibile: una sonda robotizzata del peso di 100 chilogrammi potrebbe essere lanciata verso il Pianeta Rosso. Niente di straordinario, ma... se ci arrivasse in tre giorni?

La chiave del sistema è la propulsione fotonica: photon propulsion. Padre della possibile rivoluzione è Philip Lubin, professore di fisica all’università della California, che nel 2015 ha vinto il Nasa Innovative Advanced Concepts. 

Il premio gli ha permesso di sviluppare il suo progetto, Directed Energy Propulsion for Interstellar Exploration (DEEP-IN), che promette ancora più che un "semplice" viaggio su Marte in tre giorni: promette le stelle in pochi anni...

GRAZIE, FOTONI!

Lubin parte dal fatto che i fotoni che compongono la radiazione luminosa possiedono energia: se vengono sparati da un laser, l’energia viene trasferita al bersaglio. 

E se questo fosse una vela, conformata in modo da poter ricevere un flusso significativo di fotoni, allora si potrebbe spingere una navicella nella direzione voluta fino a farle raggiungere velocità significative rispetto a quella della luce.

Una vela solare potrebbe portare una navicella oltre il Sistema Solare.

Un sistema in qualche modo simile, basato sullo stesso principio, è quello delle vele solari, che però sfruttano i fotoni della radiazione solare. Il progetto di Lubin prevede invece l’utilizzo di un potente laser da costruire a Terra o in orbita terrestre: il flusso sparato da questa sorta di cannone a fotoni potrebbe effettivamente portare una sonda fino a Marte in 3 giorni.

IL PESO DELL'EQUIPAGGIO

Fin qui, abbiamo parlato di una sonda del peso complessivo di 100 chili. Cosa cambierebbe se si trattasse di una navicella con equipaggio? C'è chi ha fatto i conti: 30 giorni.

Molto meno dei 180 giorni (sei mesi) attuali, con i razzi a spinta chimica. E meno anche di quanto ipotizzato con il motore nucleare proposto nel 1998 dal fisico Premio Nobel italiano Carlo Rubbia: un razzo a neutroni alimentato da americio 242. Il Progetto 242, consentirebbe, secondo Rubbia, di arrivare su Marte in 45 giorni.

ANCHE CONTRO ASTEROIDI?

Siamo ancora lontani dal poter realizzare tutto ciò, ma le basi teoriche e tecnologiche non mancano. E la "promozione" che fa Lubin del suo sistema è di quelle a cui è difficile resistere: «In un raggio di 25 anni luce dalla Terra», chiosa, «c’è un gran numero di pianeti extrasolari: con questa propulsione li si potrebbe visitare nell’arco di una vita». 

Certo è che non mancano i buoni motivi per sviluppare il sistema (il cannone laser potrebbe per esempio deviare un asteroide in rotta di collisione) ma altrettanto certamente ci saranno buoni motivi per giustificare le paure di chi non vorrebbe avere un cannone laser sulla testa.

Fonte: http://www.focus.it

La vela solare sfrutta la “pressione di radiazione” esercitata dalla luce del Sole. Di che cosa si tratta? 

Quando le onde elettromagnetiche colpiscono una superficie esercitano su di essa una piccolissima pressione: se la superficie è molto ampia e l’oggetto è molto leggero (appunto, come una vela) si può pensare di usare questa spinta per accelerarlo.

Nonostante l’analogia marinaresca, le vele solari non hanno quindi nulla a che vedere con il vento solare, che è composto principalmente di elettroni e protoni (per quanto siano state ipotizzate anche vele a vento solare, basate su un principio completamente diverso).

Nel 2010 l’agenzia spaziale giapponese ha collaudato con successo IKAROS, la prima sonda interplanetaria dotata di una vela solare di 10 metri di lato come sistema principale di propulsione.

La spinta delle vele solari è molto bassa: su Ikaros è stata misurata una spinta di 1 millinewton, migliaia di volte meno dei razzetti di manovra che normalmente equipaggiano i veicoli spaziali. 

Ma la propulsione chimica ha il grosso svantaggio di fornire una spinta solo fino a quando si esaurisce il propellente, mentre la spinta della vela solare non si ferma mai, almeno finché si rimane in vista della sorgente elettromagnetica. L’accelerazione è bassa, ma pian piano si può arrivare a velocità rispettabili. Nello spazio infatti non c’è la resistenza dell’aria e quindi finché si dà una spinta si continua ad accelerare.

In futuro le vele solari potrebbero diventare un buon sistema di propulsione per esplorare il nostro sistema solare. 

E per andare più lontano?

Purtroppo più ci allontaniamo dal Sole e minore è la spinta che otteniamo in questo modo e non è realistico pensare di arrivare con questo sistema alle velocità che ci servirebbero per esplorare altri sistemi solari.

Sarebbe possibile “spingere” la vela solare con un potente raggio laser proveniente dalla Terra? In realtà no: la potenza necessaria per accelerare a velocità significative un’intera astronave sarebbe completamente al di fuori delle nostre possibilità. Ma se si rinuncia ai passeggeri umani, si può pensare di costruire sonde molto più piccole e accelerarle molto di più.

Nel 2016 il fisico e imprenditore Jurij Mil'ner ha lanciato con il sostegno di Stephen Hawking e Mark Zuckerberg l’idea di mandare verso Proxima Centauri uno sciame di 1000 microsonde. Le sonde sarebbero grandi come francobolli, equipaggiate con vele di 5 metri di lato ciascuna, e accelerate con un insieme di fasci laser a infrarossi da 100 GW totali provenienti da terra. 

L’idea sarebbe quella di accelerare le microsonde fino al 15/20% della velocità della luce, in modo che almeno qualcuna di esse riesca a sopravvivere prima all’incredibile accelerazione necessaria e poi agli urti con la polvere cosmica, devastanti a questa velocità, per arrivare a destinazione in tempi ridotti. A questa velocità il viaggio richiederebbe infatti venti o trent’anni.

È un’idea realizzabile? Probabilmente no, perché gli ostacoli tecnologici sono proibitivi. 

Basti pensare che 100 GW sono circa la potenza installata totale di un Paese come l’Italia, che l’accelerazione necessaria sarebbe intorno a 10.000 g (migliaia di volte superiore a quella già gravosa di un normale razzo) e che i laser dovrebbero centrare le vele fino a una distanza dalla Terra dieci volte superiore a quella della Luna. 

Ma è quantomeno un’idea basata su conoscenze accertate, a differenza di altre ipotesi di propulsione spaziale che sono state avanzate. Ne parleremo in un prossimo post. 
Fonte: Destinazione Stelle