Una ricercatrice del Princeton Plasma Physics Laboratory, (Pppl), ha ideato una nuova tipologia di propulsore al plasma, che utilizza il fenomeno della riconnessione magnetica, per poter accelerare e poi espellere bolle di plasma, riuscendo così ad ottenere una spinta molto efficace del razzo, che produce una gas di scarico dieci volte più veloce in confronto ad altri propulsori.
La ricercatrice del Dipartimento dell’energia degli Stati Uniti, Doe, ha ideato un nuovo tipo di razzo che si basa sull’utilizzo dei campi magnetici, da cui fuoriescono delle particelle di plasma dalla parte posteriore, consentendo così di spingere il vettore nella direzione opposta, grazie alla conservazione della quantità di moto.
I propulsori al plasma attuali, che sono stati testati nello spazio, per poter spingere le particelle sfruttano i campi elettrici. Il nuovo concept invece utilizzerebbe una riconnessone magnetica. Si tratta di un processo presente in tutto l’universo, anche sulla superficie del Sole, in cui le linee del campo magnetico convergono, si separano improvvisamente e poi si uniscono di nuovo, producendo così moltissima energia.
La riconnessione avviene anche all’interno dei tokamak, dei dispositivi a forma toroidale, o più semplicemente a ciambella, dove all’interno di essi si possono formare le condizioni per la fusione termonucleare controllata.
Fatima Ebrahimi, è la ricercatrice che lo ha inventato, ed è autrice di un articolo pubblicato su Journal of Plasma Physics, in cui va a descrivere in dettaglio il concept. La ricercatrice spiega che: “È da un po’ di tempo che sto pensando all’idea di questo dispositivo. L’idea mi è venuta nel 2017 mentre ero seduta su un ponte e pensavo alle somiglianze tra lo scarico di un’auto e le particelle di scarico ad alta velocità create dal National Spherical Torus Experiment (Nstx) del Pppl”.
Fatima Ebrahimi, continua spiegando che: “Il tokamak durante il suo funzionamento produce bolle magnetiche, definite plasmoidi, che si muovono a circa 20 chilometri al secondo, una velocità molto simile ad una spinta”.
I propulsori al plasma attualmente in uso, che sfruttano i campi elettrici per poter spingere le particelle, sono in grado di produrre semplicemente un impulso specifico molto basso.
Per poter conoscere le potenzialità sono state eseguite delle simulazioni computerizzate sul Pppl e al National Energy Research Scientific Computing Center, un Doe Office of Science User Facility presso il Lawrence Berkeley National Laboratory, in California, che sono riuscite a mostrare le capacità del concept di propulsore al plasma. Il risultato ottenuto è stato che il propulsore al plasma riesce a generare gas di scarico con velocità di centinaia di chilometri al secondo, dieci volte più veloci di quelli di altri propulsori.
Una simile propulsione potrebbe essere in grado di rendere i pianeti esterni alla portata degli astronauti. Fatima Ebrahimi, spiega che: “I viaggi a lunga distanza richiedono mesi o anni, a causa dell’impulso specifico dei motori a razzo di tipo chimico che risulta essere molto basso, per questo motivo il velivolo impiega tempo per mettersi al passo. Ma se riuscissimo a realizzare dei propulsori ideati sulla riconnessione magnetica, potremmo ragionevolmente completare missioni a lunga distanza in un periodo di tempo molto più ridotto”.
Il concept ideato da Fatima Ebrahimi, presenta 3 differenze principali con gli altri propulsori. La prima è che effettuare una modifica sulla forza dei campi magnetici, riuscirebbe a aumentare o diminuire in base alle esigenze la quantità di propulsione. Fatima Ebrahimi, su questo punto spiega che: “Utilizzando più elettromagneti e più campi magnetici, si potrebbe in effetti ruotare una manopola per regolare la velocità”.
La seconda differenza è che il nuovo propulsore riesce a produrre il movimento espellendo sia particelle di plasma che plasmoidi, i quali aggiungono una forza alla propulsione che nessun altro tipo di propulsore è in grado di prevedere.
La terza differenza è che i campi magnetici in questo concept, diversamente dai dispositivi attualmente in uso che utilizzano i campi elettrici, permettono al plasma, presente all’interno del propulsore, di essere costituiti sia da atomi pesanti, come lo xeno, che da atomi leggeri. Questa caratteristica consentirebbe agli astronomi di modificare la quantità di propulsione in base alle esigenze della missione.
Alessandro Bemporad, fisico solare all’Inaf di Torino, esperto di riconnessione magnetica e responsabile scientifico del progetto Swelto, commenta che: “Questo concept propone per la prima volta di realizzare un propulsore al plasma che sfrutti il fenomeno della riconnessione magnetica per accelerare ed espellere bolle di plasma, riuscendo in questo modo a creare una propulsione efficace del vettore nella direzione opposta. Indubbiamente è un’idea molto originale, ma soprattutto intrigante, che potrebbe fornire molte nuove possibilità per le missioni spaziali”.
Lo studio preliminare effettuato ne mostra la fattibilità, attraverso delle simulazioni magneto-idrodinamiche di tipo resistivo, le Mhd, nel corso delle quali due plasmoidi sono stati espulsi in successione. Un simile fenomeno, ovviamente su una scala decisamente differente, lo si può osservare sul Sole, condizione che si crea quando in una stessa regione attiva si sviluppano più eruzioni in sequenza in un arco temporale di poche ore.
Adesso la sfida più importante da affrontare sarà passare ad una fase sperimentale di realizzazione di un prototipo funzionante. Un’altra difficoltà sarà soprattutto dimostrare che il processo può effettivamente operare per un tempo indefinito. In altre parole bisognerà verificare se si riuscirà a produrre continue espulsioni di bolle di plasma in modo stazionario, così da poter fornire progressivamente l’accelerazione richiesta. Quindi adesso non ci rimane che attendere di vedere se il prototipo sarà in grado di funzionare.
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