PierAisa #260: Vento ionico con 70.000 Volt. Principio delle punte
Il modo più semplice per spiegare il beneficio dell'esplorazione spaziale di un propulsore ionico su un razzo è quello di confrontarli con il semplice stile "Tortoise and the Hare": il più veloce dei due - in questo caso, il razzo - non vince sempre la gara.
"La lepre è un sistema di propulsione chimica e una missione in cui potresti licenziare il motore principale per 30 minuti o un'ora e poi per la maggior parte della missione che conduci", dice Michael Patterson, esperto tecnologo del programma In-Space Propulsion Technologies della NASA Inverso. "Con la propulsione elettrica, è come la tartaruga, in quanto si procede molto lentamente nella velocità iniziale della navicella spaziale ma si continua a spingere per una durata molto lunga - molte migliaia di ore - e quindi la navicella finisce per prendere un delta molto grande alla velocità “.
I propulsori ionici saranno utilizzati nella missione dell'Agenzia spaziale europea (ESA) a Mercury. Il BepiColombo (forse la navicella spaziale più britannica fino ad oggi) sarà lanciato nel 2017, sorvolato da Venere nel 2019 e nel 2020, ed essere catturato dalla gravità di Mercurio nel 2024.
L'astronave utilizzerà propulsori ionici T6 appositamente progettati che consentiranno all'ESA di studiare il pianeta più interno della nostra galassia per una durata di quasi sette anni. Due orbitatori dell'ESA e dell'Agenzia spaziale giapponese (JAXA) schierati da BepiColombo saranno anche in grado di analizzare la superficie del pianeta per un anno terrestre.
La logistica del lungo viaggio non sarebbe possibile senza la tecnologia a propulsione ionica, che Patterson ha sviluppato per anni come ingegnere progettista per la missione Deep Space 1 Dawn della NASA e il principale investigatore del sistema di propulsione Evolutionary Xenon Thruster (NEXT) della NASA. Dice che la tecnologia offre un'efficienza del carburante molto più elevata, la possibilità di svolgere missioni più lunghe (come quella intrapresa da BepiColombo) e una procedura di decollo proibitivo meno costosa. Attualmente, dice, il 50 percento della massa di un razzo è dedicato ai propellenti chimici.
"Con i propulsori a razzo tipici stai spendendo metà del tuo veicolo di lancio (massa) solo per spingere nello spazio per essere in grado di spingere qualunque cosa tu voglia spingere nella prossima posizione", dice Patterson. "Eliminando il sistema di propulsione chimica a bordo del veicolo spaziale e inserendo la propulsione elettrica, è possibile modificare tale numero in modo drammatico fino a raggiungere il 10, 15 o 20 percento della massa complessiva."
I propulsori ionici elettrostatici a griglia, come il T6, utilizzano il gas xeno come propellente. Neil Wallace, ingegnere di propulsione dell'ESA, ha dichiarato in una versione che, ipotizzando la "stessa massa di propellente", i propulsori T6 possono persino accelerare a una velocità "15 volte maggiore di un propulsore chimico convenzionale".
L'idea di SpaceX è stata il modo migliore per lanciare i razzi, in quanto l'azienda fondata da Elon Musk ha recentemente dimostrato di poter riutilizzare i razzi e di atterrarli su droni nell'oceano.
Tuttavia, la propulsione ionica, che sarà un vantaggio per i costi di esplorazione spaziale, è progredita a velocità "glaciali", sottolinea Patterson.
"Il tasso di applicazione della tecnologia da parte della NASA e dell'Agenzia spaziale europea è a un ritmo piuttosto basso", dice. "Se parliamo di elettronica di consumo, tra concetto e applicazione, ci vogliono dai 9 ai 12 mesi. I successivi sistemi di propulsione ionica, che stanno sostituendo i motori che ho costruito e testato 15 anni fa questo mese; stiamo parlando della prima applicazione in corso nel 2021."
La NASA, questa settimana, ha assegnato alla compagnia californiana Aerojet Rocketdyne un contratto da 36 milioni di dollari per 36 mesi di sviluppo di motori ionici ad energia solare, che potrebbero prolungare la durata della missione ancora più a lungo degli efficienti motori a ioni alimentati a carburante a bordo della BepiColombo.
Per ora, i propulsori ionici T6 che alimentano il viaggio di EAS a BepiColombo, insieme con l'aiuto di propulsori a propellente solare-elettrico e chimico, saranno abbastanza pieni di risorse da guidare la navicella per l'intera missione di sette anni, mentre gli scienziati, in passato, hanno avuto per fare affidamento sul metodo della fionda usando l'attrazione gravitazionale di un pianeta - Il marziano stile.
La missione di EAS si sta rapidamente avvicinando e l'agenzia ha appena completato i test dei nuovi propulsori T6, che sono il fratello maggiore del T5, questa settimana. Patterson sostiene che la NASA realizzerà anche diverse missioni basate sui propulsori ionici negli anni 2020.
Patterson dice che la NASA ha già effettuato la sorveglianza orbitale di tutti gli oggetti "relativamente facili" con propulsione chimica, ma avrà bisogno di sistemi ionici per raggiungere obiettivi di valore più elevato, come lune più piccole e più lontane e asteroidi che sono più difficili da orbitare senza il abilità correttive stabili di un propulsore ionico.
"Ora, stai entrando nella scienza più interessante come entrare nelle orbite delle lune di Saturno o di Giove o di Marte e fare scienza intrigante dove c'è il potenziale per testare la vita altrove", dice Patterson. "Questi sono obiettivi scientificamente di alto valore ma sono davvero difficili da fare da un punto di vista propulsivo".
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