DALLA NASCITA dell’era spaziale, il sogno di viaggiare verso un altro sistema solare è stato appannaggio esclusivo della fantascienza, ostacolato nella realtà dalla tirannia “dell’equazione del razzo“, che pone limiti precisi alla velocità e alle dimensioni dei veicoli spaziali che lanciamo nello spazio. Anche con i motori a razzo più potenti oggi disponibili, gli scienziati stimano sarebbero necessari almeno 50.000 anni per raggiungere Alpha Centauri, la stella a noi più vicina Se gli umani sperano di vedere, un giorno, un’alba aliena, i tempi di viaggio dovranno diminuire in modo significativo.
Per questa ragione, alcuni scienziati sono andati a mutuare proprio dalla fantascienza alcuni concetti avanzati di propulsione che, se realizzati, potrebbero permetterci di ridurre drasticamente i tempi dei viaggi spaziali. Tra questi, pochi hanno generato altrettanta eccitazione – e controversie – come l’EmDrive. Descritto per la prima volta quasi due decenni fa, l’EmDrive funziona, o dovrebbe funzionare, convertendo l’elettricità in microonde e convogliando questa radiazione elettromagnetica attraverso una camera conica. In teoria, le microonde dovrebbero esercitare una forza contro le pareti della camera per produrre una spinta sufficiente a spingere un veicolo spaziale, una volta arrivato nello spazio.
Per ora, però, l’EmDrive esiste solo come prototipo di laboratorio e non è ancora chiaro se sia in grado di produrre davvero una spinta. Se lo fa, le forze che genera non sono abbastanza forti da essere registrate ad occhio nudo, e tanto meno spingere un veicolo spaziale.
Negli ultimi anni, tuttavia, alcuni gruppi di ricerca, tra cui uno della NASA, ci hanno lavorato sopra e affermano di aver prodotto con successo una spinta con un EmDrive. Se fosse confermato, otterremmo uno dei più grandi progressi nella storia dell’esplorazione spaziale. Il problema è che la spinta osservata in questi esperimenti è così piccola che è difficile dire se è reale.
Per capirci definitivamente qualcosa è necessario progettare uno strumento in grado di misurare queste minuscole quantità di spinta. Così una squadra di fisici della Technische Universität di Dresda ha deciso di creare un dispositivo in grado di soddisfare questa esigenza.
Guidato dal fisico Martin Tajmar, il progetto SpaceDrive mira a creare uno strumento così sensibile e immune da interferenze che metterebbe fine al dibattito sull’effettivo funzionamento dell’EmDrive una volta per tutte. A ottobre, Tajmar e il suo team hanno presentato il loro secondo set di misurazioni EmDrive sperimentali al Congresso internazionale di astronautica ed i loro risultati saranno pubblicati in Acta Astronautica questo agosto. Sulla base dei risultati di questi esperimenti, Tajmar afferma che una risoluzione della saga dell’EmDrive potrebbe essere solo a pochi mesi di distanza.
Molti scienziati e ingegneri sostengono che l’EmDrive non può funzionare perché sembra violare le leggi della fisica. Le microonde che spingono sulle pareti di una camera EmDrive sembrano generare una spinta ex nihilo, che funziona in contrasto con la conservazione del momento: è tutta azione e nessuna reazione.
I sostenitori dell’EmDrive, a loro volta, fanno appello a interpretazioni marginali della meccanica quantistica per spiegare come l’EmDrive possa funzionare senza violare la fisica newtoniana. “Dal punto di vista della teoria, nessuno prende questo sul serio”, dice Tajmar. “Se l’EmDrive è in grado di produrre una spinta, come hanno sostenuto alcuni gruppi, non abbiamo la minima idea su da dove questa spinta provenga”. Quando c’è una spaccatura teorica di questa portata nella scienza, per Tajmar esiste solo un modo per risolvere la controversia: sperimentazione.
Alla fine del 2016, Tajmar e altri 25 fisici si sono riuniti a Estes Park, in Colorado, per la
prima conferenza dedicata all’EmDrive e ai relativi sistemi di propulsione esotica. Una delle presentazioni più emozionanti è stata fatta da
Paul March, un fisico del laboratorio Eagleworks della
NASA, dove lui e il suo collega
Harold White hanno testato vari prototipi EmDrive. Secondo la presentazione di marzo e un successivo articolo
pubblicato sul
Journal of Propulsion and Power,
lui e White hanno osservato diverse dozzine di micro-newton di spinta nel loro prototipo EmDrive. (
Per fare un paragone, un singolo motore SpaceX Merlin produce circa 845.000 Newton di spinta al livello del mare.) Il problema per Harold e White, tuttavia, era che
la loro configurazione sperimentale consentiva diverse fonti di interferenza, quindi non potevano dire di sicuro se ciò che hanno osservato era effettivamente spinta.
Tajmar e il gruppo di Dresda hanno usato una replica del prototipo EmDrive usato da Harold e White nei loro test alla NASA. Consiste in un tronco di rame, un cono con la parte superiore mozzata, lunga poco meno di un piede. Questo disegno può essere ricondotto all’ingegnere Roger Shawyer, che per primo descrisse l’EmDrive nel 2001. Durante i test, il cono EmDrive è posto in una camera a vuoto. Fuori dalla camera, un dispositivo genera un segnale a microonde che viene trasmesso, utilizzando cavi coassiali, alle antenne all’interno del cono.
Non è stata la prima volta che il team di Dresda ha cercato di misurare quantità di forza quasi impercettibili. Costruirono aggeggi simili per il loro lavoro sui propulsori ionici, che sono usati per posizionare con precisione i satelliti nello spazio. Questi propulsori che generano micro-newton di spinta sono il tipo utilizzato dalla missione LISH Pathfinder, che richiede una capacità di posizionamento estremamente precisa per rilevare fenomeni deboli come le onde gravitazionali. Ma per studiare l’EmDrive e simili sistemi di propulsione propellantless, è necessaria una risoluzione nell’ordine dei nano-newton.
Per approcciare la questione, il team ha deciso di utilizzare un equilibrio di torsione, un equilibrio di tipo a pendolo che misura la quantità di coppia applicata all’asse del pendolo. Una versione meno sensibile di questo equilibrio è stata utilizzata anche dal team della NASA quando pensavano che il loro EmDrive producesse spinta. Per misurare con precisione una quantità di forza così piccola, il team di Dresda ha utilizzato un interferometro laser per misurare lo spostamento fisico delle scale di equilibrio prodotte dall’EmDrive. Secondo Tajmar, la loro scala di torsione ha una risoluzione di nano-newton e supporta i propulsori che pesano parecchi chili, rendendola la più sensibile esistente all’equilibrio di spinta.
Ma un thrust veramente sensibile non è molto utile a meno che non si possa anche determinare se la forza rilevata sia effettivamente spinta e non un artefatto da interferenza esterna. E ci sono molte spiegazioni alternative per le osservazioni di Harold e White.
Per determinare se un EmDrive produce effettivamente una spinta, i ricercatori devono essere in grado di proteggere il dispositivo dalle interferenze causate dai poli magnetici della Terra, dalle vibrazioni sismiche provenienti dall’ambiente e dall’espansione termica dell’EmDrive a causa del riscaldamento delle microonde.
Le modifiche al design del bilanciamento della torsione, per controllare meglio l’alimentazione dell’EmDrive e proteggerlo dai campi magnetici, hanno risolto alcuni dei problemi di interferenza. Un problema più difficile è stato come verificare la “deriva termica“. Quando la potenza fluisce verso l’EmDrive, il cono di rame si riscalda e si espande, spostando il suo centro di gravità quel tanto che basta per far sì che l’equilibrio torsionale registri una forza che può essere scambiata per spinta. Tajmar e la sua squadra speravano che cambiare l’orientamento del propulsore aiutasse a risolvere questo problema.
Nel corso di 55 esperimenti, Tajmar e i suoi colleghi hanno registrato una media di 3,4 micro-newton di forza dall’EmDrive, un risultato molto simile a quanto rilevato dal team della NASA. Purtroppo, queste forze non sembrano passare il test di deriva termica. Le forze viste nei dati erano più indicative di espansione termica che di spinta.
In ogni caso, non tutto è perduto per l’EmDrive. Tajmar e i suoi colleghi stanno sviluppando due ulteriori tipi di bilanci di spinta, tra cui un equilibrio superconduttore che, tra le altre cose, aiuterà ad eliminare i falsi positivi prodotti dalla deriva termica. Se rileveranno una forza da un EmDrive su questi equilibri, c’è un’alta probabilità che si tratti effettivamente di spinta. Ma se nessuna forza verrà registrata su questi equilibri, probabilmente tutte le precedenti osservazioni di spinta sull’EmDrive sono stati falsi positivi. Tajmar dice che spera di avere un verdetto finale entro la fine dell’anno.
Anche un risultato negativo, comunque, potrebbe non uccidere l’EmDrive per sempre. Ci sono molti altri progetti di propulsione propellantless da perseguire. E se gli scienziati svilupperanno mai nuove forme di propulsione debole, i sensori di equilibrio iper-sensibili sviluppati da Tajmar e dal team di Dresda, quasi sicuramente avranno un ruolo nell’estrarre la scienza dalla fantascienza.
Fonte: Wired
