Il futuro della propulsione nucleare

Oggi molti ricercatori esaltano i vantaggi dell'energia nucleare come mezzo per l'esplorazione dello spazio. Tuttavia, la ricerca sulle applicazioni è stata alquanto limitata

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Se la specie umana intende colonizzare il sistema solare ha necessariamente bisogno di un sistema di propulsione che combini un alto livello di spinta a una notevole efficienza del carburante. Per questo la NASA da anni è impegnata ha valutare l’utilizzo di veicoli spaziali propulsi dall’energia nucleare sia elettrica, che termica.

Anche altre agenzie spaziali stanno esplorando la possibilità di sfruttare la propulsione nucleare. Una di queste è l’Agenzia spaziale britannica che ha recentemente firmato un contratto con la società britannica di ingegneria automobilistica Rolls-Royce. La Rolls-Royce esaminerà le possibili applicazioni dell’energia nucleare alla propulsione spaziale.

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Il contratto firmato dall’importante società britannica è il primo passo di un processo che definirà e darà forma alle soluzioni sull’energia nucleare per l’Agenzia spaziale britannica, nonché per l’Agenzia spaziale europea (ESA). Esperimenti effettuati in passato sulla propulsione nucleare hanno dimostrato l’efficacia del sistema basato su una tecnologia consolidata dei reattori nucleari.

Oggi molti ricercatori esaltano i vantaggi dell’energia nucleare come mezzo per l’esplorazione dello spazio. Tuttavia, la ricerca sulle possibili applicazioni è stata alquanto limitata dopo la chiusura delle missioni Apollo. Da allora non è mancato l’impegno a far ripartire la ricerca. Come Dave Gordon, vicepresidente senior di Rolls-Royce Defense, ha spiegato in un comunicato stampa dell’azienda:

“Siamo entusiasti di lavorare con l’Agenzia spaziale britannica su questo progetto pionieristico per definire le future tecnologie di energia nucleare per lo spazio. Crediamo che ci sia una reale capacità di nicchia nel Regno Unito in quest’area e questa iniziativa può basarsi sulla forte rete nucleare e catena di approvvigionamento del Regno Unito. Non vediamo l’ora di sviluppare questo e altri entusiasmanti progetti spaziali in futuro mentre continuiamo a sviluppare il potere di proteggere il nostro pianeta, proteggere il nostro mondo ed esplorare il nostro universo”.

La ricerca sulla propulsione nucleare è iniziata decenni fa, pochi anni dopo l’inizio dell’era spaziale. Tra il 1959 e il 1972, lo Space Nuclear Propulsion Office (SNPO) della NASA ha condotto 23 test sui reattori alla Nuclear Rocket Development Station del Nevada Test Site dell’AEC, a Jackass Flats. Nel 1961, la NASA e l’Atomic Energy Commission (AEC) si unirono per intraprendere il programma Nuclear Engine for Rocket Vehicle Applications (NERVA).

Il programma aveva lo scopo di sviluppare un propulsore nucleare termico che potesse ridurre i tempi di volo per la Luna e Marte e altri luoghi del sistema solare.
Un propulsore nucleare NTP sfrutta le reazioni dell’uranio per riscaldare un fluido, ad esempio l’idrogeno liquido, che veniva pompato all’interno di un reattore che ionizzava il fluido trasformandolo in un plasma che poi veniva convogliato verso un ugello di scarico a campana dove produceva una spinta.

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Un propulsore nucleare NEP invece utilizza le stesse reazioni per generare il calore che viene utilizzato invece per ottenere l’elettricità necessaria a far funzionare un propulsore di tipo Hall. Sfortunatamente, lo spostamento delle priorità e il cambiamento dell’ambiente di bilancio hanno portato a tagli che hanno costretto la NASA a sospendere il lavoro con la propulsione nucleare alla fine del 1972.

Secondo un rapporto tecnico redatto dal dottor Michael G. Houts (l’investigatore principale dell’NTP presso la NASA Marshall), un razzo NTP potrebbe generare 200 kWt di potenza utilizzando un singolo chilogrammo di uranio per un periodo di 13 anni, il che equivale valutazione di efficienza di circa 45 grammi per 1000 MW-h (il doppio di quella dei razzi chimici). A quel ritmo, un razzo termico nucleare potrebbe compiere il viaggio per Marte in metà tempo, cioè in soli 100 giorni.

Negli ultimi anni, al Marshall Space Flight Center della NASA e ricominciata la ricerca sulla propulsione nucleare. Anche l’Agenzia spaziale britannica e l’ESA riprenderanno la ricerca per le missioni future. Roscosmos sta studiando la tecnologia NEP con il programma Transport and Energy Module (TEM), con l’intenzione di effettuare i primi test all’inizio degli anni ’20 e il primo test di volo orbitale entro il 2030.

Nel 2017, la China Aerospace Science and Technology Corp. (CASC) – l’appaltatore principale dell’Agenzia spaziale nazionale cinese (CNSA) – ha pubblicato la sua ” Roadmap per il trasporto spaziale”. Oltre allo sviluppo di uno spazioplano riutilizzabile, questo documento propone la realizzazione di un piano spaziale SSTO (single-stage-to-orbit) e di razzi completamente riutilizzabili entro il 2030 e di una navetta nucleare entro il 2045.

Le agenzie spaziali NASA, ESA, Roscomos, Cina e India, propongono piani molto ambiziosi per l’esplorazione spaziale nei prossimi decenni. Tra i piani il ritorno sulla Luna (o l’invio di astronauti per la prima volta) e la costruzione di habitat che consentano una presenza umana costante e sostenibile. Tra il 2030 e il 2040, tutti i principali attori spaziali sperano di aver portato uomini e habitat anche su Marte.

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Come il dottor Graham Turnock, amministratore delegato dell’Agenzia spaziale britannica, ha indicato in un comunicato stampa dell’agenzia:

“L’energia nucleare e la propulsione spaziale è un concetto rivoluzionario che potrebbe sbloccare future missioni nello spazio profondo che ci porteranno su Marte e oltre. Questo studio ci aiuterà a comprendere l’entusiasmante potenziale dei veicoli spaziali a propulsione atomica e se questa tecnologia nascente potrebbe aiutarci a viaggiare più lontano e più velocemente attraverso lo spazio che mai”.

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Secondo il ministro della Scienza britannico Amanda Solloway, questa ricerca rappresenta un’opportunità per l’industria aerospaziale. Mentre il governo e l’industria cercano modi per ricostruire modelli economici più solidi e sostenibili, l’esplorazione dello spazio potrebbe sfruttare questo tempo per introdurre un pensiero nuovo e più lungimirante:

“Mentre ci riprendiamo meglio dalla pandemia, sono partenariati come questo tra imprese, industria e governo che contribuiranno a creare posti di lavoro e portare avanti innovazioni pionieristiche che faranno progredire i voli spaziali nel Regno Unito”.

“L’energia nucleare presenta possibilità di trasformazione per l’esplorazione spaziale e questo studio innovativo con Rolls-Royce potrebbe aiutare a spingere la nostra prossima generazione di astronauti nello spazio più velocemente e più a lungo, aumentando in modo significativo la nostra conoscenza dell’universo”.

Entro tre anni vedremo la prima missione sulla Luna per la prima volta dopo il 1972. Entro la fine del decennio potrebbero essere realizzati habitat lunari e piattaforme orbitali lunari che serviranno da “palestra” per le future missioni su Marte che potranno vedere la luce entro il 2050.

È probabile che saranno veicoli spaziali dotati di motori NTP o NEC, che porteranno equipaggi e merci da e verso la Terra.