NEXT, il motore ionico che ci farà deviare gli asteroidi

Oggi l’umanità intera è impegnata nella lotta contro il coronavirus, ma non dobbiamo dimenticare che esistono altri pericoli potenziali ai quali dovremo presto o tardi rispondere. E’ fondata la possibile minaccia che un asteroide di grandi dimensioni possa cadere sulla Terra in futuro. Probabilmente qualcuno riterrà che un asteroide sia l’ultimo dei problemi oggi, ma la minaccia secondo gli esperti è realistica e agenzie come la NASA e l’ESA stanno lavorando a tecnologie in grado di scongiurare quella minaccia.
L’ESA ha annunciato l’inizio dello studio sulla possibilità di deviare un asteroide, durante la conferenza Planetary Defense, che si è tenuta dal 13 al 17 aprile della scorso presso il centro ESRIN (European Space Research Institute) dell’ESA di Frascati.
Nel quadro del programma AIDA (Asteroid Impact & Deflection Assessment), l’ESA realizzerà una missione chiamata Asteroid Impact Mission (AIM), mentre la NASA si farà carico della seconda parte del progetto, la missione DART (Double Asteroid Redirection Test).
La sonda AIM, realizzata dall’ESA, il cui costo previsto si aggira intorno ai 200 milioni di euro, sarà lanciata il mese di ottobre 2020 da un vettore Soyuz-Fregat da Kouru nelle Guyana francese. Raggiungerà la coppia di asteroidi Didymon 65083 un sistema binario di asteroidi. Didymos A, presenta un diametro di circa 780 metri e un periodo di rotazione di 2,3 ore, mentre il più piccolo, Didymos B, ha un diametro di circa 160 metri e un periodo di rotazione di 12 ore e orbita attorno a Didymos A a una distanza di 1200 metri circa.
Dopo un viaggio di circa un anno e mezzo, nel 2022 AIM affiancherà il più piccolo dei due, Didymon B, per studiarne composizione e traiettoria. Dopodiché, la sonda AIM sgancerà alcuni CubeSats LICIA (Light Italian CubeSat per l’imaging degli asteroidi) dell’Agenzia Spaziale Italiana (satelliti miniaturizzati di forma cubica con volume di 1 decimetro cubo e massa di poco superiore a 1,33 kg) e un modulo di atterraggio per ulteriori studi e per prelevare alcuni campioni da analizzare sul posto.
Terminata l’analisi, AIM assisterà allo schianto di DART da una distanza di sicurezza di circa 100 chilometri. Dopo l’impatto studierà i materiali eiettati dalla collisione e verrà inoltre analizzato il cratere che si formerà, per conoscere ancora meglio la composizione interna dell’asteroide. Questa seconda fase concluderà la missione.
DART, che consisterà in un proiettile di circa 300 kg di massa, verrà fatto schiantare a una velocità superiore ai 22.000 km/h contro Didymos B che è vicino alle dimensioni tipiche di un asteroide NEA (near-Earth asteroids). La missione DART acronimo di “Double Asteroid Redirection Test” della NASA è prevista per il 22 luglio 2021. È una missione dimostrativa per studiare gli effetti di un impatto cinetico per deviare un asteroide. La coppia di asteroidi non rappresenta tuttavia una minaccia concreta per il nostro pianeta.
DART dovrà viaggiare a lungo per raggiungere Didymos. Dopo il lancio previsto per luglio 2021, raggiungerà il suo obiettivo il 22 settembre, quando l’asteroide binario si troverà a 11 milioni di km dalla Terra. Per coprire la distanza, farà affidamento su un potente motore a ioni chiamato Evolutionary Xenon Thruster Commercial (NEXT-C).
Il propulsore ionico presenta due componenti principali, il propulsore e l’unità di elaborazione della potenza (PPU). È stato preparato alla missione con una serie di test sulla valutazione delle sue prestazioni e sulla sua resistenza a fattori ambientali. Il propulsore è stato sottoposto a test di vibrazione, vuoto termico e prestazioni prima di essere integrato con la sua PPU. È stato anche sottoposto a condizioni di volo spaziale simulato: Vibrazioni durante il lancio e l’estremo freddo dello spazio.
NEXT-C non funziona come un razzo chimico che richiede un’enorme quantità di spinta per strappare qualcosa alla gravità terrestre e non può fornire una spinta paragonabile ai razzi chimici, ma in termini di azionamenti ionici, è un’unità molto potente. È circa tre volte più potente delle unità ioniche NSTAR installate sui veicoli spaziali DAWN e Deep Space One della NASA.
NEXT può produrre una potenza di 6,9 kW e una spinta di 236 mN. Il motore ha prodotto il più alto impulso totale di qualsiasi motore a ioni: 17 MN · s. Ha anche un impulso specifico, che è la misura dell’efficienza con cui utilizza il propellente, di 4.190 secondi, rispetto ai 3.120 di NSTAR. Le unità ioniche non bruciano carburante come un razzo chimico a combustibile liquido o solido, anche se usano un propellente per generare la spinta, tipicamente lo xeno, come in NEXT-C. Il motore ionico NEXT-C è un sistema a doppia griglia.
Lo xeno viene immesso in una camera, dove incontra la prima griglia a monte. Pannelli solari forniscono l’elettricità e la prima griglia viene caricata positivamente. Quando gli atomi di xeno passano attraverso la griglia a monte, vengono caricati positivamente. Questo li attira verso la seconda griglia dell’acceleratore, che viene caricata negativamente. Questo li spinge fuori dal motore, fornendo spinta. La spinta è uguale alla forza tra gli ioni a monte e la griglia dell’acceleratore.
Dart tuttavia non sarà da solo, una volta raggiunto il sistema binario degli asteroidi Didymos sgancerà sei piccole sonde artificiali LICIA che lo aiuteranno nel suo lavoro. LICIA Catturerà le immagini dell’impatto e dei detriti espulsi dalla collisione inviandole a terra. L’impatto, secondo le previsioni, muterà la velocità orbitale di Didymos di circa mezzo millimetro al secondo cambiando la sua rotazione di una quantità sufficiente ad essere rilevata dai nostri strumenti a terra, inoltre produrrà un cratere di circa 20 metri di diametro.
L’impatto distruggerà completamente DART e l’ESA sta pianificando una ulteriore missione chiamata HERA che verrà lanciata presumibilmente nel 2024 e raggiungerà i due asteroidi nel 2027.
HERA studierà gli effetti prodotti dall’impatto di DART e avrà a bordo una dotazione di strumenti per lo studio più approfondito degli asteroidi.
Fonti: https://www.focus.it/scienza/spazio/prove-di-difesa-contro-gli-asteroidi; https://phys.org/news/2020-03-powerful-ion-nasa-dart-mission.html