Usando i razzi chimici tradizionali, un viaggio su Marte - al più presto - dura 6 mesi. La Ad Astra Rocket Company ha testato un razzo al plasma chiamato VASIMR VX-200, che funzionava a 201 kilowatt in una camera a vuoto, superando per la prima volta il segno dei 200 kilowatt. "Al momento è il razzo al plasma più potente del mondo", afferma Franklin Chang-Diaz, ex astronauta della NASA e CEO di Ad Astra. La società ha anche firmato un accordo con la NASA per testare un motore VASIMR da 200 kilowatt sulla Stazione Spaziale Internazionale nel 2013.
I test sulla ISS fornirebbero aumenti periodici alla stazione spaziale, che gradualmente scende in altitudine a causa della resistenza atmosferica. I potenziamenti della ISS sono attualmente forniti da veicoli spaziali con propulsori convenzionali, che consumano circa 7,5 tonnellate di propellente all'anno. Riducendo questo importo a 0,3 tonnellate, Chang-Diaz stima che VASIMR potrebbe risparmiare alla NASA milioni di dollari all'anno.
Il test della scorsa settimana è stata la prima volta che un prototipo su piccola scala del motore a razzo VASIMR (Variable Specific Impulse Magnetoplasma Rocket) è stato dimostrato a piena potenza.
I motori al plasma o ionici usano le onde radio per riscaldare gas come idrogeno, argon e neon, creando plasma caldo. I campi magnetici spingono il plasma caricato fuori dal retro del motore, producendo una spinta nella direzione opposta.
Forniscono molta meno spinta in un dato momento rispetto ai razzi chimici, il che significa che non possono liberarsi della gravità terrestre da soli. Inoltre, i motori a ioni funzionano solo nel vuoto. Ma una volta nello spazio, possono dare una spinta continua per anni, come il vento che spinge una barca a vela, accelerando gradualmente fino a quando il veicolo si muove più velocemente dei razzi chimici. Producono solo una libbra di spinta, ma nello spazio è sufficiente per spostare 2 tonnellate di carico.
A causa dell'alta velocità possibile, è necessario meno carburante rispetto ai motori convenzionali.
Attualmente, la navicella spaziale Dawn, in viaggio verso gli asteroidi Cerere e Vesta, utilizza la propulsione ionica, che le consentirà di orbitare attorno a Vesta, quindi partire e dirigersi verso Cerere. Questo non è possibile con i razzi convenzionali. Inoltre, nello spazio i motori a ioni hanno una velocità dieci volte quella dei razzi chimici.
La spinta del razzo è misurata in Newton (1 Newton è di circa 1/4 di libbra). L'impulso specifico è un modo per descrivere l'efficienza dei motori a razzo e viene misurato nel tempo (secondi). Rappresenta l'impulso (cambiamento di quantità di moto) per unità di propellente. Maggiore è l'impulso specifico, meno propellente è necessario per ottenere un dato momento.
I motori di Dawn hanno un impulso specifico di 3100 secondi e una spinta di 90 mNewton. Un razzo chimico su un veicolo spaziale potrebbe avere una spinta fino a 500 Newton e un impulso specifico di meno di 1000 secondi.
Il VASIMR ha 4 Newton di spinta (0,9 libbre) con un impulso specifico di circa 6.000 secondi.
Il VASIMR ha altre due importanti caratteristiche che lo distinguono dagli altri sistemi di propulsione al plasma. Ha la capacità di variare i parametri di scarico (spinta e impulso specifico) al fine di soddisfare in modo ottimale i requisiti della missione. Ciò comporta il tempo di percorrenza più basso con il carico utile più elevato per un determinato carico di carburante.
Inoltre, VASIMR non ha elettrodi fisici a contatto con il plasma, prolungando la vita del motore e consentendo una maggiore densità di potenza rispetto ad altri design.
Per fare un viaggio su Marte in 39 giorni, un motore ionico VASIMR da 10 a 20 megawatt dovrebbe essere accoppiato con l'energia nucleare per ridurre drasticamente i tempi di transito umano tra i pianeti. Più breve è il viaggio, meno tempo gli astronauti sarebbero esposti alle radiazioni spaziali e un ambiente di microgravità, entrambi ostacoli significativi per le missioni su Marte.
Il motore funzionerebbe sparando continuamente durante la prima metà del volo per accelerare, quindi girando per rallentare il veicolo spaziale per la seconda metà. Inoltre, VASIMR potrebbe consentire un abbandono sulla Terra in caso di problemi durante le prime fasi della missione, una capacità non disponibile per i motori convenzionali.
VASIMR potrebbe anche essere adattato per gestire gli elevati carichi utili delle missioni robotiche e spingere le missioni di carico con una frazione di massa molto elevata del carico utile. I tempi di viaggio e la massa del carico utile sono le principali limitazioni dei razzi termici convenzionali e nucleari a causa del loro impulso specifico intrinsecamente basso.
Chang-Diaz ha lavorato allo sviluppo del concetto VASIMR dal 1979, prima di fondare Ad Astra nel 2005 per sviluppare ulteriormente il progetto.
Fonte: PhysOrg
