Primi successi per la propulsione a microonde

Una startup americana sta facendo importanti passi in avanti verso la realizzazione di una nuova forma di propulsione che promette di abbattere i costi dell’esplorazione spaziale. La startup è l’Escape Dynamics del Colorado e la tecnologia che sta sperimentando è una propulsione irradiata a microonde.

In un test svoltosi nei mesi scorsi, gli ingegneri della startup di Broomfield hanno inondato un propulsore in miniatura di energia microonde, riscaldando il propellente (elio) e generando di conseguenza una piccola spinta.

Parte del prototipo sviluppato dalla Escape Dynamics.

“Crediamo che usare la propulsione alimentata a microonde sia davvero il prossimo grande balzo in avanti nell’esplorazione del cosmo,” spiega Laetitia Garriott de Cayeux, a capo dell’Escape Dynamics.

A differenza della propulsione convenzionale, che custodisce l’energia all’interno del propellente stesso, quella irradiata a microonde prevede il trasferimento dell’energia da una stazione sulla Terra al veicolo di lancio, che, dotato di un apposito convertitore, è in grado di trasformare le microonde ricevute in energia termica e riscaldare il propellente, che viene poi espulso per generare spinta.

Il merito di questa nuova tecnologia è ridurre drammaticamente la complessità dei sistemi a propulsione tradizionale. Non poco, dato che, in termini ingegneristici, un sistema più complesso è un sistema più fragile. “A grandi linee, è un serbatoio, una turbopompa, uno scambiatore di calore e un ugello,” prosegue Garriott. “È un sistema molto semplice rispetto a un razzo chimico.”

Un altro particolare non insignificante è la straordinaria efficienza di questo nuovo sistema di propulsione, di gran lunga migliore della propulsione chimica sotto questo aspetto. La più diffusa combinazione di propellenti, l’idrogeno e l’ossigeno liquido, offrono un impulso specifico, un parametro chiave nel determinare l’efficienza di un razzo, di circa 450 secondi. Il sistema di propulsione in fase di sperimentazione presso i laboratori dell’Escape Dynamics avrebbe raggiunto un impulso specifico di oltre 500 secondi, con la possibilità di toccare i 750 sostituendo l’idrogeno all’elio. E naturalmente, più un razzo è efficiente, meno è il carburante necessario, e minori sono quindi i costi di lancio.

Un concetto di un veicolo spaziale alimentato da irraggiamento di microonde.

Tutti questi vantaggi vogliono dire che il carburante di un ipotetico veicolo di lancio a propulsione irradiata a microonde verrebbe a costituire solamente il 70 percento della massa totale al momento del decollo. “Ciò vuol dire che c’è un intero 30 percento a disposizione della struttura e del carico utile,” prosegue Garriott, “un mondo in più rispetto al 10 percento dei razzi chimici.”

Con quel 20 percento in più si potrebbe progettare senza troppi problemi economici o tecnici un sistema di riutilizzo del veicolo di lancio. “Pensiamo che il futuro sia negli spazioplani a stadio unico (SSTO, cioè single stage to orbit) e riutilizzabili,” prosegue Garriott. “Il motivo per cui i lanci alimentati a microonde sono il prossimo grande passo in avanti è che saranno in grado di produrre un impulso specifico superiore ai requisiti di un’operazione SSTO.”

L’Escape Dynamics pensa in grande, tanto da aver già iniziato a progettare il suo primo veicolo spaziale alato. La fase di lancio userebbe due trasmettitori di microonde da 400 megawatt ciascuno, uno situato nei pressi del sito di lancio per accelerare il razzo durante la sua prima fase di ascesa e l’altro posto a 200 chilometri, lungo la traiettoria del razzo, per accelerarlo e dargli l’ultima spinta necessaria a raggiungere l’orbita. Dopo aver completato un’orbita, il veicolo rientrerebbe e completerebbe un atterraggio orizzontale, pronto a volare di nuovo. Il veicolo sarebbe in grado di portare appena 200 chili nella bassa orbita terrestre, ma lo farebbe “a un centesimo dei prezzi attuali,” come spiega Garriott.

L’agenzia starebbe lavorando da tre anni a questo progetto. Entro il 2020, gli ingegneri sperano di aver concluso test su motori di dimensioni reali e con l’idrogeno al posto dell’elio. Solo dopo l’Escape Dynamics potrà iniziare a pensare al suo veicolo di lancio. Una tecnologia ancora molto lontana, ma senz’altro da tenere d’occhio.