Testato un nuovo e potente propulsore che potrebbe portare gli esseri umani su Marte.

Il 24 febbraio, gli ingegneri del JPL nella California meridionale hanno effettuato un importante test del motore sperimentale, portandolo a livelli di potenza superiori a qualsiasi test simile condotto in precedenza negli Stati Uniti. Il propulsore funziona a vapore di litio metallico e rappresenta un significativo passo avanti nella propulsione elettrica.

Questo primo test ha spinto il prototipo oltre le capacità di qualsiasi propulsore elettrico attualmente utilizzato sui veicoli spaziali della NASA. Si prevede che i risultati guideranno una serie di esperimenti futuri volti a perfezionare e scalare la tecnologia.

“Alla NASA lavoriamo su molte cose contemporaneamente e non abbiamo perso di vista Marte. Le ottime prestazioni del nostro propulsore in questo test dimostrano un reale progresso verso l’invio di un astronauta americano sul Pianeta Rosso”, ha dichiarato l’amministratore della NASA Jared Isaacman. “Questa è la prima volta negli Stati Uniti che un sistema di propulsione elettrica ha funzionato a livelli di potenza così elevati, raggiungendo i 120 kilowatt. Continueremo a effettuare investimenti strategici che ci permetteranno di compiere il prossimo grande passo.”

Calore estremo e alta potenza all’interno della camera di prova del JPL

Durante cinque cicli di accensione, l’elettrodo centrale in tungsteno del propulsore si è riscaldato in modo considerevole, diventando incandescente e raggiungendo temperature superiori a 5.000 gradi Fahrenheit (2.800 gradi Celsius). Il test si è svolto all’interno del Laboratorio di Propulsione Elettrica del JPL, che ospita una camera a vuoto specializzata progettata per valutare in sicurezza i motori che utilizzano propellenti a vapore metallico a livelli di potenza estremamente elevati.

Come funziona la propulsione elettrica

I sistemi di propulsione elettrica sono molto più efficienti dei tradizionali razzi chimici, utilizzando fino al 90% in meno di propellente. Invece di produrre una potente spinta improvvisa, generano una spinta costante per lunghi periodi, accelerando gradualmente i veicoli spaziali fino a velocità molto elevate.

Le attuali missioni della NASA si basano già su questo approccio. Ad esempio, la sonda spaziale Psyche utilizza propulsori elettrici alimentati a energia solare che forniscono una spinta continua, raggiungendo infine velocità di 124.000 miglia orarie.

Il nuovo motore in fase di test è un propulsore magnetoplasmadinamico (MPD) alimentato al litio. Sebbene il concetto esista dagli anni ’60, non è mai stato utilizzato operativamente. A differenza dei sistemi esistenti, questo progetto utilizza forti correnti elettriche e campi magnetici per accelerare il plasma ricavato dal litio, producendo una spinta maggiore a livelli di potenza più elevati.

Livelli di potenza record e primi successi.

In questo test iniziale, il propulsore ha raggiunto una potenza di 120 kilowatt, oltre 25 volte la potenza dei motori attualmente in funzione su Psyche. Ciò lo rende il sistema di propulsione elettrica più potente mai testato negli Stati Uniti.

“La progettazione e la costruzione di questi propulsori negli ultimi due anni hanno rappresentato una lunga preparazione a questo primo test”, ha affermato James Polk, ricercatore senior presso il JPL. “È un momento importantissimo per noi perché non solo abbiamo dimostrato che il propulsore funziona, ma abbiamo anche raggiunto i livelli di potenza che ci eravamo prefissati. E sappiamo di avere un buon banco di prova per iniziare ad affrontare le sfide legate all’ampliamento della produzione.”

All’interno del test: una colonna di plasma incandescente

Polk osservò il test attraverso un oblò in una camera a vuoto raffreddata ad acqua lunga 8 metri. Una volta attivato, il propulsore produsse un pennacchio luminoso e brillante mentre il suo elettrodo esterno si riscaldava ed emetteva un vivido flusso di plasma rosso.

Polk ha dedicato decenni allo studio di questo tipo di propulsione, contribuendo a missioni precedenti come Dawn e Deep Space 1, che hanno dimostrato per la prima volta la propulsione elettrica oltre l’orbita terrestre.

Ampliamento delle missioni umane su Marte

La prossima sfida consiste nell’aumentare ulteriormente la potenza del motore. I ricercatori puntano a raggiungere livelli compresi tra 500 kilowatt e 1 megawatt per propulsore nei prossimi anni. Poiché il sistema opera a temperature estreme, gli ingegneri devono dimostrare che può funzionare in modo affidabile per lunghi periodi.

Una missione con equipaggio su Marte potrebbe richiedere una potenza totale compresa tra 2 e 4 megawatt. Ciò implicherebbe probabilmente il funzionamento simultaneo di più propulsori per oltre 23.000 ore.

Perché i propulsori al plasma di litio sono importanti

I propulsori MPD alimentati al litio offrono diversi vantaggi. Possono operare a potenze molto elevate, utilizzare il propellente in modo efficiente e produrre una spinta maggiore rispetto agli attuali sistemi di propulsione elettrica. Se abbinati a una fonte di energia nucleare, potrebbero ridurre la massa totale necessaria per il lancio, consentendo al contempo il trasporto di carichi utili più pesanti per le missioni con equipaggio.

Questa combinazione potrebbe rendere le missioni di lunga durata su Marte più pratiche ed economicamente vantaggiose.

Collaborazione e sviluppo futuro

Lo sviluppo di questo propulsore è in corso da due anni e mezzo. Il progetto è guidato dal JPL, in collaborazione con l’Università di Princeton nel New Jersey e il Glenn Research Center della NASA a Cleveland.

I finanziamenti provengono dal progetto Space Nuclear Propulsion della NASA, avviato nel 2020 per sviluppare le tecnologie chiave necessarie per i sistemi di propulsione nucleare elettrica di classe megawatt. Il programma ha sede presso il Marshall Space Flight Center di Huntsville, in Alabama, e fa parte della Space Technology Mission Directorate della NASA.