Motore al plasma

di Tech Universe · Pubblicato 30 Giugno 2019 · Aggiornato 6 Maggio 2020

In questo articolo parleremo del motore al Plasma, una fonte di energia che in futuro useremo come carburante per raggiungere altri pianeti.

Vedremo quindi se sarà possibile in futuro utilizzare un motore al Plasma. Come funzionano i motori al Plasma e quali sono le possibili applicazioni di questa tecnologia in ambito delle esplorazioni spaziali.

Indice

Aurora polare

Gli spettacoli di luce polare sono chiamati aurore. Sono dei vortici di gas elettrificato scagliato nella nostra direzione dal sole. I ricercatori vedono in questa sostanza dinamica detta “Plasma” una nuova fonte di energia che un giorno potrebbe diventare il carburante più utilizzato dall’umanità. Gli scienziati vogliono realizzare quello che può sembrare un sogno impossibile; rivoluzionare i viaggi nello spazio.

Aurora polare

Con un nuovo tipo di motore al Plasma per un razzo o per una sonda spaziale, si assicurerà un modo più veloce ed efficiente di spostarsi nello spazio. Il nostro pianeta è bombardato da un vapore costante di particelle cariche emesse dal sole. I campi magnetici terrestri canalizzano queste particelle trasformando la notte in uno spettacolo di colori.

Razzo con motore al Plasma

Tornando agli albori della missilistica, per oltre cento anni la tecnologia di un razzo non è cambiata. Si riempie un cilindro con sostanze chimiche volatili e si innesca un’esplosione controllata per far spingere il razzo. La forza dell’esplosione deve essere abbastanza forte per vincere la gravità terrestre e trasportare un carico in orbita.

Motore al Plasma

Un sistema che però non è molto efficiente. Più pesante è il carico, più carburante si utilizzerà per sollevare il razzo e per portarlo nello spazio. Senza dubbio, un enorme consumo di carburante e risorse. Indipendentemente dal peso di un veicolo spaziale, per sfuggire alla gravità terrestre bisogna raggiungere una velocità minima di quarantamila chilometri orari.

I primi razzi non avevano abbastanza carburante per un’accelerazione sufficiente per arrivare verso pianeti più distanti. La maggior parte delle missioni spaziali al di fuori della terra hanno fatto affidamento solo sulla loro velocità del lancio iniziale. Invece, i razzi di oggi promettono una maggiore autonomia con una potenza sufficiente a raggiungere obiettivi lontani e più rapidamente.

L’idea, è che una volta nello spazio i razzi usino l’elettricità per creare una leggera forza che nel tempo possa accelerare di molto la loro velocità.

Plasma e onde radio

Il plasma sul nostro pianeta si presenta solo in rare circostanze; in una fiamma incandescente, in un fulmine o in un trasformatore elettrico bruciato. Composto da elettroni con carica negativa e ioni positivi, il plasma è il più delle volte elettricamente neutro in quanto le cariche si compensano. Per la prima volta, il plasma venne scoperto dal fisico Irving Landver nel 1920.

Questo fisico scoprì che il plasma era anche un liquido portato dalle cellule del sangue. La sua importanza divenne chiara quando gli ingegneri notarono che le onde radio avrebbero in alcune condizioni potuto viaggiare oltre il nostro campo visivo. Hanno scoperto che i segnali potevano rimbalzare fuori da questo stato conduttore in quello che è chiamato propagazione Skywave.

Nella seconda guerra mondiale, ci fu una nuova era delle comunicazioni globali in cui le onde radio furono utilizzate per eseguire complessi movimenti logistici a livello mondiale. La presenza della ionosfera è dovuta a un flusso costante di particelle cariche o di plasma provenienti dal sole.

Una nave spaziale con componenti informatici complessi deve essere in grado di sopravvivere all’esposizione costante di queste particelle. Si sta cercando di progettare veicoli spaziali che in realtà saranno in grado di sfruttare le proprietà esplosive del plasma a differenza di altri combustibili della terra.

Plasma

Il plasma conduce elettricità e risponde ai campi magnetici nello spazio. Questa è una proprietà che influenza la formazione di strutture come le galassie. Giocano un ruolo importante in alcuni dei processi più violenti dell’universo come la formazione di un buco nero. Un buco nero si forma dopo la morte di una stella gigante quando la materia collassa nel suo nucleo in immensi turbinii in quelli che chiamiamo dischi di accrescimento.

I campi magnetici prendono forma espandendosi intorno alle regioni polari trascinano con sé enormi volumi di plasma per poi lanciarsi fuori a velocità elevate. Questi getti di plasma possono estendersi ben oltre i più grandi buchi neri. Gli studi scientifici sul plasma mostrano quello che potrebbe essere una sostanza complessa e fluttuante nel cuore del nostro sole.

Alte temperature e altissime pressioni di schiacciamento causano il contatto tra atomi di idrogeno che scatenano una reazione nucleare in cui gli stessi atomi si fondono con l’elio e il carbonio generando calore. Questo calore aumenta lentamente sulla superficie del sole in grandi pennacchi di plasma. Questo processo chiamato convezione mescola materia ed energia.

Anche se l’energia si forma all’interno, la gravità del sole e la densità possono soffocarne la fuga. Ciò è causato dai campi magnetici che si intrecciano e si avvolgono incanalando energia alla superficie. Le più grandi eruzioni solari chiamate espulsioni di massa coronale possono raggiungere fino ai nove milioni di chilometri l’ora.

Viaggiano per tutto il sistema solare e possono letteralmente infrangersi nel campo magnetico terrestre. Affinché le particelle solari si carichino, una parte segue l’orientamento delle linee del campo magnetico della terra trovando un’apertura ai poli. Queste particelle viaggiano attraverso l’atmosfera, accade quando notiamo le splendide luci delle aurore boreali nel lontano nord o le aurore australi.

Gli astronauti della stazione spaziale internazionale possono osservare le luci dell’aurora che circondano il bagliore delle stelle e delle città di notte.

Motore al plasma per i razzi

Nel Michigan, un team di ingegneri in un laboratorio sta per sfruttare questa strana sostanza per creare un motore al plasma per i razzi di ultima generazione. Questo laboratorio è dotato di una camera a vuoto gigante dando la possibilità di accelerare la ricerca sulla fisica della progettazione di motori al plasma a razzo dalle misure precise.

Si tratta sostanzialmente di una comunità di scienziati missilistici che si occupa dello studio sul plasma all’interno della Nasa e nelle imprese private. Poiché il plasma non si presenta naturalmente sulla terra, la sfida è quella di crearlo e quindi usarlo. Sostanzialmente, la combustione all’interno di un motore al plasma funziona iniettano un gas generalmente Argon.

Argon, o conosciuto semplicemente come “Argo” è un elemento chimico che appartiene alla tavola periodica. Il suo simbolo chimico è “Ar” mentre il suo numero atomico è 18. Si tratta di un gas nobile che costituisce all’incirca lo 0,95% del volume della nostra atmosfera terrestre. Viene iniettato l’Argon in una camera e bombardato con gas e con delle onde radio.

Vengono quindi sprigionati elettroni e viene trasformato in plasma. L’insieme di elettroni e ioni accelera mentre si muovono attraverso un campo magnetico generato da magneti superconduttori. Una seconda esplosione di onde radio riscalda il tutto fino a un milione di gradi celsius, sufficiente per dare la spinta a un veicolo spaziale.

Conclusioni sui motori al Plasma

Si sta cercando di cambiare lo schema delle esplorazioni nello spazio rompendo tutte le barriere della tecnologia e si cerca di aumentare la nostra capacità e la nostra conoscenza. L’obiettivo principale è quello di aprire nuove vie di esplorazione dello spazio. Sarebbe molto affascinante pensare che di poter superare i limiti verso nuove frontiere con tecnologie sempre più piccole e potenti.

Probabilmente, anzi, sicuramente, l’utilizzo dei motori al Plasma saranno soltanto l’inizio per le esplorazioni spaziali. La seconda meta sarà sicuramente il perfezionamento di questa tecnologia per poi passare a quella di curvatura. Quest’ultima, non è assolutamente fantasia, anzi, è una tecnologia che rispetta delle solide basi scientifiche.

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