La propulsione a razzo 3

Scritto da Patrizio C. Casiraghi Lunedì 04 Maggio 2009

I razzi a combustibili liquidi sono i più usati, idonei specialmente se c’è la necessità di variare la spinta o se devono essere accesi e spenti più volte, previa adeguata progettazione. In campo astronautico vi sono poi anche razzi a combustibile solido, usati solo per il volo in atmosfera.

Essi sono costituiti da un involucro che contiene una “barra cava” di combustibile. La cavità del combustibile funge da camera di combustione ed a seconda di come è sagomata è possibile fare in modo che il razzo modifichi la sua spinta. Ovviamente la sagomatura deve essere adeguata al profilo della missione da eseguire, perché i razzi a combustibile solido, una volta attivati, non possono più essere spenti né è possibile variare a piacere la loro spinta. Generalmente il combustibile impiegato sono gelatine e polveri, spesso inerti a scariche elettriche o alle fiamme libere, ma che avviano dei processi a catena, molto energetici, solo entrando in contatto con determinate sostanze. Prototipi di razzi a combustibili misti sono stati realizzati ma sono stati scartati perché ancora oggi le tecnologie non consentono di realizzare propulsori affidabili.
Per il volo spaziale si utilizzano speciali miscele chimiche come l’idrazina, che contengono combustibile e comburente. Convogliate nella camera di combustione, s’attivano con una scarica elettrica.

Tali carburanti sono altamente corrosivi ma si conservano liquidi in ogni condizione ambientale, pertanto realizzare impianti per il loro stoccaggio e trasporto non comporta particolari difficoltà tecniche e sono di uso frequente per i razzi di manovra, meglio noti come razzi vernieri, di qualsiasi veicolo spaziale.  
Oltre ai razzi a combustibili chimici, ve  ne sono altri tre tipi: la propulsione atomica, la propulsione a fusione nucleare e la propulsione a ioni. Non appartengono alla fantascienza, ma sono tecnicamente realizzabili e solo il secondo caso non è ancora stato realizzato.
La propulsione atomica si ottiene facendo passare un fluido dentro ad un reattore a fissione o simile. Il fluido assorbe il calore, aumenta la sua energia e quindi la pressione. Tale fluido, passando per l’ugello di un razzo, genera spinta. Tale propulsione è stata testata con successo nello spazio mentre sono stati eseguiti degli esperimenti in atmosfera prima delle moratorie internazionali sugli esperimenti atomici. I risultati sono stati tutti molto positivi, ma tale propulsione è stata abbandonata perché porta con sé anche molti isotopi radioattivi, assolutamente nocivi per l’ambiente, infatti il vantaggio di tale propulsione sarebbe stato solo durante il volo atmosferico dei missili.

La propulsione a ioni si ottiene con un dispositivo che ionizza determinati elementi chimici che, attraverso un campo magnetico, sono espulsi dal propulsore. Il loro movimento all’indietro per reazione genera una spinta in avanti. La quantità di spinta è minima, come minima è la quantità di combustibile che viene ionizzato, ma potendo garantire una spinta costante per lungo tempo con consumi quasi irrisori, si ottengono con il tempo spinte considerevoli, per cui questo propulsore è stato installato su sonde spaziali destinate a voli di lunga durata, che sebbene all’inizio avevano una spinta debole, con il tempo hanno accumulato una grande velocità.
Il propulsore a fusione invece è solo allo stadio di progetto ma è giudicato valido. Il suo principio è simile a quello del propulsore a ioni, ma le spinte sono notevolmente più elevate. Il combustibile ideale un isotopo dell’elio: l’elio3. Il suo uso, sulla carta, dovrebbe essere rivoluzionario, ma al momento non è fattibile perché non c’è abbastanza elio3 sulla Terra e la sua raccolta, sulla superficie di altri pianeti o corpi celesti, presenta ancora notevoli difficoltà tecniche.
Vi sono altre forme di propulsione, ma come quelle indicate sopra, sono solo varianti della propulsione a razzo. L’unica forma di propulsione alternativa al razzo ed impiegabile solo nello spazio è quella della vela solare.

Ideata da un discepolo di Tziolkovskij, tale Tsander, essa sfrutta l’effetto dell’urto dei fotoni con una superficie solida. La luce infatti è composta da particelle chiamate fotoni che oltre ad essere radiazioni, hanno anche una piccola massa. Il loro urto provoca una spinta. Se sulla Terra tale fenomeno è verificabile solo in laboratorio, nello spazio, in assenza d’attriti, ogni minima spinta genera movimento, tanto che i satelliti artificiali devono spesso correggere la loro orbita a causa della spinta parassita indotta dalla luce solare. Tsander immaginava veicoli sospinti da grandi vele. Negli anni ’80 del ventesimo secolo fu promossa una gara per chi fosse riuscito a costruire un veicolo a vele solari da spedire verso Marte. Sulla carta i tempi di volo sarebbero stati identici a quelli di una qualsiasi sonda spaziale, ma alla fine la gara fu sospesa a causa della mancanza di tecnologie destinate a realizzare vele con superfici nell’ordine di kilometri quadrati. Le vele solari ancora oggi sono oltre la portata delle nostre tecnologie e comunque le spinte ottenibili sono troppo deboli per immaginare un veicolo spaziale umano che ne faccia uso.  
La teoria della relatività einsteniana ci permetterebbe il volo verso altri astri della nostra galassia ed oltre, ma per attuarli occorrono conoscenze sulla fisica del nostro universo che ancora non sono in nostro possesso e che quando lo fossero, non è detto che ci consentano di volare nello spazio, nemmeno in tempi umanamente ragionevoli.
Per ora altre forme di propulsione esistono solo nella fantasia degli scrittori di fantascienza.