Cavalcando un raggio di energia nello spazio

Questa settimana al 45a conferenza e mostra sulla propulsione congiunta a Denver, ricercatori, scienziati e ingegneri discuteranno degli ultimi progressi nei sistemi di propulsione per veicoli spaziali e aerei commerciali.

Un primo modello di un veicolo leggero a propulsione laser.
Credito: Rensselaer Polytechnic Institute

Un argomento in esame è la propulsione a energia del raggio, che utilizza un raggio di energia diretto a un veicolo spaziale per riscaldare il suo propellente o per fornire elettricità al suo motore. Rimuovendo la fonte di energia dal razzo stesso, la propulsione a energia del raggio ha il potenziale per rendere il lancio di veicoli spaziali più economico e affidabile.

Nella propulsione chimica convenzionale, enormi quantità di energia sono immagazzinate nel carburante di un razzo, che costituisce una quantità significativa del suo peso. Inoltre, i sistemi chimici vengono riscaldati a temperature superiori al punto di fusione di alcuni materiali nel razzo stesso, afferma Alexander Bruccoleri, ricercatore del dipartimento di aeronautica e astronautica del MIT, che ha recentemente ricevuto il master dallo Space Propulsion Lab. Bruccoleri ha presentato un documento alla conferenza del 3 agosto su una metrica di confronto da lui inventata per testare i sistemi di energia a fascio.

L'energia del raggio è stata inventata alla fine degli anni '70 dal NASA Ames Research Center e dal California Institute of Technology. L'idea era di utilizzare i laser come scambiatore di calore: prendere l'energia e creare un fluido caldo che può espandersi dall'ugello, afferma Bruccoleri. Ora i ricercatori stanno esplorando sistemi laser a terra che riscaldano combustibili come l'idrogeno a una temperatura più facile da gestire. Le molecole di idrogeno possono essere accelerate due volte più velocemente delle molecole d'acqua alla stessa temperatura, fornendo una migliore velocità di scarico, la spinta che si ottiene per la velocità con cui si brucia il propellente, afferma Bruccoleri. L'utilizzo della luce come fonte di alimentazione esterna può alleviare il peso e la massa di avere un sistema di bordo, lasciando spazio per carichi utili scientifici, ad esempio, e fornisce più potenza propulsiva.

Gioco Myrabo , professore associato di ingegneria meccanica, aerospaziale e nucleare al Rensselaer Polytechnic Institute di Troy, NY, afferma che gli ultimi tre-cinque anni hanno avvicinato questi sistemi alla realtà perché le tecnologie di trasmissione di energia come i raggi laser e i sistemi a lunghezza d'onda millimetrica sono diminuiti di costo . Myrabo, fondatore di Tecnologie Lightcraft , ha dimostrato che si può spingere un piccolo veicolo leggero a 71 metri in aria usando impulsi di luce che riscaldano il propellente. Attualmente ha una sovvenzione quinquennale dall'aeronautica americana per esplorare la propulsione laser per il lancio di satelliti a costi estremamente bassi e ad alta affidabilità e sta conducendo test in Brasile in collaborazione con l'aeronautica di quel paese.

Mentre Myrabo afferma che tali sistemi potrebbero essere una realtà in 5-10 anni, altri sono scettici. Kevin Johnson, un manager di esplorazione spaziale e propulsione di veicoli spaziali presso Sistemi spaziali Lockheed Martin a Denver, ad esempio, esprime preoccupazione per la potenziale interferenza atmosferica con il raggio. Greg McAllister, un ingegnere di propulsione dello staff senior anche alla Lockheed Martin, è d'accordo e afferma che una fonte di energia abbastanza potente da spingere un razzo potrebbe anche bruciarlo. (McAllister presenterà un documento alla conferenza sui test dei propulsori a acceleratore a impulsi utilizzati per la missione Mars Phoenix.)

Johnson afferma che mentre il sistema potrebbe generare energia sufficiente da una stazione a terra e ridurre i costi, mancano più di 20 anni dall'essere fattibile.

Un volo di prova di un veicolo leggero utilizzando impulsi di luce condotto da Myrabo nel 2000 a White Sands Missile Range nel New Mexico. Credito: RPI

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