Fisici russi risolvono il problema del blackout radiofonico per il rientro di veicoli spaziali

Quando la navicella spaziale torna sulla Terra, una delle parti più tese della missione è il black out radio che si verifica quando il veicolo rientra nell'atmosfera. Viaggiando a velocità ipersoniche comprese tra Mach 8 e 15, il veicolo spaziale riscalda e scompone le molecole nell'atmosfera provocando la formazione di un plasma. È questa guaina di plasma che impedisce la comunicazione radio.

Per i veicoli spaziali con equipaggio che rientrano dall'orbita, il black out della radio dura un paio di minuti, creando mani sudate per tutti gli interessati.

Nel corso degli anni, numerosi gruppi hanno studiato vari modi per aggirare questo problema. Un'idea è quella di utilizzare segnali a bassa frequenza che non siano bloccati dal plasma. Tuttavia, questi forniscono solo basse velocità di trasmissione dati.

Un altro è modellare l'imbarcazione in modo che il plasma non si formi in determinate aree in cui è possibile posizionare un'antenna radio. Ma questo significa che l'intero veicolo deve essere progettato attorno al sistema di comunicazione, che quindi non può essere modificato.

Un'altra idea è posizionare l'antenna radio nella punta del naso in modo che sporga oltre il plasma. Ciò consente la comunicazione radio fino a quando l'antenna non si consuma a causa dell'ablazione.

Nessuna di queste soluzioni è ideale. Ma oggi, Aleksandr Korotkevich del Landau Institute for Theoretical Physics di Mosca e alcuni amici rivelano un nuovo modo per aggirare questo problema.

La loro idea è di utilizzare le proprietà del plasma stesso per eettere la trasmissione nello stesso modo in cui un esperto di judo usa la forza e il movimento di un avversario per sconfiggerlo. Questo sembra un approccio semplice ed elegante.

Prima un po' di sfondo. I plasmi assorbono onde elettromagnetiche vicine a una speciale frequenza di risonanza chiamata frequenza del plasma, che dipende dalle proprietà del plasma stesso come la sua densità.

Korotkevich e colleghi sottolineano che qualsiasi segnale in arrivo vicino a questa frequenza viene sia riflesso che assorbito dal plasma. Il segnale riflesso viene perso ma l'energia assorbita crea un campo elettrico risonante ad una certa profondità con il plasma.

Questo è un punto cruciale. In effetti, questo strato all'interno del plasma agisce come un'antenna radio, ricevendo il segnale. Tuttavia, il segnale non può viaggiare ulteriormente attraverso il plasma fino al veicolo spaziale.

La nuova idea è quella di eliminare questo strato con onde radio generate dall'interno del veicolo spaziale. Queste onde saranno sia assorbite dal plasma che riflesse all'interno del veicolo spaziale. Tuttavia, il punto chiave è che le onde riflesse dovrebbero essere modulate da eventuali cambiamenti nel campo elettrico all'interno del plasma.

In altre parole, le onde riflesse dovrebbero portare una sorta di impronta del segnale radio esterno originale. Ciò consentirebbe al controllo a terra di comunicare con i propri astronauti.

Korotkevich e amici dicono che la stessa idea può essere usata al contrario per trasmettere segnali. In questo caso, fai semplicemente esplodere la guaina di plasma dall'interno del veicolo spaziale con il segnale che vogliono trasmettere. Questo trasferisce il segnale di trasmissione al campo elettrico interno del plasma, che quindi irradia un segnale molto più debole nell'atmosfera.

Korotkevich e compagni affermano che la debolezza del segnale di trasmissione non ha importanza perché i ricevitori a terra possono essere estremamente sensibili, sicuramente molto più di quelli mobili.

È un'idea intelligente. In effetti, stanno trasformando la guaina di plasma in un'antenna gigante che riceve e trasmette messaggi. E dicono che può essere ottenuto con trasmettitori standard che sono disponibili più o meno in commercio oggi.

Ci sono alcuni avvertimenti, ovviamente. Sebbene lo studio che pubblicano oggi sia interessante, considera solo un caso idealizzato e numerosi dettagli aggiuntivi dovranno essere presi in considerazione per far funzionare un prototipo.

Una domanda, ad esempio, è se i segnali radio cambieranno il comportamento aerodinamico del plasma, creando instabilità che potrebbero mettere in pericolo il velivolo.

Korotkevich e compagni dicono di no, perché i segnali radio variano molto più rapidamente di qualsiasi instabilità del plasma. In effetti, si può pensare che il plasma sia congelato alle frequenze radio, dicono.

Tuttavia, ciò non esclude effetti non lineari che possono consentire a piccole instabilità di crescere rapidamente. Questo è qualcosa che dovrà essere studiato in modo più dettagliato.

Naturalmente, il grande interesse verrà probabilmente dai militari. Mentre il black-out radio è poco più che irritante per le missioni umane, è una grave limitazione per le navi militari come i missili balistici o gli aerei ipersonici. Il black out radio impedisce a questi veicoli di accedere ai segnali GPS per la navigazione e non consente loro di essere reindirizzati o disarmati all'ultimo minuto.

Se Korotkevich e compagni hanno trovato un modo pratico per risolvere questo problema, è probabile che le loro idee siano estremamente preziose in certi ambienti.

Rif: arxiv.org/abs/0704.3103 : Comunicazione attraverso guaine al plasma

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