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Un futuro di energia solare per le missioni spaziali

La NASA vuole rendere i prossimi viaggi spaziali più efficienti dal punto di vista dei consumi di carburante.

di Tatyana Woodall 25-11-21
Nell'agosto del 2022, una sonda della NASA chiamata Psyche partirà per esplorare Psyche 16, un gigantesco asteroide ricco di oro e minerali preziosi, per aiutare gli scienziati a saperne di più su come si formano i pianeti. Il modo in cui Psyche raggiungerà il suo obiettivo, tuttavia, sarà diverso dalle tipiche missioni della NASA. 
 
Basandosi sulla tecnologia utilizzata nelle missioni precedenti, tra cui Dawn e Deep Space 1, l'energia solare aiuterà a spingere Psiche nello spazio profondo. Se avrà successo, potrebbe essere l'inizio di una nuova era di utilizzo di sonde più efficienti dal punto di vista del consumo di carburante per l'esplorazione dello spazio e per le missioni commerciali. 

I veicoli spaziali tradizionali si affidano a reazioni chimiche tra una combinazione di combustibili liquidi per spostarsi piuttosto. Psyche utilizzerà due giganteschi pannelli solari per convertire l'energia solare in elettricità che alimenterà quattro propulsori ionici. Quest'elettricità trasformerà i serbatoi di gas xeno (lo stesso tipo usato nei fari delle auto) in ioni xeno, che i quattro propulsori di Psiche espelleranno per spingere delicatamente la navicella verso l'asteroide, che orbita tra Marte e Giove, a più di 2,4 miliardi di km dalla Terra.

Mentre altri veicoli spaziali, come Lucy, hanno utilizzato l'energia solare per azionare strumenti, Psyche sarà tra le prime missioni nello spazio profondo della NASA a utilizzare l'energia solare sia per le operazioni di bordo sia per la propulsione. Paulo Lozano, direttore del laboratorio di propoulsione spaziale del MIT, afferma che Psyche potrebbe gettare le basi per la futura esplorazione dello spazio con l’energia solare. Alla fine, la tecnologia potrebbe aiutarci a indagare su più oggetti celesti per periodi più lunghi e rendere potenzialmente le missioni con equipaggio umano al di fuori dell'orbita terrestre più convenienti e fattibili.  

Poiché un veicolo spaziale che utilizza la propulsione elettrica solare richiede meno propellente di uno alimentato chimicamente, ha più spazio a bordo per merci, strumenti scientifici e, un giorno, astronauti. Un’azienda, Accion Systems, sta sviluppando propulsori ionici più efficienti per Cubesat, satelliti più grandi e altri veicoli spaziali. 

La tecnologia di propulsione solare è già comune nei satelliti in orbita attorno alla Terra, ma fino ad ora non è stata un'alternativa abbastanza potente ai motori a propulsione chimica da utilizzare spesso nei veicoli spaziali diretti nello spazio profondo. I progressi nella propulsione solare elettrica cambieranno la situazione.

La tecnologia alla base di Psyche ha avuto il suo primo test importante con Dawn, un'astronave esplorativa che utilizzava energia solare e propulsori ionici. Nel 2018, tre anni dopo la fine della sua missione, Dawn ha smesso di dare segni di vita mentre orbitava intorno al pianeta nano Cerere (dove rimarrà in orbita per decenni). Questi propulsori possono funzionare per anni senza finire il carburante, ma forniscono una spinta relativamente bassa rispetto alla propulsione convenzionale.  

I propulsori di Psyche saranno in grado di generare una spinta tre volte maggiore rispetto ai suoi predecessori e, circa un anno dopo il lancio, riceveranno aiuto dall'attrazione gravitazionale di Marte per cambiare la traiettoria prima di raggiungere il suo obiettivo nel 2026.  A quel punto, Psiche trascorrerà poco meno di due anni in orbita attorno all'asteroide. La sua missione sarà quella di esaminare il nucleo di ferro dell'asteroide per determinare se ha gli stessi elementi che sono stati scoperti nel nucleo ad alta pressione della Terra, il che può aiutare i ricercatori a saperne di più su come si formano i pianeti. 

Anche se non siamo in grado di visualizzare direttamente il nucleo della Terra, Psyche utilizzerà un imager multispettrale, uno strumento dotato di filtri e due fotocamere per ottenere dati geologici, compositivi e topografici ad alta risoluzione dall'asteroide. Se il suo nucleo si dimostrasse simile a quello dei piccoli pianeti rocciosi, gli scienziati potrebbero determinare eventuali origini simili. Poiché si pensa che Psiche 16 sia il nucleo di un pianeta che non si è formato, uno sguardo ravvicinato potrebbe fornire dettagli sulla formazione del sistema solare interno. 

Nel 2017, Psyche è stata scelta come una delle due missioni a basso costo del Discovery Program della NASA. Dietro la supervisione dell'Arizona State University, Psyche disponeva di un tetto di spesa di circa 450 milioni di dollari per assicurarsi che potesse arrivare fino allo spazio profondo. Il problema è che quando un veicolo spaziale si allontana dal Sole, diventa più difficile per i suoi pannelli solari catturare la luce del Sole e alimentare i suoi propulsori ionici. Per questa ragione una volta che Psiche avrà superato Marte, dovrà rallentare. Per andare ancora oltre, i veicoli spaziali potrebbero aver bisogno di fare affidamento sulla propulsione termica nucleare, a cui anche la NASA sta lavorando. 

(rp)