La propulsione spaziale avanzata. Soluzioni tecnologiche innovative per viaggiare oltre il Sistema solare, Luca DerosaIng. Luca Derosa, Lei è autore del libro La propulsione spaziale avanzata. Soluzioni tecnologiche innovative per viaggiare oltre il Sistema solare edito da Carocci: a che punto è la tecnologia di propulsione?
La propulsione spaziale è nei fatti ancora agli inizi. Praticamente ci siamo appena affacciati fuori dalla nostra “culla”, la Terra, con i primi strumenti che abbiamo trovato nelle vicinanze.

Ci sono stati grandi miglioramenti nelle prestazioni ottenute per i sistemi classici, a propulsione chimica, e recentemente è iniziato anche l’uso di propulsori elettrici. Ma veri salti in avanti, decisi e consistenti, non ne sono stati fatti. Cinquanta anni fa potevamo portare l’uomo sulla Luna e ora possiamo fare lo stesso o poco di più, come nel futuro prossimo potremo fare raggiungendo Marte.

Personalmente ritengo che serva più coraggio per guardare a salti tecnologici dirompenti. Puntando come minimo a sistemi nucleari o a soluzioni ancora più innovative. Le complicazioni sono certamente innumerevoli, ma se non si inizia a lavorare costantemente in questa direzione non faremo mai il salto. E saremo quindi destinati a rimanere confinati sulla Terra e nei suoi “dintorni”.

Quali sono i più innovativi e avveniristici sistemi propulsivi per lo spazio candidati per le future missioni al di fuori del Sistema solare?
Ritengo che i sistemi basati sull’energia nucleare siano quelli più concretamente realizzabili nel medio termine. In particolare, trovo molto interessanti e promettenti quelli basati su micro-bombe a fusione nucleare. Queste vengono espulse in sequenza dal retro dell’astronave, vengono investite da un fascio laser per innescare in esse il processo di fusione e grazie alla loro esplosione imprimono un’elevata spinta all’astronave stessa. Tale sistema è progettato in modo da risultare sicuro sia per essere utilizzato per missioni robotiche sia per missioni con astronauti a bordo e permetterebbe di raggiungere la stella Proxima Centauri, la più vicina a noi dopo il Sole, indicativamente in 50 anni. È una durata che può sembrare esageratamente ampia, ma si deve pensare che con i sistemi propulsivi attuali impiegheremmo centinaia di anni per raggiungere lo stesso obiettivo.

Un altro sistema molto interessante, ma forse più ambizioso, è costituito da una vela del diametro di 5 metri la quale riesce a generare la spinta voluta sfruttando antimateria e fissione nucleare. La vela è composta esternamente da strati molto sottili di fibra di carbonio e internamente di uranio 238. Da un serbatoio a bordo dell’astronave vengono lanciati antiprotoni (protoni con carica elettrica negativa) contro la parte interna, per far avvenire l’annichilazione con l’uranio che di conseguenza innesca la fissione nucleare. I prodotti della fissione vengono infine espulsi ad alta velocità nel verso opposto al volo generando la spinta richiesta.

Se però accettiamo di guardare a sistemi oggi considerati ancora avveniristici, possiamo citarne alcuni principali di significativo interesse tecnico-scientifico.

Un primo sistema è il ramjet interstellare, originariamente proposto da Bussard, il quale prevede la creazione di un gigantesco imbuto magnetico frontale per attirare dentro l’astronave i protoni e gli atomi di idrogeno liberi nello spazio interstellare, i quali possono poi essere utilizzati a bordo come combustibile per la fusione nucleare. I prodotti della fusione sono poi espulsi posteriormente ad alta velocità per generare la spinta.

Un secondo gruppo di soluzioni è costituito da sistemi, attualmente ancora non ben definiti dal punto di vista tecnologico, che possono controllare la gravità localmente, attorno all’astronave in volo, in modo da diminuirla o addirittura annullarla. Questi sistemi permetterebbero così degli spostamenti nello spazio, anche a distanze interstellari, con basse spinte e pochissimo propellente.

Un altro sistema propulsivo può essere basato sul cosiddetto effetto Casimir, grazie al quale è possibile estrarre energia dal vuoto cosmico. Se ciò diventasse possibile a livello pratico, si avrebbe a disposizione una fonte di energia quasi infinita. Ad oggi non esistono, tuttavia, progetti concreti per utilizzare questo effetto a scopi propulsivi.

È possibile ipotizzare l’uso di tunnel spazio-temporali, per spostarci nell’universo in tempi estremamente brevi grazie all’uso di scorciatoie create in dimensioni ulteriori rispetto a quelle che normalmente percepiamo. Per poterli creare a nostro piacimento e per far sì che siano stabili sono necessarie enormi quantità di energia e forse anche forme di energia oggi non accessibili/generabili.

In alternativa si può pensare a un sistema propulsivo a curvatura, ipotizzato per primo da Alcubierre e modificato da altri scienziati in seguito, il quale “in qualche modo” riuscirebbe a contrarre lo spazio davanti all’astronave avvicinando a sé l’obiettivo e a dilatare lo spazio dietro alla stessa astronave allontanando il punto di partenza. In pratica si può pensare in analogia a un lenzuolo (lo spazio) che viene fatto scorrere sotto di noi mentre rimaniamo sostanzialmente fermi così da raggiungere il bordo anteriore velocemente.

Un ulteriore sistema può basarsi sui tubi di Krasnikov, che permetterebbero di realizzare in tempi umani viaggi di andata e ritorno verso obiettivi posti a distanze interstellari. I viaggi di andata sarebbero “normali” voli ad elevatissima velocità, mentre i viaggi di ritorno sarebbero realizzati attraverso speciali tubi (non si pensi però a strutture solide) creati durante la prima parte della missione per tornare indietro nel tempo fino a istanti di poco successivi al momento della partenza.

Infine, è possibile prendere in considerazione la possibilità di viaggiare a distanze enormi in tempi estremamente brevi con il teletrasporto. È già oggi possibile teletrasportare informazioni e particelle tra punti distanti tra loro, ma la strada per permettere agli organismi viventi di fare lo stesso in sicurezza è ancora molto lunga.

L’interesse e l’attenzione per la propulsione avanzata sono testimoniate anche da libri, film e serie tv di fantascienza che parlano di sistemi riconducibili a quelli descritti nel volume: quali ritiene i più interessanti?
Sicuramente un grande fascino è attribuibile alle vele, in particolare vele solari, le quali sono presenti in diversi romanzi, serie TV, film e film d’animazione. Tra questi si possono citare Star Trek, differenti serie, e Star Wars. L’idea di poter utilizzare delle vele per essere spinti “gratuitamente” dalla radiazione solare è vecchia di più di cento anni e per questo sono stati condotti numerosi studi in tutto il mondo. Dagli anni Novanta in poi sono addirittura state utilizzate realmente in alcune missioni spaziali, per dimostrare la loro efficacia.

In molti film e serie TV di fantascienza sono presenti, più di ogni altro, sistemi che permettono di viaggiare tra punti diversi dell’universo (o di universi paralleli) in brevissimo tempo grazie ai tunnel spazio-temporali o al teletrasporto. Si pensi ad esempio a Stargate per la prima tipologia o a Star Trek per la seconda.

Quali curiosi aneddoti relativi alla propulsione avanzata contiene il libro?
Ad esclusione degli esperti e appassionati del settore, di certo non è noto che la nascita dell’astronautica è attribuibile al russo Konstantin Tsiolkovsky. Egli è quindi considerato il padre dell’astronautica, almeno dal punto di vista fisico-matematico, ma non era uno scienziato di una grande agenzia spaziale bensì “solo” un professore di matematica delle scuole superiori con una grande passionate per lo spazio. Durante i suoi studi formulò quella che universalmente è chiamata equazione del razzo o, in suo onore, equazione di Tsiolkovsky appunto.

Colui che invece è considerato uno dei più grandi scienziati spaziali della storia, oltre che protagonista dello sviluppo statunitense dell’astronautica e dello sbarco umano sulla Luna, è il prussiano (oggi diremmo polacco) Wernher von Braun. Le sue origini tecnico-scientifiche sono però decisamente discutibili, in quanto durante la seconda Guerra Mondiale collaborò col regime nazista allo sviluppo dei famigerati missili V-2, utilizzati ampiamente per distruggere obiettivi posti in Gran Bretagna e Belgio.

Luca Derosa, ingegnere aerospaziale, si è laureato al Politecnico di Torino, con tesi svolta in Thales Alenia Space, e ha poi conseguito un Master alla Stanford University e un Dottorato di ricerca al Politecnico di Torino. Dirige una società di ingegneria aerospaziale, si occupa di docenza universitaria e di ricerca su sistemi propulsivi spaziali innovativi e missioni interstellari a velocità relativistiche. È attivo da vent’anni nella divulgazione scientifica spaziale.

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