Il Regno Unito sta considerando la propulsione nucleare nello spazio

Il Regno Unito sta considerando la propulsione nucleare nello spazio

Se gli esseri umani intendono diventare una specie interplanetaria (o interstellare, se è per questo), allora avremo bisogno di nuovi metodi di propulsione che combinino un livello significativo di spinta con l’efficienza del carburante. Un’opzione che la NASA sta esplorando da decenni è quella delle navicelle spaziali che si basano sull’energia nucleare, che può assumere la forma di propulsione nucleare-elettrica o nucleare-termica (NEP/NTP).

Nell’attuale era dell’esplorazione dello spazio, anche altre agenzie spaziali stanno studiando questa tecnologia. Ad esempio, il Agenzia Spaziale del Regno Unito recentemente firmato un contratto con la società britannica di ingegneria automobilistica Rolls-Royce. Come da loro compito, Rolls-Royce studierà le applicazioni per l’energia nucleare e la propulsione. Dati i precedenti dell’azienda in materia di soluzioni meccaniche, elettriche e nucleari

Questo contratto rappresenta il primo passo di un processo che definirà e darà forma a soluzioni di energia nucleare per l’Agenzia Spaziale del Regno Unito, così come per l’Agenzia Spaziale Europea (ESA). Sulla base di precedenti studi ed esperimenti dell’inizio dell’era della corsa allo spazio, l’energia nucleare ha dimostrato di essere un mezzo di propulsione efficace e (soprattutto) si basa su una tecnologia collaudata e validata nel tempo.

Impressione dell’artista sul concetto di propulsione nucleare Rolls-Royce. Credito: Rolls-Royce

Oggi non mancano i ricercatori che esaltano i vantaggi dell’energia nucleare come mezzo per l’esplorazione dello spazio. Tuttavia, la ricerca sulle possibili applicazioni è stata alquanto limitata dalla chiusura dell’era Apollo. Per questo motivo, i recenti sforzi per far ripartire la palla sono stati accolti con grande entusiasmo. Come ha spiegato Dave Gordon, il vicepresidente senior della Rolls-Royce Defense del Regno Unito, in un comunicato stampa. comunicato stampa dell’azienda:

“Siamo entusiasti di lavorare con l’Agenzia Spaziale del Regno Unito su questo progetto pionieristico per definire le future tecnologie di energia nucleare per lo spazio. Crediamo che ci sia una reale capacità di nicchia nel Regno Unito in questo settore e che questa iniziativa possa basarsi sulla forte rete nucleare e sulla catena di approvvigionamento del Regno Unito.

“Non vediamo l’ora di sviluppare questo e altri entusiasmanti progetti spaziali in futuro, mentre continuiamo a sviluppare il potere di proteggere il nostro pianeta, mettere al sicuro il nostro mondo ed esplorare il nostro universo”.

Come si è detto, la ricerca sulla propulsione nucleare risale alla prima era spaziale. Tra il 1959 e il 1972, l’Ufficio per la Propulsione Nucleare Spaziale della NASA (SNPO) ha condotto 23 test sui reattori presso il Stazione di sviluppo del razzo nucleare presso l’AEC’s Nevada Test Site, a Jackass Flats, Nevada. Nel 1961, la NASA e la Commissione per l’energia atomica (AEC) si riunirono per imbarcarsi nel Motore nucleare per applicazioni su veicoli a razzo (NERVA) programma.

Lo scopo di questo programma era quello di sviluppare un razzo nucleare-termico (NTP) che potesse permettere un rapido trasporto verso la Luna, Marte e altre località nello spazio profondo. In un razzo NTP, le reazioni di uranio o deuterio vengono utilizzate per riscaldare l’idrogeno liquido all’interno di un reattore, facendolo ionizzare in un plasma caldo che viene poi diretto attraverso gli ugelli per creare la spinta.

Al contrario, un razzo NEP comporta le stesse reazioni di base che generano calore, che viene poi utilizzato per generare l’elettricità che alimenta un motore elettrico (come un Hall-Effect Thruster). Purtroppo, il cambiamento delle priorità e il cambiamento del budget hanno portato a tagli che hanno costretto la NASA ad accantonare il lavoro con la propulsione nucleare entro la fine del 1972.

Secondo un relazione tecnica redatto dal dottor Michael G. Houts (il principale investigatore dell’NTP presso la NASA Marshall), un razzo NTP potrebbe generare 200 kWt di potenza utilizzando un singolo chilogrammo di uranio per un periodo di 13 anni – il che si traduce in un’efficienza del carburante di circa 45 grammi per 1000 MW-ora (il doppio rispetto ai razzi chimici). A questo ritmo, un razzo termico nucleare potrebbe compiere il viaggio verso Marte in metà del tempo (100 giorni!).

Negli ultimi anni, la ricerca sulla propulsione nucleare è ripresa ancora una volta al Marshall Space Flight Center della NASA. Con l’Agenzia Spaziale del Regno Unito a bordo, è probabile che l’ESA indagherà sulla propulsione nucleare anche per le missioni future. Roscosmos sta anche perseguendo la tecnologia NEP con la sua Modulo Trasporti ed Energia (TEM), con piani per realizzare il programma test del primo reattore all’inizio del 2020 e il primo test di volo orbitale entro il 2030.

Habitat di transito a energia nucleare
La concezione di un artista mostra un habitat di transito su Marte con un sistema di propulsione nucleare. Credito: NASA

Nel 2017, la China Aerospace Science and Technology Corp. (CASC) – il principale appaltatore dell’Agenzia Spaziale Nazionale Cinese (CNSA) – ha pubblicato il suo “Tabella di marcia del trasporto spaziale.” Oltre allo sviluppo di un aereo spaziale riutilizzabile (simile all’X-37B), questo documento richiedeva anche la creazione di un aereo spaziale monostadio in orbita (SSTO) e di razzi completamente riutilizzabili entro il 2030, e di uno shuttle a propulsione nucleare entro il 2045.

Tra la NASA, l’ESA, Roscomos, la Cina e l’India, ci sono alcuni piani molto ambiziosi per l’esplorazione dello spazio nei prossimi decenni. Questi includono il ritorno sulla Luna (o l’invio di astronauti per la prima volta) e la costruzione di basi che consentano una presenza umana sostenuta. Tra il 2030 e il 2040, tutti i principali attori spaziali sperano di aver posto delle impronte (ed eventualmente degli habitat) anche su Marte.

Come Dr. Graham Turnock, Direttore Generale dell’Agenzia Spaziale del Regno Unito, indicato in un’agenzia comunicato stampa:

“L’energia e la propulsione nucleare spaziale è un concetto che cambia il gioco e che potrebbe sbloccare future missioni nello spazio profondo che ci porteranno su Marte e oltre. Questo studio ci aiuterà a capire il potenziale entusiasmante delle navicelle spaziali a propulsione atomica e se questa nascente tecnologia possa aiutarci a viaggiare più lontano e più velocemente che mai nello spazio”.

L’idea dell’artista di un razzo nucleare bimodale che compie il viaggio verso la Luna, Marte e altre destinazioni nel sistema solare. Credito: NASA

Secondo al Ministro della Scienza del Regno Unito Amanda Solloway, questa ricerca rappresenta anche un’opportunità per l’industria aerospaziale. Mentre il governo e l’industria cercano di trovare il modo di ricostruire modelli economici più solidi e sostenibili, l’esplorazione dello spazio potrebbe utilizzare questo tempo per introdurre un pensiero fresco e più lungimirante:

“Mentre ci ricostruiamo meglio dalla pandemia, sono le partnership come questa tra imprese, industria e governo che contribuiranno a creare posti di lavoro e a portare avanti le innovazioni pionieristiche che faranno avanzare il volo spaziale nel Regno Unito”.

“L’energia nucleare presenta possibilità di trasformazione per l’esplorazione dello spazio e questo studio innovativo con Rolls-Royce potrebbe aiutare a spingere la nostra prossima generazione di astronauti nello spazio più velocemente e più a lungo, aumentando significativamente la nostra conoscenza dell’universo”.

In tre anni, la prima missione con equipaggio oltre la Low Earth Orbit (LEO) per la prima volta dalla fine dell’era Apollo (1972). Entro la fine del decennio, speriamo di avere un’infrastruttura permanente sulla Luna e intorno alla Luna che faciliti le missioni su Marte. Entro la metà del secolo, potremmo anche inviare astronauti nella Cintura Principale e avere un avamposto permanente su Marte.

È probabile che saranno le navicelle spaziali equipaggiate con motori NTP o NEC a compiere il viaggio, trasportando equipaggi e carichi da e verso la Terra.

Ulteriori letture: Rolls-Royce, Agenzia Spaziale del Regno Unito