Combustibile solido riavviabile per anni questa è stata una specie di chimera per chi lavora alla propulsione spaziale, e oggi un gruppo di ricercatori sostiene di averci messo le mani sopra grazie al plasma. La cosa interessante è che parliamo ancora di un esperimento da laboratorio, ma i primi risultati hanno convinto più di qualcuno. La firma è di un team che mette insieme Aerospace Corporation, la University of Southern California e la Naval Postgraduate School, tre realtà che hanno provato a risolvere il difetto storico di questo tipo di propellente.
Per capire perché la faccenda conta, bisogna partire da come funzionano i combustibili solidi. Sono blocchi compatti di propellente che contengono già al loro interno la sostanza ossidante. Basta una scintilla e parte la combustione. Fin qui tutto bene: questi sistemi sono semplici, hanno una lunga durata e un ottimo rapporto tra spinta e peso. Il guaio è uno solo, ma pesante. Una volta acceso, il combustibile brucia fino a esaurirsi e non c’è modo di fermarlo e farlo ripartire. Nelle manovre spaziali, dove serve accendere e spegnere il motore con precisione, è un limite serio. L’idea di usare l’elettricità per decidere quando far partire e quando interrompere la combustione circolava da tempo, ma nessuno c’era riuscito davvero.
Combustibile solido riavviabile: un ingrediente speciale e il trucco del plasma
Qui entra in gioco la parte più curiosa. I ricercatori hanno costruito il loro combustibile con un polimero liquido ionico. Anche se viene lavorato fino a diventare parte di una matrice solida, mantiene le proprietà di conducibilità elettrica dei sali fusi con cui è stato fabbricato. In pratica resta capace di condurre corrente pur essendo un blocco solido, e questo cambia tutto.
Al combustibile viene poi applicato un processo chiamato scarica di plasma pulsato nei nanosecondi, sigla inglese NPPD. Funziona così: si generano impulsi di altissimo voltaggio molto brevi, sotto i 100 nanosecondi, che innescano un fenomeno di ionizzazione e producono plasma. Quel plasma si forma nel gas della zona di combustione, e durante la ionizzazione nascono elettroni e radicali liberi. Grazie alla conducibilità ionica del propellente, questi interagiscono con il fronte della fiamma e ne prendono il controllo. Tradotto: la combustione si può fermare o riattivare semplicemente attivando o interrompendo gli impulsi elettrici. È esattamente il pezzo che mancava.
C’è anche un altro vantaggio non da poco. La forma compatta di questi combustibili li rende integrabili praticamente ovunque, dai piccoli CubeSat fino alle grandi navicelle. Niente serbatoi ingombranti, niente architetture complicate.
Chi ci guadagna di più
Se la tecnologia diventerà davvero utilizzabile, molte agenzie e aziende potrebbero saltarci sopra. Ma i veri beneficiari saranno i piccoli operatori di satelliti. Di solito questi non possono permettersi nei loro razzi uno stadio superiore complesso basato sui propellenti liquidi, che resta una soluzione costosa e impegnativa da gestire.
Eppure anche i satelliti più piccoli devono manovrare: accendere e spegnere il motore in passaggi come l’inserimento in orbita è fondamentale. I motori a propellente solido sono più semplici e possono arrivare a costare poco. Se i problemi che li frenano da sempre verranno risolti, il salto sarà reale tanto per i grandi quanto per i piccoli. Per ora c’è una prova di concetto in laboratorio, e ha funzionato.