Navicelle su Marte in 45 giorni grazie a un laser sparato dalla Terra: l'idea di alcuni ingegneri

Un gruppo di ingegneri della McGill University ritiene che una navicella spaziale possa raggiungere Marte in soli 45 giorni grazie alla spinta di un laser. L'idea (riportata da Phys.org, qui lo studio), partorita in seguito a una richiesta della NASA, è affascinante e potrebbe rappresentare una soluzione per creare una colonia umana stabile sul Pianeta Rosso.

Nel 2018 la NASA chiese agli ingegneri di tutto il mondo di progettare una missione su Marte capace di consegnare un carico di almeno 1000 chilogrammi in non più di 45 giorni. Un lasso di tempo estremamente ridotto, da una parte pensato per garantire rifornimenti costanti alla futura colonia, dall'altra volto a ridurre al minimo il tempo di esposizione degli astronauti agli effetti dannosi dei raggi cosmici e delle tempeste solari. SpaceX, giusto per fare un confronto, punta a portare su Marte un equipaggio umano in circa 6 mesi con le sue prime spedizioni.

Secondo gli ingegneri della McGill, la risposta alla richiesta della NASA giace nella "propulsione laser-termica". Tutto si basa su un insieme di raggi infrarossi con un diametro di 10 metri, posizionato sulla Terra e costituito da tantissimi raggi con una lunghezza d'onda di circa un micron per un totale di 100 megawatt, l'energia elettrica richiesta da circa 80.000 famiglie statunitensi.

Il laser, così composto, serve a riscaldare il plasma di idrogeno all'interno di una camera posizionata dietro al veicolo spaziale. Il gas, sprigionato da un'apertura sulla camera, produce la spinta utile al viaggio.

Riscaldando il nucleo fino a una temperatura di 40.000 kelvin, il gas idrogeno inizierebbe a scorrervi attorno raggiungendo i 10.000 K, fino a essere espulso da un ugello: in questo modo si creerebbe una spinta per allontanare la navicella dalla Terra per un intervallo di 58 minuti. Parallelamente, dei propulsori laterali consentirebbero alla navicella di rimanere allineata al raggio laser mentre la Terra ruota.

Una volta terminata questa fase, il veicolo si troverebbe a viaggiare a una velocità di quasi 17 chilometri al secondo, superando così la distanza tra il nostro pianeta e la Luna in sole otto ore. Tutto perfetto finora, ma come frenare la navicella in modo sicuro?

La navicella non può trasportare un propellente chimico per frenare come le moderne sonde, in quanto il carburante necessario ridurrebbe la massa del carico utile a meno del 6% dei 1.000 chilogrammi originari. Inoltre, non è possibile replicare su Marte un sistema laser equivalente a quello sulla Terra per far sì che la navicella freni grazie alla spinta inversa. A quanto pare c'è una sola strada da percorrere e si chiama "aerocattura", ovvero usare l'attrito con l'atmosfera per far decelerare il velivolo.

L'aerocattura è una manovra rischiosa ma non impossibile, in quanto il veicolo spaziale subisce decelerazioni fino a 8 g, anche se solo per pochi minuti. Inoltre, il calore generato dall'attrito con l'atmosfera potrebbe rappresentare una sfida per i materiali termici tradizionali, ma non per quelli in fase di sviluppo. Insomma, si può fare, magari non nell'immediato ma in futuro.

"La propulsione laser-termica consente missioni di trasporto rapido di 1 tonnellata con insiemi di laser delle dimensioni di un campo da pallavolo, qualcosa che la propulsione laser-elettrica può fare solo con insiemi chilometrici", ha dichiarato Emmanuel Duplay, principale autore dello studio.

Un grande vantaggio della propulsione laser-termica è rappresentato dal rapporto massa-potenza estremamente basso, nell'intervallo 0,001-0,010 kg/kW - "impareggiabile", scrivono gli ingegneri, "molto al di sotto anche di quelli indicati per le tecnologie avanzate di propulsione nucleare, a causa del fatto che la fonte di alimentazione rimane sulla Terra e il flusso erogato può essere elaborato da un riflettore gonfiabile di piccola massa".

La propulsione laser-termica era stata studiata per la prima volta negli anni '70 usando laser a CO2 da 10,6 micron, i più potenti dell'epoca. Gli odierni laser a fibra ottica, a un micron, possono essere combinati in modo altamente parallelo con un ampio diametro, per una lunghezza focale di erogazione della potenza superiore di due ordini di grandezza: 50.000 km nel caso del laser concettualizzato da Duplay.

I primi umani arriveranno su Marte con tecnologie più tradizionali, ma questo tipo di propulsione potrebbe essere sperimentato in futuro. "Poiché sempre più umani intraprenderanno il viaggio per sostenere una colonia a lungo termine, avremo bisogno di sistemi di propulsione che ci portino lì più velocemente, se non altro per evitare i rischi di radiazioni", ha sottolineato Duplay. Una missione laser-termica su Marte potrebbe essere lanciata 10 anni dopo le prime missioni umane secondo Duplay, quindi intorno al 2040-2045.