Motori a Impulso

Se siete fanatici di Star Trek, il titolo di questo articolo vi ha già acceso una lampadina!
I motori a impulso sono infatti i propulsori utilizzati dalle navi di Star Trek per spostamenti a velocità subluce, quindi per muoversi all’interno di sistemi solari, per entrare nelle orbite dei pianeti o per attraccare nelle stazioni spaziali, ma anche per manovrare la nave in combattimento.

Il loro principio di funzionamento è su base Newtoniana: per dirla in modo meno aulico, se ad un’azione corrisponde una reazione uguale e contraria, spingendo qualcosa (che chiameremo massa di reazione) in una determinata direzione, saremo sospinti nella direzione opposta; tanto maggiore sarà la spinta che daremo o tanto maggiore sarà la massa che spingeremo, tanto maggiore sarà la propulsione che ne ricaveremo.
Sul medesimo principio, si basano le attuali propulsioni degli aerei o dei natanti: l’elica o il turbogetto spingono l’aria o l’acqua (che fungeranno quindi da massa di reazione) verso la poppa del veicolo, generando così una spinta in avanti.
Nello spazio le cose funzionano un pochino meno bene poichè essendo vuoto, la massa di reazione deve essere caricata a bordo del veicolo, altrimenti non si avrebbe nulla da spostare per generare la spinta.
Attualmente il tipo di propulsione più utilizzata nello spazio è quella a razzo, o motore a reazione: una reazione chimica molto potente tra combustibile e comburente (questo secondo è l’ossigeno) genera l’espansione dei gas di combustione in modo molto rapido: questi vengono espulsi dagli ugelli in modo da generare la spinta del veicolo.

Gli impressionanti razzi del Saturn V con Wernher Von Braun

Attualmente sta venendo sperimentata con sucesso la propulsione ionica: molto meno potente rispetto al tipo di propulsione a razzo ma molto più efficiente. La massa di reazione è fornita da un gas ionizzato (cioè caricato elettricamente) e la spinta viene generata quindi tramite una carica elettrica, o per essere più precisi attraverso una carica elettromagnetica o elettrostatica, a seconda del tipo di propulsore.

Un propulsore ionico durante un test

Il difetto di questi propulsori è che necessitano quindi di una quantità non trascurabile di energia elettrica; nei satelliti o nelle stazioni spaziali in orbita attorno alla Terra, questa viene fornita direttamente dal Sole, sttraverso dei pannelli solari; il problema dell’energia lo si ha quindi per quanto concerne le sonde che vengono inviate verso i margini del Sistema Solare, troppo lontane dal Sole per beneficiare delle sue emissioni e che pertanto devono montare un generatore di energia a bordo.

Una suggestiva immagine della Stazione Spaziale Internazionale (I.S.S.) e dei suoi immensi pannelli solari

Torniamo quindi a bordo dell’Enterprise e scopriamo come generano l’energia per far funzionare i propri motori a impulso: troviamo che le navi dell’universo di Star Trek montano un reattore a fusione nucleare per far funzionare tali propulsori.
Finalmente giungiamo alla notizia che mi ha ispirato nella stesura di questo articolo: il 10 dicembre del 2015, presso l’istituto Max Plank a Greifswald in Germania è stato avviato il Wendelstein 7-X, il più grosso stellarator al mondo, la cui costruzione è terminata ad ottobre del medesimo anno; il 3 di febbraio di questo anno si è riusciti ad avviare e contenere il plasma di fusione dell’idrogeno, generato da un impulso di microonde di 2MW, che ha raggiunto la temperatura di 80 milioni di gradi Kelvin ed è stato mantenuto per 1/4 di secondo. Con questo esperimento si è avviata la prima fase operativa il cui scopo sarà di riuscire a contenere la fusione dell’idrogeno per un periodo continuativo di 30 minuti.

Il Wendelstein 7-X durante la sua costruzione, nel 2011

L’applicazione di un simile generatore per fini spaziali è decisamente lontana, a causa delle ingenti dimensioni dei reattori a fusione e dell’impianto di raffreddamento che necessita, tuttavia un altro importante passo verso ciò che qualche anno fa era considerata fantascienza è stato fatto.