Le travi di trazione dei film fantasy potrebbero diventare realtà

La serie Star Wars: Andor è stata una piacevole sorpresa quest'anno. Non solo abbiamo ottenuto una trama fantastica e il franchise di Star Wars ha ottenuto nuovi contenuti dopo tanto tempo, ma abbiamo anche potuto assistere a una scena che rimarrà nei nostri ricordi per sempre. Stiamo parlando di un duello spaziale: da un lato c'era il leader ribelle Luthen, dall'altro c'era una nave da guerra imperialista che catturò il ribelle con un raggio di traino.

Ma la tecnologia del raggio di trazione potrebbe diventare realtà. Gli scienziati stanno sviluppando un raggio di trazione elettrostatica con prestazioni molto simili a quelle a cui siamo abituati nei film di fantascienza. Siamo lontani anni luce dall’usarlo per dare la caccia agli alieni. Dovrebbe essere utilizzato per rimuovere i detriti spaziali dall'orbita terrestre.

Le aspettative sono alte. L'industria spaziale commerciale fiorì inaspettatamente grazie ai terrestri più ricchi. Elon Musk, Jeff Bezos, Blue Origin, Virgin Galactic... Questi sono i nomi di individui e aziende che mandano le persone con i portafogli più ampi in viaggi di turismo spaziale. Con i rinnovati investimenti nel settore spaziale, tuttavia, sorgono interrogativi sull’inquinamento. Nei prossimi anni, i paesi che investono molto in questa nuova corsa allo spazio (USA, Russia, Cina...) prevedono di lanciare più satelliti nell'orbita terrestre già saturata.

Alla fine, i satelliti defunti e danneggiati e tutti i detriti dei voli spaziali commerciali potrebbero trasformare l’orbita in un’enorme discarica di rifiuti. Anche le collisioni con veicoli spaziali in funzione, le particelle che si schiantano sulla Terra, la contaminazione dell'atmosfera con metalli e simili rappresentano un grosso pericolo. Gli esperti avvertono che il boom dell’industria spaziale rischia di fermarsi prima di aver completamente spiegato le sue ali.

Un raggio di trazione elettrostatico potrebbe venire in soccorso, portando in salvo imbarcazioni e satelliti disabili. Non è ancora chiaro se ciò significhi tornare sulla Terra per scopi di riciclaggio o nello spazio. Anche se un raggio di spinta non risolverebbe completamente il problema dei detriti spaziali, il concetto presenta numerosi vantaggi rispetto ad altri metodi proposti per lo smaltimento dei detriti spaziali.

Un prototipo potrebbe costare milioni di dollari, mentre una versione funzionante a grandezza naturale potrebbe costare molto di più. Ma se si riuscissero a superare gli ostacoli finanziari, la trave di trazione potrebbe essere operativa già nel prossimo decennio, dicono i suoi costruttori. "La scienza ha le prove, ma i finanziamenti non ci sono", ha detto la ricercatrice del progetto Kaylee Champion, una studentessa di dottorato presso il Dipartimento di Ingegneria Aerospaziale dell'Università del Colorado Boulder.

La gravità artificiale non è ottenibile con la tecnologia umana

La tecnologia della gravità artificiale mostrata nella serie Star Wars è decisamente fuori dalla portata della tecnologia umana. Ma il concetto ha ispirato Hanspeter Schaub, professore di ingegneria aerospaziale presso l’Università del Colorado Boulder, a creare una versione più realistica.

Schaub ebbe l'idea per la prima volta dopo la prima grande collisione satellitare nel 2009, quando un satellite per comunicazioni Iridium 33 funzionante entrò in collisione con un defunto veicolo spaziale militare russo Kosmos 2251, inviando più di 1.800 detriti nell'orbita terrestre. Dopo quel disastro, Schaub voleva evitare che accadesse di nuovo. Per raggiungere questo obiettivo, ha scoperto che potremmo portare in salvo i veicoli spaziali utilizzando l'attrazione tra oggetti caricati positivamente e negativamente per "incollarli" insieme.

Nel decennio successivo Schaub e colleghi perfezionarono il concetto. Ora sperano che un giorno possa essere utilizzato per spostare i satelliti morti fuori dall'orbita geostazionaria, o orbitare attorno all'equatore terrestre, dove la velocità dell'oggetto corrisponde alla rotazione del pianeta, facendo sembrare che l'oggetto sia fisso in posizione sopra un certo punto sulla Terra. . Ciò libererebbe quindi spazio per altri oggetti in orbita.

Come funziona una trave di trazione elettrostatica?

Il raggio di trascinamento elettrostatico utilizzerebbe un veicolo spaziale di servizio dotato di un cannone elettronico che sparerebbe elettroni caricati negativamente sul satellite defunto, ha detto Champion. Gli elettroni darebbero al bersaglio una carica negativa mentre lascerebbero la nave di servizio con una carica positiva. Spiega che l'attrazione elettrostatica tiene insieme gli oggetti anche se sono separati da 20 a 30 metri di spazio vuoto.

Una volta che il velivolo e il bersaglio erano "incollati insieme", il militare poteva estrarre il bersaglio dall'orbita senza toccarlo. Idealmente, il satellite o il bersaglio inattivo verrebbero trascinati in una "orbita del cimitero", che è più lontana dalla Terra. Avrebbe potuto galleggiare lì in tutta sicurezza per sempre.

L’attrazione elettrostatica tra i due veicoli spaziali sarebbe estremamente debole a causa dei limiti della tecnologia dei cannoni elettronici e della distanza che il veicolo dovrebbe percorrere per evitare collisioni, ha affermato il ricercatore del progetto Julian Hammerl, uno studente di dottorato presso la CU Boulder. Quindi il velivolo di servizio dovrebbe muoversi molto lentamente e potrebbe volerci più di un mese per spostare completamente un singolo satellite fuori dall’orbita.

La velocità è "la principale differenza tra fantascienza e realtà", ha concluso Hammerl.

Vantaggi e limiti

Un raggio di trascinamento elettrostatico avrebbe un grande vantaggio rispetto ad altri metodi proposti per la rimozione dei detriti spaziali, come reti giganti, arpioni e sistemi di attracco fisico: funzionerebbe senza contatto.

"Un grande veicolo spaziale morto, delle dimensioni di uno scuolabus, ruota molto velocemente", ha detto Hammerl. "Se si spara con un arpione o si utilizza una grande rete, il contatto fisico può danneggiare il veicolo spaziale in funzione, aggravando così il problema dei detriti spaziali."

Gli scienziati hanno proposto altri metodi senza contatto, come l'utilizzo di potenti magneti, ma produrre enormi magneti è estremamente costoso e probabilmente interferirebbe con il sistema di governo della nave di servizio.

Il limite principale del raggio di trazione elettrostatica è la sua velocità, ovvero il fatto che il metodo è lento. Ci sono già più di 550 satelliti in orbita attorno alla Terra e possiamo aspettarci che questo numero cresca in modo significativo nei prossimi decenni.

Se i satelliti venissero spostati uno dopo l’altro, un singolo raggio elettrostatico non riuscirebbe a tenere il passo con il numero di satelliti che raggiungono la fine della loro vita. Ne avremmo bisogno di più. Un'altra limitazione di un raggio di trascinamento elettrostatico è che funzionerebbe troppo lentamente per essere pratico per ripulire pezzi più piccoli di detriti spaziali.

L’ostacolo più grande è il costo. Il team non ha ancora effettuato un’analisi completa dei costi per la nuova tecnologia, ma secondo Schaub probabilmente costerebbe decine di milioni di dollari. Tuttavia, una volta che il velivolo di servizio fosse stato nello spazio, la sua gestione sarebbe stata relativamente efficiente.

Quali ostacoli li attendono nei prossimi anni?

I ricercatori stanno attualmente lavorando su una serie di esperimenti presso l’Electrostatic Charging Laboratory for Plasma-Spacecraft Interactions (ECLIPS) presso l’Università del Colorado Boulder. Una camera a vuoto metallica delle dimensioni di una vasca da bagno dotata di un cannone elettronico consente al team di "eseguire esperimenti unici che quasi nessun altro può attualmente fare". Pertanto, simulano gli effetti dell'elettrostatica su scala più piccola.

Una volta che la squadra sarà pronta, l’ultimo e più difficile ostacolo sarà garantire i fondi per la prima missione. La maggior parte dei costi della missione verrebbero sostenuti per la costruzione e la messa in servizio della nave di servizio del gancio di traino. Tuttavia, i ricercatori vorrebbero idealmente lanciare due satelliti per il primo test: un raggio trainante e un bersaglio che potrebbero controllare, il che significherebbe un maggiore controllo sui loro esperimenti ma anche il doppio dei costi.

In caso di successo del finanziamento, il progetto potrebbe prendere vita in 10 anni.