Sei decenni dopo il lancio della prima missione spaziale a propulsione nucleare, Transit IV-A, la NASA si sta imbarcando in un audace futuro di esplorazione umana e scoperta scientifica. Questo futuro si basa su una gloriosa storia di lancio e gestione in sicurezza di missioni a propulsione nucleare nello spazio. “L’energia nucleare ha aperto il sistema solare all’esplorazione, consentendoci di osservare e comprendere corpi planetari oscuri e distanti che altrimenti sarebbero irraggiungibili. E siamo solo all’inizio“, ha affermato il dott. Thomas Zurbuchen, amministratore associato per la Science Mission Directorate della NASA. “I futuri sistemi di energia nucleare e propulsione contribuiranno a rivoluzionare la nostra comprensione del sistema solare e oltre e svolgeranno un ruolo cruciale nel consentire missioni umane a lungo termine sulla Luna e su Marte“.
Dagli umili inizi: l’energia nucleare genera un’era di scoperte scientifiche
Il 29 giugno 1961, il John’s Hopkins University Applied Physics Laboratory lanciò il Transit IV-A Spacecraft. Era un satellite di navigazione della Marina degli Stati Uniti con un generatore alimentato da radioisotopi SNAP-3B che produceva 2,7 watt di energia elettrica, circa quanto bastava per accendere una lampadina a LED. Transit IV-A batté un record di durata della missione APL e confermò che l’equatore terrestre è ellittico. Inoltre, pose le basi per missioni rivoluzionarie che hanno esteso la portata dell’umanità attraverso il sistema solare. Dal 1961, la NASA ha effettuato più di 25 missioni trasportando un sistema di energia nucleare attraverso una proficua partnership con il Dipartimento dell’Energia (DOE), che fornisce i sistemi di energia e il combustibile al plutonio-238. “Il dipartimento e i nostri partner del laboratorio nazionale sono onorati di svolgere un ruolo nell’alimentare le attività di esplorazione spaziale della NASA”, ha affermato Tracey Bishop, vice assistente segretario dell’Office of Nuclear Energy del DOE. “I sistemi di alimentazione a radioisotopi sono un’estensione naturale della nostra missione principale per creare soluzioni tecnologiche che soddisfino le complesse esigenze energetiche della ricerca spaziale, dell’esplorazione e dell’innovazione“.
Esistono solo due modi pratici per fornire energia elettrica a lungo termine nello spazio: la luce del sole o il calore di una fonte nucleare. “Man mano che le missioni si allontanano dal Sole verso ambienti bui, polverosi e ostili, come Giove, Plutone e Titano, diventano impossibili o estremamente limitate senza l’energia nucleare“, ha affermato Leonard Dudzinski, capo tecnologo della Planetary Science Division della NASA e dirigente del programma per Radioisotope Power.
Ecco dove entrano in gioco i Radioisotope Power System , o RPS. Sono una categoria di sistemi di alimentazione che convertono il calore generato dal decadimento del combustibile plutonio-238 in elettricità. “Questi sistemi sono affidabili ed efficienti“, ha affermato June Zakrajsek, responsabile dell’ufficio Radioisotope Power Systems Program della NASA presso il Glenn Research Center di Cleveland. “Funzionano ininterrottamente durante le missioni spaziali di lunga durata, indipendentemente dalla luce solare, dalla temperatura, dalle radiazioni di particelle cariche o dalle condizioni della superficie, come nubi spesse o polvere. Ci hanno permesso di esplorare dal Sole a Plutone e oltre“. Gli RPS alimentavano l’ Apollo Lunar Surface Experiment Package . Hanno sostenuto le sonde Voyager 1 e 2 dal 1977 e hanno mantenuto caldi gli strumenti della sonda Cassini-Huygens mentre esplorava il gelido Saturno e la sua luna Titano. Oggi, un generatore termoelettrico multimissione (MMRTG) alimenta il rover Perseverance , che sta affascinando la nazione mentre cerca segni di vita antica su Marte, e un singolo RTG sta sostenendo la sonda New Horizons mentre si avventura fuori dal sistema solare 15 anni dopo il suo lancio. “L’RTG è stato ed è ancora cruciale per New Horizons”, ha affermato Alan Stern, ricercatore principale di New Horizons del Southwest Research Institute. “Non potremmo fare la missione senza di esso. Non esiste nessun’altra tecnologia in grado di alimentare una missione così lontana dal Sole, nemmeno oggi“.
Grandi cose a venire: scienza ed esplorazione umana
Dragonfly, il cui lancio è previsto per il 2028, è la prossima missione con piani per l’uso di un MMRTG. Parte del programma New Frontiers della NASA, Dragonfly è un ottocottero progettato per esplorare e raccogliere campioni sulla luna più grande di Saturno, Titano, un mondo oceanico con un’atmosfera densa e nebbiosa. “RPS è davvero una tecnologia abilitante“, ha affermato Zibi Turtle di APL, ricercatore principale per la prossima missione Dragonfly . “Le prime missioni come Voyager, Galileo e Cassini che si basavano su RPS hanno cambiato completamente la nostra comprensione e ci hanno fornito una geografia del lontano sistema solare… Cassini ci ha dato il nostro primo sguardo ravvicinato alla superficie di Titano“. Secondo Turtle, l’MMRTG ha due scopi su Dragonfly: erogare energia per caricare la batteria del lander e smaltire il calore disperso per mantenere caldi gli strumenti e i componenti elettronici. “Il volo è un’attività ad altissima potenza. Utilizzeremo una batteria per le attività di volo e scientifiche e ricaricheremo la batteria utilizzando l’MMRTG“, ha affermato Turtle. “Il calore di scarto del sistema di alimentazione è un aspetto fondamentale del nostro design termico. La superficie di Titano è molto fredda, ma possiamo mantenere l’interno del lander caldo e accogliente utilizzando il calore dell’MMRTG“. Mentre la comunità scientifica continua a trarre vantaggio dall’RPS, la Direzione delle missioni di tecnologia spaziale della NASA sta investendo in nuove tecnologie che utilizzano reattori e combustibile all’uranio debolmente arricchito per consentire una solida presenza umana sulla Luna e, in seguito, missioni umane su Marte.
Gli astronauti avranno bisogno di energia abbondante e continua per sopravvivere alle lunghe notti lunari ed esplorare i crateri oscuri del Polo Sud della Luna. Un sistema di alimentazione di superficie a fissione potrebbe fornire energia sufficiente per alimentare operazioni robuste. La NASA sta guidando uno sforzo, lavorando con il DOE e l’industria per progettare un sistema di alimentazione a fissione per una futura dimostrazione lunare che aprirà la strada ai campi base sulla Luna e su Marte. La NASA ha anche pensato a soluzioni praticabili per ridurre il tempo necessario al viaggio su Marte, tra cui sistemi di propulsione nucleare. Mentre la NASA porta avanti la sua audace visione di esplorazione e scoperta scientifica nello spazio, beneficia di 60 anni di utilizzo sicuro dell’energia nucleare durante i voli spaziali. Sessant’anni di illuminazione che hanno avuto inizio con un piccolo satellite chiamato Transit IV-A.
#nasa #tecnologia #spazio #energia #nucleare
