La navicella spaziale deve volare sull’acqua

Gli ingegneri dietro questa tecnologia immaginano un futuro in cui le sonde spaziali potranno viaggiare attraverso il sistema solare alimentate solo da acqua ed energia proveniente dalle celle solari, ad esempio. Lungo il percorso, la navicella spaziale può essere riempita con acqua proveniente dalla Luna, da Marte o dagli asteroidi che incontra lungo il percorso.

In questo modo potremo avere un veicolo in grado di viaggiare attraverso l’intero sistema solare senza rimanere senza carburante.

L’acqua viene prelevata

Può sembrare strano parlare di acqua come combustibile, perché l’acqua non brucia. Ma un motore a razzo non ha bisogno che il materiale bruci letteralmente. Basta spingere qualcosa attraverso un ugello, che poi spinge il veicolo nella direzione opposta.

Potrebbe essere acqua.

Un semplice razzo può essere realizzato con una bottiglia d’acqua riempita a metà con acqua e pompata con aria. Quando apri la bottiglia, l’aria compressa spinge fuori l’acqua e manda il razzo verso l’alto. Nel 2015, un team di studenti di ingegneria dell’Università di Cape Town in Sud Africa lo ha sviluppato Registra l’altezza 830 metri per un missile acqua-aria.

Tuttavia, un razzo del genere non è molto efficace, perché l’acqua non viene espulsa molto rapidamente e si consuma rapidamente. Riscaldare l’acqua in vapore prima di inviarla attraverso l’ugello è più efficiente dal punto di vista energetico.

L’acqua si espande notevolmente quando passa dallo stato liquido a quello gassoso. Maggiore è la temperatura, maggiore è la velocità che le molecole d’acqua acquisiscono mentre si spingono verso l’esterno per creare spinta.

I motori a vapore sono economici e possono essere abbastanza piccoli da contenere satelliti delle dimensioni di una scatola di scarpe o più piccoli, ma possono comunque fornire energia sufficiente per mantenere un satellite in orbita terrestre ed eventualmente cambiarne l’orbita se necessario, ad esempio se c’è il rischio della collisione con un satellite.Un altro industriale.

Un altro vantaggio è che, sebbene molti dei satelliti odierni siano dotati di piccoli motori a razzo alimentati dall’idrazina chimica, una sostanza tossica e cancerogena, l’acqua è completamente innocua e sicura da utilizzare prima del lancio.

Sulla base di questo principio, gli ingegneri dell’Università di Tokyo hanno fondato Pale Blue, un’azienda che sviluppa e vende piccoli motori a vapore per satelliti.

Uno di questi motori si trova in un piccolo satellite giapponese occhio, che sta dietro il colosso dell’elettronica Sony. Il satellite è stato lanciato nell’orbita terrestre il 3 gennaio 2023 per acquisire immagini della Terra da un’altitudine di 500-600 km.

Due mesi dopo, fu testato il motore a razzo a vapore. Si è rivelato in grado di mantenere il satellite nell’orbita corretta, prolungando la vita di EYE di circa due anni e mezzo.

Tuttavia, questi motori a vapore non sono abbastanza potenti per manovrare grandi satelliti o inviare veicoli spaziali in lunghi viaggi nel sistema solare. Altre forze devono svolgere il loro ruolo.

Le microonde scompongono le molecole

I motori idraulici per percorrere lunghe distanze richiedono temperature elevate. Più caldo è il vapore, maggiore è l’accelerazione. Nei motori a razzo chimici, dove viene bruciato il carburante, la temperatura raggiunge più di 3000 gradi Celsius. Ma l’acqua può effettivamente diventare più calda.

Quando l’acqua viene riscaldata a diverse migliaia di gradi, le molecole d’acqua iniziano a disintegrarsi. L’acqua passa al suo stato successivo e si trasforma in quello che viene chiamato plasma, che è una zuppa estremamente calda di nuclei atomici ed elettroni che orbitano l’uno attorno all’altro.

Queste alte temperature possono essere raggiunte bombardando l’acqua con microonde che trasformano l’acqua in plasma. Questo concetto è noto fin dagli anni ’60 e la tecnologia è essenzialmente la stessa utilizzata in un forno a microonde, dove l’elettricità viene convertita in microonde in quello che viene chiamato magnetron. Nei primi esperimenti con i motori al plasma, i ricercatori hanno effettivamente utilizzato parti di forni a microonde per produrre microonde.

Da allora, gli ingegneri hanno continuato a lavorare sul concetto, ma la sfida più grande è sempre stata il controllo del plasma caldo. Deve rimanere al centro del motore finché non viene rilasciato attraverso l’ugello e non deve entrare in contatto con altre parti del motore poiché potrebbe semplicemente sciogliersi a causa del calore intenso.

Momentus affronta questa sfida Risolto Proteggendo il motore con uno strato esterno di vapore acqueo freddo che avvolge al centro il plasma più caldo.

In futuro, Momentus utilizzerà motori alimentati ad acqua sui satelliti che potrebbero fungere da rimorchiatori nello spazio e trasportare i satelliti più piccoli nelle orbite corrette attorno alla Terra.

L’azienda si è inoltre offerta di prolungare la vita del telescopio spaziale Hubble portandolo su un’orbita più alta. Senza un impulso, l’iconico telescopio spaziale collasserà entro i prossimi 15 anni.

Ma Momentus non è solo. Un’altra startup, Argo Space, ha ambizioni spaziali ancora più grandi.

Le navette stanno facendo rifornimento

Spazio, per favore È stata fondata dai fratelli Robert, Ryan e Kirby Carlisle, tutti con un passato nella compagnia spaziale di grande successo SpaceX. Argo ha piani molto ambiziosi per un’infrastruttura spaziale completamente nuova basata sull’acqua.

L’idea è quella di rifornire la navicella spaziale con l’acqua proveniente dalla Luna. Sul fondo dei crateri ai poli della Luna si trovano centinaia di milioni di tonnellate di ghiaccio, e c’è anche dell’acqua raccolta sotto forma di polvere sulla superficie della Luna.

Se potessimo estrarre l’acqua sulla Luna, purificarla e caricarla su petroliere, i satelliti e le sonde spaziali potrebbero fermarsi alle stazioni idriche in orbita lunare per fare rifornimento.

Può sembrare strano procurarsi l’acqua dalla Luna quando ne abbiamo così tanta sulla Terra. Ma il punto importante è che sollevare l’acqua nello spazio dalla Luna è molto più semplice ed economico che sollevarla dalla Terra, perché lì la forza di gravità è molto inferiore.

Il ghiaccio si trova in molti altri luoghi del sistema solare, tra cui Marte, gli asteroidi e le lune che orbitano attorno agli esopianeti. Con la giusta tecnologia, le sonde spaziali durante i lunghi viaggi potrebbero fermarsi e riempirsi d’acqua.

Ad esempio, i ricercatori del Lunar and Planetary Institute, sostenuto dalla NASA, hanno proposto un veicolo che chiamano “Planet”. Ragno A causa delle otto gambe, tutte dotate di trivelle in grado di estrarre il ghiaccio dagli asteroidi.

Se la NASA o altri riuscissero a costruire veicoli in grado di riempire un serbatoio d’acqua, l’esplorazione del sistema solare sarebbe davvero aperta, perché in linea di principio i veicoli non rimarrebbero mai senza carburante.

Perché l’acqua non si trova solo sulla Luna e su Marte, ma ovunque, sui pianeti e sugli asteroidi lontani del sistema solare.