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(33) I razzi a ioni


    Il razzo a ioni è un altro modo per ottenere una spinta, in modo più graduale ma più efficiente rispetto a un razzo convenzionale.

    Il materiale espulso è in questo caso xenon, un gas pesante inerte, compresso all'interno di robusti serbatoi (si sono presi in consideazione anche i vapori di mercurio). Come in un razzo a propulsione nucleare, l'energia che spinge all'esterno il getto di xenon proviene da diverse sorgenti; in questo caso è l'energia elettrica generata da celle solari.

    La ragione per cui un razzo a ioni è molto più efficiente di un razzo ordinario sta nel modo con cui viene prodotto il getto espulso. Anziché confinare un gas caldo in una camera e poi espellerlo attraverso un ugello -- un processo limitato dalla temperatura che l'ugello può sopportare -- un razzo a ioni dapprima strappa via gli elettroni negativi dagli atomi di xenon, lasciandoli come "ioni", cioè atomi con una carica elettrica (risultante) positiva. Questi ioni possono ora venire accelerati da forze elettriche, a velocità molto più alte di quelle ottenibili da un gas caldo, ma senza la necessità di ricorrere a temperature elevate. All'interno di un tubo a raggi catodici di un normale televisore vi è un "cannone elettronico" che in modo simile accelera il sottile fascio di elettroni che forma l'immagine sullo schermo televisivo.

    Incidentalmente, il getto di ioni in uscita deve essere combinato con un fascio di elettroni negativi provenienti da un cannone elettronico separato. Senza questa aggiunta, verrebbero emessi soltanto ioni positivi, e il veicolo verrebbe in breve tempo caricato negativamente dagli elettroni strappati dagli atomi e rimasti sul veicolo. La carica negativa attirebbe indietro gli ioni emessi e quindi annullerebbe tutto l'effetto del getto di questo cannone a ioni.

    Di tutti gli strani mezzi di propulsione spaziale, questo probabilmente è quello più vicino ad un uso pratico. Il motore a ioni XIPS ("zips") sviluppato dalla "Hughes Corporation" è stato collaudato in laboratorio e poi a bordo di un veicolo spaziale russo, lanciato il 6 ottobre 1997. È quello mostrato nella fotografia all'inizio di questa pagina. Un satellite sperimentale, il "Deep Space 1", dotato di un motore a ioni, è stato progettato per collaudare questo metodo di propulsione e per essere il primo della serie "Nuovo Millennio" della NASA.

    Come per le vele solari, i motori a ioni possono avere un uso pratico soltanto nella parte più interna del Sistema Solare, dove è disponibile una gran quantità di luce del Sole. Per missioni più lontane, in linea di principio è possibile far funzionare un motore a ioni mediante un piccolo reattore nucleare, installato a bordo. Tali reattori hanno già volato nello spazio, ma attualmente non sono molto ben visti, anche perché un veicolo spaziale russo, dotato di un reattore nucleare, è rientrato nell'atmosfera e si è schiantato su un lago ghiacciato in Canada. Comunque, per esplorare le parti più esterne del Sistema Solare, sembra che sia essenziale un qualche tipo di propulsione nucleare.

Deep Space 1

    La sonda "Deep Space 1" è stata lanciata con successo il 24 ottobre 1998, ma il collaudo iniziale di 17 ore del suo motore a ioni, il 10 novembre, terminò prematuramente dopo soltanto 4 minuti e mezzo, probabilmente a causa di un corto circuito sulle griglie acceleratrici, provocato da un frammento di metallo staccatosi da qualche parte. Gli operatori cercarono di riavviare il motore, sperando di far evaporare quel frammento metallico, e sembrerebbe che ci siano riusciti, poiché dopo qualche settimana il motore si rimise in moto. Il razzo a ioni ha poi funzionato soddisfacentemente, dopo quell'episodio.

    Il 28 di luglio la sonda ha effettuato un incontro ravvicinato con l'asteroide Braille, passandogli a una distanza di soli 26 km ed eseguendo osservazioni. Ha poi continuato il suo volo verso la Cometa 19P/Borrelly, osservando le sue proprietà e la sua interazione con il vento solare. Per maggiori informazioni, ved. qui e qui.

SMART 1

    (Aggiunto il 16 novembre 2004) Un satellite europeo per provare la propulsione a ioni è stato messo in orbita attorno alla Luna. La sonda SMART-1 ("Small Missions for Advanced Research and Technology -1", Missioni Minori per la Ricerca e la Tecnologia Avanzate) è stata lanciata con un razzo Ariane-5 il 27 settembre 2003. Si tratta di un veicolo spaziale di 400 kg, con grandi pannelli solari e circa 90 kg di gas xenon come propellente, di cui finora ne sono stati usati 65 kg. Dopo un lancio convenzionale per porre la sonda su un'orbita attorno alla Terra, è stato avviato il motore a ioni per aumentare progressivamente il raggio orbitale, con un processo che è durato 331 orbite attorno alla Terra. La sonda continuerà ad usare il suo motore a ioni per abbassare la sua orbita attorno alla Luna, con un'orbita polare che passerà 300 km sopra il polo sud e 3000 km sopra il polo nord.

    SMART-1 è equipaggiato con attrezzature scientifiche per raccogliere immagini e osservare la Luna nella banda dei raggi X e in quella dell'infrarosso. Per maggiori dettagli, si può consultare un articolo qui.


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Autore e Curatore:   Dr. David P. Stern
     Ci si può rivolgere al Dr. Stern per posta elettronica (in inglese, per favore!):   stargaze("chiocciola")phy6.org

Traduzione in lingua italiana di Giuliano Pinto

Aggiornato al 10 Dicembre 2005


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Curators: Robert Candey, Alex Young, Tamara Kovalick

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