NASA stipula un contratto con BWXT Nuclear Energy per sviluppare la propulsione termonucleare

L’agenzia spaziale statunitense è sempre alla ricerca di alternative innovative ed economiche alle tecnologie di propulsione convenzionale chimica che le consentano di esplorare nuovi percorsi nel sistema solare. I ricercatori del centro NASA Marshall Space Flight Center di Huntsville in Alabama ritengono in particolare che le tecnologie di propulsione termonucleare in questo momento siano più promettenti che mai e hanno stipulato un contratto con la BWXT Nuclear Energy di Lynchburg in Virginia per cercare di sviluppare ulteriormente questi concetti.

Equazione del razzo di Tsiolkovsky

Il contratto stipulato rientra nel più ampio Game Changing Development Program di NASA che è appunto orientato allo sviluppo di nuove tecnologie in grado di “cambiare le carte in tavola” nell’esplorazione spaziale, cosa che al centro Marshall credono fermamente possa fare la Propulsione Termo-Nucleare (Nuclear Thermal Propulsion o NTP). Infatti la NTP è in grado di accelerare a un’alta velocità una grossa quantità di propellente da espellere tramite un ugello classico opportunamente sagomato e dimensionato. Si tratta di una caratteristica molto importante poiché la spinta che un motore riesce a imprimere a un razzo è regolata dalla famosa equazione del razzo di Tsiolkovsky in cui il cambiamento di velocità è direttamente proporzionale alla velocità di uscita dei gas e al logaritmo del rapporto della differenza di massa. Con queste peculiarità la NTP riesce a combinare entrambe le caratteristiche delle propulsioni attualmente utilizzate: la grossa spinta tipica dei propulsori chimici (ma con poca efficienza) e l’alta efficienza dei motori elettrici (ma con poca spinta). Come termine di paragone si può prendere lo SSME, il motore principale dell’orbiter del programma STS, che è considerato uno dei migliori motori chimici prodotti negli ultimi 40 anni, tanto da essere utilizzato anche nel futuro Space Launch System, il vettore pesante di NASA. L’ipotesi di motore NTP allo studio ha un efficienza stimata che è il doppio di quella di un SSME.

“Appena ci addentriamo nel sistema solare, la propulsione nucleare potrebbe offrirci l’unica opzione tecnologica veramente utilizzabile per estendere il raggio di esplorazione umana fino alla superficie di Marte e oltre,” ha dichiarato Sonny Mitchell, il direttore del progetto sulla propulsione termonucleare al centro Marshall. “Siamo eccitati nel lavorare su tecnologie che possono aprire l’esplorazione umana dello spazio profondo.”

Le prestazioni del sistema NTP studiato potrebbero accorciare il tempo di viaggio verso Marte portandolo dai 6 mesi previsti negli studi di fattibilità attuali a circa 4 e riducendo così l’esposizione alle radiazioni cosmiche di un eventuale equipaggio umano che allo stato attuale è uno dei maggiori ostacoli da superare. E’ proprio per questo che i ricercatori del centro Marshall ritengono che lo sviluppo di questa tecnologia potrebbe dare un grosso contributo all’esplorazione dello spazio poiché contribuirebbe anche a ridurre la massa dei veicoli coinvolti o in alternativa ad aumentarne il carico utile sia scientifico che di sostentamento dell’equipaggio.

Alcuni degli impianti dedicati al progetto Propulsione Termo-Nucleare presso il Marshall Space Flight Center di NASA
Credits: NASA

Assodata la necessità di effettuare studi su questa tecnologia, l’agenzia spaziale statunitense ha ritenuto opportuno rivolgersi a chi ha esperienza nel campo della tecnologia nucleare e quindi ha deciso di collaborare con l’azienda BWXT Nuclear Energy di Lynchburg in Virginia. L’azienda ha una vasta esperienza nel campo essendo la fornitrice di combustibile nucleare per la U.S. Navy, la marina militare degli Stati Uniti. Nell’ambito del progetto NTP l’azienda collaborerà con il centro Marshall alla progettazione e alla sperimentazione di un nuovo tipo di propulsore termonucleare basato sullo sfruttamento di uranio a basso arricchimento ma soprattutto fornirà tutto il suo know-how nel campo dei combustibili atomici per lo sviluppo di propellenti di tipo “cermet”.

Si tratta di tutta una serie di materiali creati per la prima volta negli anni 30 del secolo scorso ma studiati e sviluppati in maniera più approfondita dopo la Seconda Guerra Mondiale che aveva evidenziato la necessita per l’industria meccanica di materiali resistenti alle alte temperature e alle sollecitazioni meccaniche. I cermet derivano dall’unione di una parte di tipo ceramico e una di tipo metallico mediante un processo di sinterizzazione: polveri fini delle due componenti vengono mescolate, pressate e poi riscaldate mantenendo una pressione alta in modo che i granuli delle polveri si uniscano a formare un pezzo unico. Questo significa che non si tratta di metalli veri e propri, ma carburi (80-95%) legati da un metallo.

Il contratto di collaborazione ha la durata di 3 anni e prevede un pagamento di 18,8 milioni di dollari alla BWXT che dovrà realizzare e testare dei prototipi di elementi di combustibile. Altro impegno stabilito dal contratto è il supporto a NASA per definire il quadro normativo e le licenze in questo ambito di combustibili nucleari. Grazie a questo contratto NASA dovrebbe riuscire a definire la fattibilità tecnica e pratica di un motore a propulsione termonucleare stabilendo nel contempo i parametri tecnici da soddisfare nelle implementazioni degli anni a venire di questa promettente tecnologia.

Una rappresentazione artistica del Progetto Orion
Credits: NASA

Il concetto di propulsione nucleare non è certo nuovo in ambito astronautico e gli Stati Uniti sono stati pionieri in questo campo con diversi studi di fattibilità e anche diversi test a terra a partire dal 1955 (basti ricordare ad esempio il Progetto Orion che prevedeva la propulsione mediante una serie di esplosioni nucleari) ma tutti sono stati accantonati per svariati motivi. Alcuni sono di natura etica come il bando dei test nucleari già negli anni 60 del XX secolo o i timori di dispersione di materiale radioattivo dovuti a eventuali incidenti, ma il colpo di grazia a questi studi è stato dato dal posticipo a data da destinarsi dei programmi verso Marte subito dopo la chiusura del programma Apollo nelle prima metà degli anni 70. Da quella data la propulsione nucleare non ha mai generato grosso interesse visto che l’attività spaziale era quasi sempre focalizzata sull’orbita bassa ma il rinnovato interesse per Marte negli attuali programmi di NASA ha riportato in auge questa tecnologia.

Secondo quanto programmato già a fine settembre il programma dovrebbe aver valutato al fattibilità di utilizzo di uranio a basso arricchimento come combustibile e quindi avviare un anno di test sulla producibilità e usabilità di elementi di combustibile di tipo cermet realizzando i test con barre a lunghezza piena nelle installazioni del centro Marshall, le uniche di queste genere al mondo.

A sovraintendere tutto il Game Changing Development Program e quindi anche il progetto NTP che ne fa parte, sarà lo Space Technology Mission Directorate di NASA.

Fonte: NASA