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    L'intercettore di oggetti extrasolari potrebbe inseguire oggetti interstellari, restituire i campioni

    Rappresentazione artistica dell'Intercettore di oggetti extrasolare. Credito:Christopher Morrison

    E se avessimo la capacità di inseguire oggetti interstellari che passano attraverso il nostro sistema solare, come 'Oumuamua o la cometa Borisov? Un'astronave del genere dovrebbe essere pronta a partire in un attimo, con la capacità di aumentare la velocità e cambiare direzione rapidamente.

    Questa è l'idea alla base di un nuovo concetto di missione chiamato Extrasolar Object Interceptor e navicella spaziale Sample Return. Ha ricevuto finanziamenti esplorativi dalla NASA attraverso il suo programma Innovative Advanced Concepts (NIAC).

    "Riportare campioni da questi oggetti potrebbe cambiare radicalmente la nostra visione dell'universo e il nostro posto in esso, "dice Christopher Morrison, un ingegnere della Ultra Safe Nuclear Corporation-Tech (USNC-Tech) che ha presentato la proposta alla NIAC.

    Il concetto proposto da Morrison e dal suo team è un veicolo spaziale a propulsione elettrica con radioisotopi che si basa sulla tecnologia delle batterie atomiche ricaricabili (CAB), un sistema di alimentazione che USNC ha sviluppato per uso commerciale. Le batterie sono compatte e possiedono un milione di volte la densità energetica delle batterie chimiche all'avanguardia, così come dei combustibili fossili.

    "I radioisotopi hanno circa la stessa quantità di energia totale immagazzinata in ogni atomo, " Morrison ha spiegato. "La velocità con cui rilasciano quell'energia dipende dall'emivita. Pu-238 ha un'emivita di 88 anni, ottimo per lunghe missioni nel sistema solare esterno. Le batterie CAB che stiamo sviluppando alla USNC-Tech hanno un'emivita più breve e possiedono una densità di potenza più elevata. Nel NIAC, stiamo usando un radioisotopo con un'emivita di cinque anni e una densità di potenza oltre 30 volte quella del plutonio-238 (Pu-238)."

    Rappresentazione artistica della navicella spaziale New Horizons della NASA che incontra un oggetto simile a Plutone nella lontana fascia di Kuiper. Credito:NASA/JHUAPL/SwRI/Alex Parker

    Pu-238 è la solita potenza nucleare scelta dalla NASA per la sua navicella spaziale. È stato utilizzato per più di due dozzine di missioni spaziali statunitensi di grande successo, come New Horizons, e i rover Mars Curiosity e Perseverance, per i loro sistemi di alimentazione a radioisotopi (RPS).

    Pu-238, tuttavia deve affrontare alcune sfide. Può essere prodotta solo una quantità limitata di Pu-238 (solo 14 once (400 grammi) ogni anno in questo momento con un percorso verso 50 once (1500 g) nei prossimi anni). Questo è appena sufficiente per soddisfare le future esigenze delle missioni della NASA per i suoi principali programmi.

    I programmi più piccoli e le società commerciali affrontano sfide non solo a causa della crisi dell'offerta, ma anche perché Pu-238 è considerato un materiale nucleare speciale con problemi di non proliferazione. I radioisotopi nella tecnologia CAB sono invece di natura commerciale, infatti molti di loro sono molto utilizzati nell'industria medica per le terapie di trattamento del cancro.

    "Le batterie CAB abbinate alla propulsione elettrica sarebbero sistemi molto semplici, " Morrison ha detto a Universe Today. "Questa è tutta tecnologia collaudata. La vera innovazione di cui stiamo approfittando è l'attuale contesto normativo. Prima del 2019, non c'era un quadro giuridico per le società commerciali per utilizzare l'energia nucleare. Ora è ufficialmente sanzionato".

    La nota presidenziale NPSN-20 nel 2019 ha diretto il Dipartimento dei trasporti, e in particolare la Federal Aviation Administration, sviluppare un sistema di regolamentazione a più livelli che consentisse alle società commerciali di lanciare veicoli spaziali a propulsione nucleare.

    Il combustibile plutonio-238 (sotto forma di ceramica) risplende con il calore del suo decadimento naturale all'interno di un guscio cilindrico protettivo di grafite, durante l'assemblaggio delle fonti di calore per il sistema di alimentazione elettrica sui rover su Marte della NASA presso l'Idaho National Laboratory del Department of Energy. Credito:NASA/DOE

    La proposta di Morrison spiega che "il CAB è più facile ed economico da produrre rispetto al Pu-238 e la custodia di sicurezza è notevolmente migliorata dall'incapsulamento di materiali radioattivi da parte del CAB all'interno di una robusta matrice di carburo. Questa tecnologia è superiore ai sistemi di fissione per questa applicazione perché i sistemi di fissione necessitano di una massa critica mentre i sistemi di radioisotopi possono essere molto più piccoli e adattarsi a sistemi di lancio più piccoli, riduzione dei costi e della complessità."

    La navicella spaziale alimentata dal CAB, soprannominato "Extrasolar Express, " ha una massa alimentata di poco meno di una tonnellata. Il Falcon 9 di SpaceX, in contrasto, può mettere in orbita più di 20 tonnellate. Cosa si farebbe con tutto lo spazio in più nel veicolo di lancio?

    Morrison spiega:"Possiamo scambiare parte di quella massa con un aumento di velocità extra lontano dalla Terra. Inoltre, parte della massa extra può essere utilizzata per aumentare la sicurezza includendo un ampio e robusto scudo che protegge il radioisotopo e garantisce l'assenza di rilascio anche nel peggiore dei casi di incidente di lancio. Una volta in orbita alta lo scudo può essere espulso, e il veicolo spaziale può viaggiare senza ostacoli nella sua missione".

    Oggetti extrasolari ora in scena

    Prima che i due insoliti e intriganti oggetti interstellari esplodessero sulla scena nel nostro sistema solare ("Oumuamua nel 2017 e Borisov nel 2019) gli astronomi non avevano ampiamente considerato che gli intrusi vaganti di altri sistemi stellari potessero passare di routine. gli scienziati calcolano che una media di sette di questi oggetti passa all'interno dell'orbita terrestre ogni anno. Scoprire di più su questi oggetti è una prospettiva allettante, da adesso, tutto ciò che possiamo fare è osservarli con i telescopi mentre sfrecciano davanti a noi.

    Rappresentazione artistica di Oumuamua. Secondo una nuova ricerca, l'oggetto è composto da ghiaccio di idrogeno molecolare, il che spiega la sua forma a sigaro. Credito:ESO/M. Kornmesser

    "Questi oggetti sembrano avvicinarsi abbastanza a noi, "Morrison ha detto, "creare una missione per raggiungerne uno non è una questione di distanza ma una questione di velocità. Questo cambia l'equazione rispetto alla maggior parte delle missioni, che hanno bisogno di longevità. Questo è solo un problema di velocità, perché puoi intercettarlo e prendere un campione e tornare sulla Terra finché hai il delta v per portare a termine la missione."

    Morrison ha spiegato il potenziale piano di missione per l'intercettore di oggetti extrasolari e il ritorno del campione:lanciare l'astronave Interceptor verso Giove e attendere che venga rilevato un oggetto extrasolare adatto.

    "Potresti dover aspettare un anno o giù di lì, " Egli ha detto, "ma non importa cosa, probabilmente dovrai eseguire un cambio aereo, perché questi oggetti non entrano sul nostro piano eclittico. L'idea è di volare verso Giove, spero di essere in un buon posto per fare una fionda intorno a Giove per raggiungere lo stesso orientamento del piano dell'oggetto".

    La navicella spaziale potrebbe essere simile per dimensioni e massa alla missione Dawn, che utilizzava anche la propulsione elettrica. Ma invece degli enormi pannelli solari di Dawn, il CAB fornirebbe energia sufficiente per creare un veicolo spaziale veloce. L'Interceptor avrebbe bisogno di grandi radiatori a dispersione di calore, che (come i pannelli solari di Dawn) sarebbe la parte più grande del veicolo spaziale.

    I dettagli della parte relativa alla restituzione del campione sono ancora in fase di elaborazione, ma forse qualcosa di simile al sistema di acquisizione dei campioni TAGSAM impiegato dalla missione OSIRIS-REx.

    Concezione artistica della navicella spaziale Dawn in arrivo a Vesta. Credito:NASA/JPL-Caltech

    "Mi considero più lo "Scotty" di progettare questa missione Interceptor, ma chiederei a Spock di aiutarmi a capire la parte scientifica, "Pensò Morrison.

    I CAB sono fabbricati utilizzando materiali non radioattivi e quindi "caricati" in un campo di radiazioni per creare un radioisotopo specifico. Morrison ha affermato che ci sono molti diversi radioisotopi di interesse (ad esempio il cobalto-60 e il tulio-170) e la tecnologia può essere adattata per soddisfare la densità di potenza e le esigenze di durata di un cliente. Molti dei potenziali clienti della tecnologia CAB sono aziende terrestri che cercano applicazioni subacquee o sotterranee.

    "La tecnologia è stata sperimentata per applicazioni di riscaldamento lunare su scala di watt a breve termine, ma la proposta NIAC rappresenta la versione più sportiva della tecnologia".

    Il programma NIAC si autodefinisce nutrire idee visionarie che potrebbero trasformare le future missioni della NASA con la creazione di scoperte, coinvolgendo innovatori e imprenditori come partner. Anche se l'intercettore di oggetti extrasolare e il ritorno del campione non lo rendono mai una missione "reale", Morrison e USNC continueranno a lavorare per rendere il loro CAB una valida fonte di energia sia per la Terra che per lo spazio.

    "Sono estremamente grato che abbiamo ricevuto finanziamenti NIAC, "Morrison ha detto, "la nostra azienda sta già investendo i nostri soldi in questa tecnologia. Vorremmo che il CAB fosse la batteria Duracell del futuro per tutto ciò che sembra impossibile, come missioni spaziali di lunga durata, o in ambienti remoti sulla Terra."

    Il sistema Micro Modular Reactor (MMR™) è un sistema di energia nucleare di quarta generazione che fornisce sicurezza, pulire, elettricità e calore convenienti per le miniere remote, industria, e comunità. È il principale progetto SMR in Canada e il primo concetto di "batteria a fissione" al mondo. Credito:USNC

    Oltre alle batterie CAB, la società USNC ha sviluppato altre tecnologie nucleari. "I radioisotopi utilizzati nei CAB sono rocce calde che producono calore costante per un lungo periodo di tempo. Un reattore a fissione è un diverso tipo di tecnologia nucleare che può essere accesa e spenta, su e giù" spiega Chris. L'USNC sta sviluppando un piccolo reattore a fissione modulare da utilizzare nell'Artico canadese e questo progetto è l'obiettivo principale degli sforzi dell'azienda.

    "Il Canada spende molte centinaia di milioni all'anno in diesel per generatori per alimentare le loro piccole città in regioni remote, "Morrison ha detto, "e vogliono davvero passare all'uso di piccoli reattori modulari".

    Si scopre che i sistemi di alimentazione che funzionano bene per luoghi remoti sulla Terra sono buoni per luoghi remoti nello spazio, pure. UNSC-Tech, dove lavora Morrison, è una filiale di USNC focalizzata sull'industria aerospaziale e sui sistemi terrestri avanzati. USNC-Tech sta sviluppando la tecnologia di propulsione a fissione con la NASA e la DARPA, nonché un reattore lunare e marziano soprannominato il "reattore Pylon".

    "USNC-Tech sta progettando i mattoncini "LEGO" per la tecnologia nucleare spaziale. Le missioni spaziali utilizzerebbero la stessa tecnologia terrestre fondamentale disposta in una configurazione diversa per realizzare cose nuove e coraggiose in posti nuovi, "Ha spiegato Morrison. "L'Extra Solar Express NIAC però è probabilmente il mio preferito".


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