Il potere di fusione è la tecnologia che è lontana 30 anni, e sempre sarà, secondo gli scettici, almeno. Nonostante la sua difficile transizione in una fonte di alimentazione affidabile, le reazioni nucleari che alimentano il sole hanno un'ampia varietà di usi in altri campi. Il più ovvio è nelle armi; le bombe all'idrogeno sono fino ad oggi le armi più potenti che abbiamo mai prodotto. Ma c'è un altro caso d'uso che è molto meno distruttivo e potrebbe rivelarsi molto più interessante:le unità spaziali.

Il concetto di unità di fusione, chiamato azionamento a fusione diretta (o DFD), è in fase di sviluppo presso il Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL). Scienziati e ingegneri lì, guidato dal dottor Samuel Cohen, stanno attualmente lavorando alla seconda iterazione di esso, noto come campo di Princeton invertito configurazione-2 (PFRC-2). Infine, gli sviluppatori del sistema sperano di lanciarlo nello spazio per testarlo, e alla fine diventare il sistema di azionamento principale dei veicoli spaziali che viaggiano in tutto il sistema solare.

C'è già un obiettivo particolarmente interessante nel sistema solare esterno che è simile alla Terra in molti modi:Titano. I suoi cicli liquidi e il potenziale per ospitare la vita hanno affascinato gli scienziati da quando hanno iniziato a raccogliere dati su di esso. E se abbiamo usato correttamente il DFD, potremmo inviare una sonda lì in poco meno di due anni, secondo una ricerca condotta da un team di ingegneri aerospaziali presso il Dipartimento di Fisica del New York City College of Technology, guidato dal professor Roman Kezerashvili e affiancato da due borsisti del Politecnico di Torino in Italia:Paolo Aime e Marco Gajeri.

Sebbene ancora in fase di sviluppo, il motore stesso sfrutta molti dei vantaggi della fusione aneutronica, in particolare un rapporto potenza-peso estremamente elevato. Il carburante per un'unità DFD può variare leggermente in massa e contiene deuterio e un isotopo di elio-3. Anche con quantità relativamente piccole di carburante estremamente potente, il DFD può superare i metodi di propulsione chimica o elettrica comunemente usati oggi. L'impulso specifico del sistema, che è una misura di quanto efficacemente un motore utilizza il carburante, è stimato essere paragonabile ai motori elettrici, il più efficiente attualmente disponibile. Inoltre, il motore DFD fornirebbe 4-5 N di spinta in modalità a bassa potenza, solo leggermente inferiore a quello che produrrebbe un razzo chimico per lunghi periodi di tempo. Essenzialmente, il DFD prende l'eccellente impulso specifico dei sistemi di propulsione elettrica e lo combina con l'eccellente spinta dei razzi chimici, per una combinazione che unisce il meglio di entrambi i sistemi di volo.

Tutte queste specifiche migliorate sono fantastiche, ma per essere utile, in realtà devono portare una navicella spaziale da qualche parte. Gli autori del documento hanno scelto Titano, soprattutto perché è relativamente lontano, ma anche estremamente interessante per i suoi cicli liquidi e le abbondanti molecole organiche. Al fine di mappare il percorso migliore per la luna più grande di Saturno, il team italiano ha collaborato con gli sviluppatori del DFD presso PPPL e ha ottenuto l'accesso ai dati sulle prestazioni dal motore di test. Hanno quindi estratto alcuni dati aggiuntivi sugli allineamenti planetari e hanno iniziato a lavorare sulla meccanica orbitale. Ciò ha portato a due diversi percorsi potenziali, uno in cui la spinta costante veniva applicata solo all'inizio e alla fine del viaggio (chiamato profilo spinta-costa-spinta-TCT) e uno in cui la spinta era costante per tutta la durata del viaggio.

Entrambi i viaggi hanno comportato la commutazione della direzione della spinta per rallentare la navicella spaziale per entrare nel sistema di Saturno. Fornire una spinta costante metterebbe il viaggio in poco meno di due anni, mentre il profilo TCT comporterebbe una durata totale del viaggio di 2,6 anni per un veicolo spaziale molto più grande di Cassini. Entrambi questi percorsi non richiederebbero alcun aiuto gravitazionale, di cui hanno regolarmente beneficiato le navicelle in viaggio verso i pianeti esterni.

Cassini, l'ultima famosa missione per visitare il sistema saturniano, ha utilizzato una serie di assist gravitazionali tra Venere e la Terra per raggiungere la sua destinazione, un viaggio durato quasi sette anni. Una cosa importante da notare, dice Marco Gajeri, l'autore corrispondente del documento, è che la finestra che rende questi viaggi di breve durata i più efficienti si apre intorno al 2046. Anche se non tra 30 anni da oggi, dà al team di PPPL molto più tempo per migliorare il design attuale.

Altre sfide sorgono una volta che una sonda abilitata per DFD raggiunge quel sistema saturniano, però. L'orbita intorno al secondo pianeta più grande del sistema solare è relativamente facile. Il trasferimento delle orbite alla sua luna più grande è molto più difficile. Risolvere quel problema richiede di affrontare il problema dei tre corpi, un problema di meccanica orbitale notoriamente difficile che implica la risoluzione delle orbite di tre diversi corpi orbitali (cioè, la navicella spaziale, Saturno e Titano).

Con tutta la meccanica orbitale fuori mano e l'astronave al sicuro nell'orbita di Titano, può iniziare a trarre vantaggio da un altro dei vantaggi del DFD:può fornire energia diretta ai sistemi del veicolo spaziale. La maggior parte delle missioni del sistema solare esterno si affida a generatori termici di radioisotopi (RTG) per la loro fonte di energia. Ma un DFD è, infatti, una fonte di energia oltre ad essere una fonte di spinta. Se progettato correttamente, potrebbe fornire tutta la potenza di cui un veicolo spaziale ha bisogno per una lunga durata della missione.

Questa lunga durata della missione significa che il DFD potrebbe essere utile in una vasta gamma di missioni. Gli autori che hanno studiato la missione su Titano hanno anche esaminato il potenziale per una missione sugli oggetti transnettuani, che finora sono stati visitati solo da New Horizons, che impiegò nove anni per raggiungere Plutone. Inutile dire, un DFD ridurrebbe drasticamente il tempo necessario per compiere quel viaggio. E se sarà operativo nei prossimi 30 anni, può iniziare a fungere da forza trainante per tutti i tipi di nuove missioni di esplorazione.