Quando pensate a un'astronave, forse pensate a qualcosa tipo questo,
o questo, o forse questo.
Che cosa hanno in comune?
Tanto per iniziare, sono enormi perché devono trasportare persone, carburante,
una gran quantità di provviste, strumenti scientifici,
e, in qualche raro caso, laser che possono distruggere pianeti.
Ma le astronavi del futuro potrebbero essere molto, molto più piccole.
Intendo, così piccole che potrete metterle in tasca.
Immaginiamo ora di liberare uno sciame di queste micro-astronavi nella galassia.
Potrebbero esplorare stelle e pianeti lontani
tramite sofisticati sensori elettronici
che potrebbero misurare tutto, dalla temperatura fino ai raggi cosmici.
Se ne potrebbero impiegare migliaia
al costo di una singola missione spaziale,
aumentando così in maniera esponenziale
il volume di dati che potremmo raccogliere sull'universo.
Sarebbero inoltre individualmente sacrificabili,
potremmo mandarle in zone troppo rischiose
per un razzo o una sonda da un miliardo di dollari.
Diverse centinaia di piccole astronavi orbitano già attorno alla Terra,
scattano foto dello spazio,
raccolgono dati su cose come
il comportamento dei batteri nell'atmosfera della Terra
o i segnali magnetici che potrebbero aiutarci a predire i terremoti.
Immaginate quanto potremmo imparare
se potessero andare oltre l'orbita della Terra.
È proprio quello che organizzazioni come la NASA vogliono fare:
mandare micro-astronavi a perlustrare pianeti abitabili
per descrivere fenomeni astronomici che non possiamo studiare dalla Terra.
Ma sono troppo piccole per avere un grande motore o molto carburante,
e quindi come potrebbe spostarsi?
Pare che per spostare una micro-astronave ci voglia micro-propulsione.
Quando le dimensioni sono così ridotte
le leggi della fisica che tutti conosciamo non contano più,
in particolare, le leggi di Newton cessano di essere valide,
e forze normalmente trascurabili devono ora essere considerate.
Queste forze includono la tensione superficiale e la capillarità,
tutti quei fenomeni che governano cose molto piccole.
Sistemi a micro-propulsione possono usare queste forze per azionare un'astronave.
Un esempio di come questo può funzionare
è la propulsione elettrospray microfluidica.
È un tipo di propulsore ionico,
che usa particelle cariche elettricamente per generare una spinta.
Un modello sviluppato dal Jet Propulsion Laboratory della NASA
è grande solo un paio di centimetri per lato.
Funziona così.
Una piccolissima lastra di metallo è punteggiata con cento aghi sottilissimi
e ricoperta da un metallo con un basso punto di fusione, come l'indio.
Una griglia di metallo sta sopra gli aghi,
e un campo elettrico viene generato tra la griglia e la lastra.
Quando la lastra si riscalda, l'indio inizia a fondere
e la capillarità porta il metallo liquido a ricoprire gli aghi.
Il campo elettrico attira il metallo liquido verso l'alto,
mentre la tensione superficiale verso il basso
deformando così l'indio in un cono.
Il piccolo raggio della punta degli aghi
permette al campo elettrico di sconfiggere la tensione superficiale,
e quando succede,
ioni positivi vengono emanati alla velocità di decine di km al secondo.
Il flusso di ioni spinge l'astronave nella direzione opposta,
come dice la terza legge di Newton.
E sebbene ogni ione sia una particella estremamente piccola
la forza combinata di tutti gli ioni messi assieme è sufficiente
a generare una accelerazione significativa.
E al contrario del gas che fuoriesce dal motore di un missile
questo flusso è molto più contenuto e sfrutta molto meglio il carburante
il che lo rende un'ottima opzione per le missioni più lunghe.
Questi sistemi a micro-propulsione non sono ancora testati del tutto,
ma alcuni scienziati pensano che possano offrire sufficiente spinta
per permettere a piccole astronavi di lasciare l'orbita terrestre.
Infatti, si stima che migliaia di micro-astronavi
verranno lanciate nei prossimi dieci anni
per raccogliere dati che oggi possiamo solo immaginare.
E questa è micro-scienza missilistica.