E se potessimo mettere un'astronave in tasca? - Dhonam Pemba

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Quando si pensa ad un'astronave, è probabile che si pensi ad un velivolo gigantesco che di solito trasporta molto carburante, molte persone e molte provviste. E se le astronavi del futuro fossero così piccole da poterle mettere in tasca? Dhonam Pemba spiega in dettaglio il futuro delle micro-astronavi e come gli scienziati della NASA sperano di lanciarle oltre l'orbita terrestre tramite la micro-propulsione.

Lezione di Dhonam Pemba, animazione di Qa'ed Mai.

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.