La NASA prevede che ci vorranno circa 500 giorni prima che gli esseri umani raggiungano il Pianeta Rosso, ma gli ingegneri canadesi affermano che un sistema basato su laser potrebbe ridurre quel viaggio a soli 45 giorni.

L’agenzia spaziale statunitense prevede di inviare un equipaggio sul Pianeta Rosso a metà degli anni ’30, più o meno nello stesso periodo anche la Cina sta pianificando di far atterrare umani su Marte.

Gli ingegneri della McGill University di Montreal, in Canada, affermano di aver sviluppato un sistema di propulsione laser termico, in cui un laser viene utilizzato per riscaldare il combustibile a idrogeno.

È la propulsione a energia diretta, utilizzando grandi laser sparati dalla Terra per fornire energia agli array fotovoltaici su un veicolo spaziale, che generano elettricità e quindi propulsione.

Il veicolo spaziale accelera molto rapidamente mentre si trova vicino alla Terra, quindi corre verso Marte per il mese successivo, lanciando l’astronave principale per atterrare sul Pianeta Rosso e riportando il resto dell’astronave sulla Terra per il riciclaggio per il prossimo lancio.

Raggiungere Marte in sole sei settimane era qualcosa che in precedenza si pensava possibile solo con razzi a fissione, che rappresentano un rischio radiologico maggiore.

Parlando con universo oggiIl team dietro lo studio ha affermato che questo sistema potrebbe consentire un trasporto rapido all’interno del sistema solare.

La propulsione a energia diretta non è un’idea nuova: ha recentemente fatto notizia con Breakthrough Starshot, un progetto che mira a utilizzare i laser per inviare minuscole sonde a vela di luce al sistema stellare più vicino, Proxima Centauri, a velocità relativistiche.

Il sistema utilizza i laser per spingere un veicolo spaziale nello spazio profondo, a velocità relative – una frazione della velocità della luce – e più potente è il laser, più veloce sarà il veicolo spaziale.

Alcune ricerche prevedono che potrebbe inviare un satellite da 200 libbre su Marte in soli tre giorni e un veicolo spaziale più grande richiederebbe da una a sei settimane.

I concetti richiedono un array laser con una capacità di gigawatt sulla Terra, che può essere lanciato nello spazio e diretto verso una vela leggera attaccata a un veicolo spaziale per accelerarlo ad alte velocità, a una frazione della velocità della luce.

Emmanuel Doblay, un alunno della McGill e uno studente del master in ingegneria aerospaziale alla TU Delft, ha pubblicato un articolo in cui suggerisce che questo potrebbe essere applicato a un viaggio su Marte.

Ha detto a Universe Today: “L’applicazione definitiva della propulsione a energia diretta sarebbe quella di spingere una vela leggera nelle stelle per un vero viaggio interstellare, una possibilità che ha motivato il nostro team che ha condotto questo studio.

Eravamo interessati a come la stessa tecnologia laser potesse essere utilizzata per la trasmissione rapida nel Sistema Solare, che speriamo possa essere un punto di partenza a breve termine in grado di dimostrare questa tecnologia.

Il veicolo spaziale virtuale del team richiede un array laser di 100 megawatt di 32 piedi di diametro da costruire da qualche parte sulla Terra.

Questo, data l’attuale tendenza allo sviluppo della tecnologia laser ottica, sarebbe sufficiente per alimentare un veicolo spaziale diretto a Marte.

Funziona focalizzando un laser in una camera di riscaldamento dell’idrogeno tramite un riflettore gonfiabile: il propulsore dell’idrogeno viene esaurito attraverso un ugello per spingerlo in avanti.

“Il nostro approccio utilizzerà un flusso laser più intenso sulla navicella spaziale per riscaldare direttamente il propellente, simile a una gigantesca caldaia a vapore”, ha detto Dobelli.

“Ciò consente al veicolo spaziale di accelerare rapidamente mentre è ancora vicino alla Terra, quindi il laser non ha bisogno di essere focalizzato lontano nello spazio”.

“Il nostro veicolo spaziale simile a Grester sta accelerando molto rapidamente mentre è ancora vicino alla Terra, e questo metodo potrebbe aiutare a riportarlo indietro da Marte, dove non ci sarebbe un grande array laser pronto per essere inviato”, ha spiegato Doblay.

“Pensiamo di poter persino utilizzare lo stesso motore a razzo alimentato a laser per riportare il booster nell’orbita terrestre, dopo che ha lanciato il rover principale su Marte, consentendogli di essere rapidamente riciclato per il prossimo lancio”, ha detto a Universe Today.

Il riflettore gonfiabile è fondamentale per il corretto funzionamento della tecnologia, poiché sarà progettato per essere altamente riflettente in modo da poter mantenere una maggiore potenza laser per unità di area rispetto al pannello fotovoltaico.

Questo è ciò che rende possibile il compito con un array laser relativamente modesto – 32 piedi di diametro – a terra.

Riducendo il tempo nello spazio, gli astronauti incontrano livelli più bassi di radiazioni, che potrebbero rendere più sicuro il viaggio su Marte e ritorno.

Tutti i nuovi elementi saranno necessari per consentire alla navicella spaziale di raggiungere Marte entro sei settimane, ben al di sotto dei nove mesi previsti dalla NASA.

“Matrici di laser a fibra ottica che agiscono come un singolo elemento ottico, strutture spaziali gonfiabili possono essere utilizzate per focalizzare il raggio laser mentre raggiunge il veicolo spaziale nella camera di riscaldamento”, ha detto Dobelli.

Inoltre “sviluppando materiali ad alta temperatura che consentirebbero al veicolo spaziale di rompersi contro l’atmosfera marziana al suo arrivo”.

La capacità di rompere l’atmosfera è il trucco che consentirà una rimonta.

Il problema è che molte di queste tecnologie sono ancora agli inizi e non sono state testate nel mondo reale, sollevando dubbi sulla loro fattibilità entro il 2035.

“La camera di riscaldamento laser è probabilmente la sfida più grande”, ha detto Doblay a Universe Today, scettico sul fatto che l’idrogeno possa essere contenuto.

Chiede se può essere contenuto perché è “riscaldato dal raggio laser a temperature superiori a 10.000 K mantenendo allo stesso tempo fresche le pareti della stanza?”

I nostri modelli affermano che ciò è possibile, ma al momento non sono possibili test pilota su larga scala perché non abbiamo ancora costruito i laser necessari da 100 MW.

Il professor Andrew Higgins della McGill, che ha supervisionato il lavoro di Doplay, ha dichiarato: “Essere in grado di fornire energia nello spazio profondo tramite i laser sarebbe una tecnologia dirompente per spinta e potenza.

Il nostro studio ha esaminato l’approccio termico ai laser, il che sembra incoraggiante, ma la stessa tecnologia laser è un vero punto di svolta.

I risultati sono stati pubblicati in prestampa su arXiv.