I ricercatori della WVU esplorano fonti alternative per i sistemi di propulsione spaziale

Lo studente laureato della West Virginia University Ripu Singh Nirwan e Thomas Steinberger, professore assistente di ricerca presso il WVU Eberly College of Arts and Sciences, eseguono l'allineamento iniziale di un nuovo laser pulsato a nanosecondi, che svolgerà un ruolo in un progetto finanziato dalla NASA che testerà alternative fonti di carburante per i sistemi di propulsione spaziale. (Foto WVU/Nathaniel Godwin)

I satelliti e i veicoli spaziali viaggiano a vuoto a causa della carenza mondiale di carburanti per la propulsione tradizionale. In risposta, due ricercatori della West Virginia University stanno cercando modi alternativi per alimentare i propulsori che mantengono i satelliti in orbita e potrebbero potenzialmente azionare le navi dello spazio profondo.

Earl Scime, professore di fisica e astronomia Oleg D. Jefimenko, e Thomas Steinberger, professore assistente di ricerca, entrambi presso il WVU Eberly College of Arts and Sciences, hanno ricevuto una sovvenzione di 748.000 dollari dal programma stabilito della NASA per stimolare la ricerca competitiva per esplorare i sistemi di propulsione che non si basano sulle fonti di carburante tradizionali.

L’EPSCoR incoraggia stati come il West Virginia a cercare finanziamenti federali per sviluppare infrastrutture che li rendano competitivi per i finanziamenti futuri. Scime ha detto che lui e Steinberger stanno cogliendo questa opportunità per gettare le basi per condurre esperimenti sui propulsori al plasma. I propulsori al plasma vengono utilizzati per mantenere i satelliti in orbita nel loro percorso corretto, apportare modifiche orbitali e correggere l'assetto di un veicolo spaziale.

Anni fa, i propulsori dei veicoli spaziali erano alimentati dall’idrazina, una fonte di propellente tossica e infiammabile. Ora, la maggior parte è alimentata da un propulsore al plasma che utilizza lo xeno, un gas inerte estratto dall’atmosfera terrestre.

"È un processo costoso", ha detto Scime. “Di solito viene prodotto come sottoprodotto della produzione dell'acciaio, e uno dei più grandi impianti di distillazione al mondo per la produzione di xeno si trova a Mariupol, in Ucraina, ed è stato distrutto. Gran parte della fornitura mondiale di xeno si è esaurita e scarseggia”.

Un'alternativa allo xeno è il kripton, anche se è difficile da trovare, poiché è stato prodotto anche in Ucraina. Inoltre, una grande parte è stata acquistata sul mercato da SpaceX per i suoi satelliti Starlink. Poiché il krypton è diventato scarso, Starlink è passato all'argon.

“La dipendenza dai gas nobili rari per la propulsione dei veicoli spaziali è diventata un vero problema”, ha affermato Scime.

A tal fine, lui e Steinberger hanno studiato lo iodio – che si presenta in forma solida – come combustibile alternativo.

"Ha alcuni enormi vantaggi", ha detto Steinberger. “Puoi imballarlo in un piccolo volume in un veicolo spaziale. Non sono necessari serbatoi ad alta pressione o movimentazione del gas. Alcuni anni fa ci siamo interessati allo iodio, abbiamo acquistato dall'aeronautica americana alcuni apparecchi per produrre plasma di iodio e abbiamo sviluppato uno strumento diagnostico per misurare il flusso di ioni di iodio. Ora guardiamo al prossimo passo”.

Il team di Scime ha aperto la strada alla spettroscopia laser sul plasma di iodio e ha sviluppato il primo modo al mondo per misurare la velocità dello iodio ionizzato fuori da un propulsore.

"Abbiamo proposto alla NASA di testare qui i propulsori a base di iodio utilizzando le nostre tecniche laser, in modo che le persone possano avere un modo migliore per caratterizzare i propulsori a base di iodio", ha affermato.

Poiché lo iodio è disordinato e può causare problemi respiratori nelle grandi camere di prova, Scime e Steinberger costruiranno una camera più piccola e più semplice per sviluppare e perfezionare la tecnologia diagnostica dei propulsori ionici che potrebbe poi essere trasferita in strutture più grandi.

Mentre il team è nelle prime fasi del progetto triennale, prevede di svolgere un ruolo nello sviluppo di metodi per misurare se un propulsore funziona bene.

"Stiamo costruendo propulsori a base di iodio", ha detto Scime. “Quindi, tra 20 anni, ci aspetteremmo di vedere molti sistemi di propulsione allo iodio sui satelliti e forse anche in missioni di lunga durata su Marte. Speriamo di vedere questo tipo di propulsori ampiamente utilizzati. E noi saremmo parte del processo per farli funzionare bene”.

Nessun altro gruppo sta conducendo la spettroscopia laser sullo iodio ionizzato, anche se molti stanno portando avanti la ricerca basata sul lavoro di Scime e Steinberger.