La propulsione nucleare nel futuro dell'esplorazione umana di Marte?

[raxas]

Originariamente inviato da fukka75

Beh, sai com'è, c'è quella cosa che si chiama velocità di fuga da raggiungere per poter lasciare la terra, e i propellenti poi non sono propriamente leggeri o poco ingombranti da portare fuori dall'atmosfera

lo so, certo che lo so

senza pensarci, generalmente, passa l'idea che i "motori" delle navicelle e delle sonde siano accesi sempre nell'andare così lontano, invece è essenziale (ovviamente) (e lo so ) il primo salto fuori dalla gravità terrestre e poi le prime correzioni di rotta: a quel punto tutto il combustibile sarà finito al 99% restano solo i piccoli razzetti direzionali delle sonde e fa tutto la gravità e le fionde gravitazionali fra i pianeti/corpi

e aggiungo io una cosa importante: se il tragitto fosse rettilineo verso il punto di destinazione, cioè emanante da un punto avente come centro la Terra... col razzo e senza razzo che le sonde sarebbero arrivate dove sono ora (senza fiondaggi gravitazionali)...
già dalla Terra i tragitti delle sonde cominciano a curvare abbondantemente verso il primo corpo, Terra o Luna, per aumentare via via spinta con il fiondaggio ...
ad un certo punto ... certo che il fiondaggio gioviano e successivi fa raggiungere i 40/50/60 kmS a cui viaggiano le sonde più lontane...
non potevano ottenere quella velocità da sole, con i razzi

tanto che la configurazione corpale del sistema solare è in qualche modo fortunata per noi,
se ci fosse stato un pianeta un multiplo di giove, al suo posto, magari... non so, ovviamente, che calcoli facciano lì al JPL* , ma probabilmente con un multiplo di giove si sarebbero potuti raggiungere qualche centinaio di km/s
e se non ci fosse stato un pianeta gioviano, e gli altri giganti, la velocità sarebbe una frazione delle precedenti...

* certo però che finora non ne hanno sbagliata una, tipo sonda finita fuori rotta...
forse perchè i fattori, nello spazio vuoto, che regolano il moto si contano con le dita di una mano
(a parte presenza di sassi nel tragitto, che finora fortunatamente non si sono presentati, o la fascia asteroidi che non ha provocato, finora, problemi)

[raxas]

Originariamente inviato da cronos1990

Lo spazio è vuoto (oddio, se ricordo bene circa 4000 atomi per centimetro cubo), per cui non hai attrito, per cui una volta avuta la spinta iniziale e sei fuori dalla gravità della Terra, la sonda o la nave (o quel che è) viaggia a velocità pressochè costante senza alcun bisogno di propulsione.
...

giusto per avere un paragone,
posto che in un cm3 di aria ci sarebbero 27 miliardi di miliardi di atomi... edit: molecole
in 1 metro cubo di spazio interplanetario, come hai riportao, ci sarebbero (varierà senza'altro, in relazione a distanza dal sole/pianetinè gli elementi saranno tutti perfettamente sempre gli stessi...) 4 miliardi di atomi,
e in un chilometro cubico di spazio interplanetario 4 miliardi di miliardi di atomi (posto che siano uguali agli elementi nell'aria terrestre)
quindi in 1 centimetro cubico di aria terrestre ci sono 7 volte più atomi edit: molecole
quindi ben più di 7 volte, un minimo del doppio in più: 14 volte
quelle che siano contenute in un chilometro cubico di "vuoto"
vado a prendermi un'aranciata, dopo questi calcoli (ho faticato molto a mettere i puntini separatori tra tutti questi zeri... )

"quanto incompresa deve essere la vita dei ragionieri di balistica interplanetaria" (e andrà sempre peggio)

[0sc0rpi0n0]

Originariamente inviato da cronos1990

Lo spazio è vuoto (oddio, se ricordo bene circa 4000 atomi per centimetro cubo), per cui non hai attrito, per cui una volta avuta la spinta iniziale e sei fuori dalla gravità della Terra, la sonda o la nave (o quel che è) viaggia a velocità pressochè costante senza alcun bisogno di propulsione.
Per dire, le sonde Voyager e Pioneer lanciate 40-50 anni fa ancora stanno viaggiando (e lo sappiamo perchè ancora le stiamo "contattando") e continueranno a farlo... certo, a meno che non incocciano contro qualcosa

Se poi hai bisogno di una "spinta", in genere si sfrutta la gravità dei pianeti sfruttando l'effetto detto "fionda gravitazionale", per la quale basta un minimo di utilizzo dei motori giusto per dare direzionalità.
Il viaggio preso a se stante (cioè partenza e arrivo su Marte) è l'ultimo dei problemi.
Ma è anche estremamente difficile

Sull'inutile mi riserverei: lo è al momento.
In realtà è molto complicato anche quello. Anzi, paradossalmente per certi versi lo è di più rispetto agli anni '70.


Non banalizziamo: viaggiare nello spazio è una cosa difficile e complicata, il fatto che ci stiamo riuscendo non vuol dire che sia automaticamente semplice o "non complicato".

Lo studio che viene descritto potrebbe essere una ottima soluzione ai viaggi interplanetari, ma se fattibile, ci vorranno diversi anni prima di vederla in pratica.


Una ricercatrice del Princeton Plasma Physics Laboratory ha proposto un nuovo tipo di propulsore al plasma che sfrutta il fenomeno della riconnessione magnetica
Propulsore al plasma per i razzi spaziali del futuro

Una ricercatrice del Princeton Plasma Physics Laboratory (Pppl) del Dipartimento dell’energia degli Stati Uniti (Doe) ha proposto un nuovo tipo di propulsore a razzo basato sull’applicazione di campi magnetici per eiettare particelle di plasma dalla parte posteriore di un razzo e spingere così il vettore nella direzione opposta, per la conservazione della quantità di moto.

Gli attuali propulsori al plasma provati nello spazio per spingere le particelle utilizzano campi elettrici, mentre il nuovo concept propone di accelerarle usando la riconnessione magnetica: un processo che si trova in tutto l’universo – inclusa la superficie del Sole – per il quale le linee del campo magnetico convergono, si separano improvvisamente e poi si uniscono di nuovo, producendo molta energia. La riconnessione avviene anche all’interno dei tokamak, dispositivi a forma toroidale (a ciambella) all’interno dei quali è possibile creare le condizioni per la fusione termonucleare controllata.

«Sto pensando a questa idea di dispositivo da un po’ di tempo», racconta Fatima Ebrahimi, la ricercatrice che lo ha inventato, autrice di un articolo pubblicato su Journal of Plasma Physics che descrive in dettaglio il concept. «L’idea mi è venuta nel 2017 mentre ero seduta su un ponte e pensavo alle somiglianze tra lo scarico di un’auto e le particelle di scarico ad alta velocità create dal National Spherical Torus Experiment (Nstx) del Pppl», il precursore dell’attuale impianto di fusione di punta del laboratorio. «Durante il suo funzionamento, questo tokamak produce bolle magnetiche chiamate plasmoidi che si muovono a circa 20 chilometri al secondo, che è molto simile a una spinta».

Gli attuali propulsori al plasma che utilizzano campi elettrici per spingere le particelle riescono a produrre solo un impulso specifico basso. Simulazioni computerizzate eseguite al Pppl e al National Energy Research Scientific Computing Center – un Doe Office of Science User Facility presso il Lawrence Berkeley National Laboratory, in California – hanno mostrato che il nuovo concept di propulsore al plasma può generare gas di scarico con velocità di centinaia di chilometri al secondo, dieci volte più veloci di quelli di altri propulsori.

Una tale propulsione potrebbe rendere i pianeti esterni alla portata degli astronauti: «I viaggi a lunga distanza richiedono mesi o anni perché l’impulso specifico dei motori a razzo di tipo chimico è molto basso, quindi il velivolo impiega tempo per mettersi al passo», spiega Ebrahimi. «Ma se realizzassimo propulsori basati sulla riconnessione magnetica, potremmo ragionevolmente completare missioni a lunga distanza in un periodo di tempo più breve».

Le differenze principali tra il concept proposto da Ebrahimi e gli altri propulsori sono tre. La prima è che una modifica della forza dei campi magnetici può aumentare o diminuire la quantità di spinta. «Utilizzando più elettromagneti e più campi magnetici, si potrebbe in effetti ruotare una manopola per regolare la velocità», dice Ebrahimi. In secondo luogo, il nuovo propulsore produce movimento espellendo sia particelle di plasma che plasmoidi, i quali aggiungono una potenza alla propulsione che nessun altro tipo di propulsore prevede. In terzo luogo, a differenza dei dispositivi attuali che si basano su campi elettrici, i campi magnetici in questo concept consentono al plasma all’interno del propulsore di essere costituito sia da atomi pesanti (come lo xeno) che da atomi leggeri. Questa flessibilità permette agli scienziati di adattare la quantità di spinta in base alle esigenze della missione.

«Il lavoro propone per la prima volta di realizzare un propulsore al plasma che sfrutti il fenomeno della riconnessione magnetica per accelerare ed espellere bolle di plasma, ottenendo quindi una spinta efficace del vettore nella direzione opposta», commenta a Media Inaf Alessandro Bemporad, fisico solare all’Inaf di Torino, esperto di riconnessione magnetica e responsabile scientifico del progetto Swelto. «Si tratta sicuramente di un’idea originale ed intrigante che potrebbe aprire nuove possibilità per i viaggi spaziali. Questo studio preliminare ne dimostra la fattibilità, con simulazioni magneto-idrodinamiche (Mhd) di tipo resistivo nel corso delle quali due plasmoidi vengono espulsi in successione. Un fenomeno del genere (ovviamente su scale del tutto diverse) viene spesso osservato sul Sole, quando da una stessa regione attiva avvengono anche più eruzioni in sequenza nell’arco anche di poche ore. La sfida principale sarà passare alla fase sperimentale di realizzazione di un prototipo funzionante, e soprattutto dimostrare che il processo può effettivamente operare per un tempo indefinito (ossia produrre continue espulsioni di bolle di plasma in modo stazionario) così da fornire progressivamente l’accelerazione richiesta».

A questo punto, aspettiamo solo di vedere come funzionerà il prototipo.

FONTE: https://www.corrierenazionale.it/202...li-del-futuro/

[nickname88]

Originariamente inviato da biometallo

Razzi spinti da energia nucleare? Non mi risulta...

Esisterebbero dei siluri drone russi spinti da energia nucleare, se in campo aerospaziale non han mai deciso di usarli è un altra storia però la propulsione nucleare esiste da tempo.
Probabilmente hanno esaurito la smania per il mito della propulsione al plasma

[biometallo]

Originariamente inviato da nickname88

Esisterebbero dei siluri drone russi spinti da energia nucleare

Da ignorante però credo ci sia anche una bella differenza fra un siluro che deve muoversi in acqua e un razzo che deve spingersi nel vuoto come già accennato anche nei post precedenti, che poi non è certo da ieri che la NASA sta accarezzando questa idea, solo che "tra il dire e il fare c'è di mezzo il mare" altrimenti avremmo già i motori a curvatura di Star Treck.

Non so se poi può essere utile ma cercando risposta alla domanda di raxas cioè sul cosa usare per spingere il razzo segnalo questo pdf del 2003 che in vero non ho letto quasi per nulla


Marco Gentilini
Sistemi di propulsione nucleare di missili
aerospaziali




Le migliori prestazioni si ottengono, pertanto, con propulsori a fotoni,
ovvero con velocità di efflusso delle particelle dagli ugelli pari a quella
della luce, o a ioni a elevata energia.
Tali propulsori, tuttavia, risultano a bassa spinta e quindi non idonei
ad uscire dal campo gravitazionale di corpi celesti, per cui possono
trovare impiego solo nello spazio libero e dopo il raggiungimento di
elevate velocità, a meno di non impiegare tempi inaccettabili di
accelerazione alla velocità di crociera.

[nickname88]

Originariamente inviato da biometallo

per cui possono
trovare impiego solo nello spazio libero e dopo il raggiungimento di
elevate velocità, a meno di non impiegare tempi inaccettabili di
accelerazione alla velocità di crociera.

Infatti la propulsione nucleare non verrà usato per spedire il razzo dalla Terra nello spazio, a far quello ci penseranno i razzi ausiliari tradizionali, il propulsore principale si azionerà una volta nello spazio ossia in un campo senza gravità, senza resistenza e già in velocità.

[raxas]

Originariamente inviato da biometallo

Da ignorante però credo ci sia anche una bella differenza fra un siluro che deve muoversi in acqua e un razzo che deve spingersi nel vuoto come già accennato anche nei post precedenti, che poi non è certo da ieri che la NASA sta accarezzando questa idea, solo che "tra il dire e il fare c'è di mezzo il mare" altrimenti avremmo già i motori a curvatura di Star Treck.

Non so se poi può essere utile ma cercando risposta alla domanda di raxas cioè sul cosa usare per spingere il razzo segnalo questo pdf del 2003 che in vero non ho letto quasi per nulla


Marco Gentilini
Sistemi di propulsione nucleare di missili
aerospaziali
...

ho letto un pò il pdf sopra, tranne la parte con le formule, che è dura da seguire se non si parte dall'inizio

Originariamente inviato da nickname88

Infatti la propulsione nucleare non verrà usato per spedire il razzo dalla Terra nello spazio, a far quello ci penseranno i razzi ausiliari tradizionali, il propulsore principale si azionerà una volta nello spazio ossia in un campo senza gravità, senza resistenza e già in velocità.

e comunque si deve aggiungere la massa del combustibile a riposo per il "razzo nucleare", che fa aumentare la massa del combustibile chimico e il peso totale, e qui pesano rapporti di spinta/peso insuperabili, oltre un certo limite che non so quale sia , se si vuole mantenere il "carico utile" della sonda, mi sembra che finora sia intorno a 1-qualche tonnellata

[Maxt75]

Non so se ci metteremo più tempo a far arrivare l'uomo su Marte in sicurezza, o se si trovi il modo di andarci lo stesso a fare le medesime cose, ma senza l'uomo stesso.

[calabar]

Toh, è la volta che noi rispolveriamo il Rubbiatrone. Che se non sbaglio prometteva di farci arrivare su Marte in un mese e mezzo.

Del resto all'apparenza non sembra un'idea malvagia: si manda su il razzo in modo tradizionale, poi lo si aggancia ai motori nucleari e si fa il viaggio a lunga distanza.
I motori nucleari si portano su una volta e su rimangono facendo spola avanti e indietro verso le destinazioni lontane. E magari, visto l'uso continuativo a bassa spinta, si riesce anche a simulare un po' di gravità durante il viaggio.

[mmorselli]

Originariamente inviato da Maxt75

Non so se ci metteremo più tempo a far arrivare l'uomo su Marte in sicurezza, o se si trovi il modo di andarci lo stesso a fare le medesime cose, ma senza l'uomo stesso.

Le medesime cose è impossibile, perchè ci sono i famosi 10-20 minuti di lag nei comandi che puoi mandare e il feedback, per cui dovresti costruire una AI davvero forte, un robot autonomo di quelli che si vedono giusto nei film, un androide.

Per iniziare a fare un'analisi come si deve alla ricerca di tracce di vita passata servirebbe un geologo esperto attrezzato con almeno un microscopio elettronico, che non è né piccolo né semplice da usare, direttamente lì su Marte.

[mmorselli]

Originariamente inviato da calabar

E magari, visto l'uso continuativo a bassa spinta, si riesce anche a simulare un po' di gravità durante il viaggio.

Se ha previsto 90 giorni di viaggio vuol dire 0.0013 G di accelerazione costante... La Luna è 0.166

[rockroll]

Originariamente inviato da mmorselli

Se ha previsto 90 giorni di viaggio vuol dire 0.0013 G di accelerazione costante... La Luna è 0.166

Valore sul quale riflettere per chi spera che una spinta costante di lunga durata possa darci una forma di gravità artificiale.

Però vorrei farvi riflettere anche sul fatto che l'accelerazione di 1 G nel giro di un annetto ci porterebbe alla velocità ... della luce. Cosa che mi mette in crisi con la teoria di equivalenza della relatività: dopo una anno di presenza su questa Terra non noto alcun fenomeno relativistico evidente...

[calabar]

Originariamente inviato da mmorselli;

Se ha previsto 90 giorni di viaggio vuol dire 0.0013 G di accelerazione costante... La Luna è 0.166

Beh, ho scritto "un po' "! E non avevo fatto calcoli. Ad ogni modo i giorni non erano 45?

Se ti va di fare calcoli all'inverso, con un'accelerazione di 1g, quanto dovrebbe durare il viaggio? E con 1/3g? (sempre considerando ovviamente metà viaggio in accelerazione e l'altra metà in decelerazione).
A spanne comunque direi che se si riuscisse ad andare ad 1g per coprire la distanza (minima) ci vorrebbero giusto un paio di giorni.

[mmorselli]

Originariamente inviato da calabar

Se ti va di fare calcoli all'inverso, con un'accelerazione di 1g, quanto dovrebbe durare il viaggio? E con 1/3g? (sempre considerando ovviamente metà viaggio in accelerazione e l'altra metà in decelerazione).

Mica l'ho fatto a mano, ho usato questo:

https://www.omnicalculator.com/physics/space-travel

con 1g, calcolando 200M di chilometri, compresa la decelerazione, servono 3 giorni. con 1/3g ne servono poco meno di 6.

Con così tanta energia a disposizione probabilmente si potrebbe evitare tutta la manovra di inseguimento e andare su Marte in 40 ore quando è nel punto più vicino alla Terra.

con 1g costante si arriverebbe a 0,99c in 2,58 anni, e ne sarebbero passati 7 sulla Terra, che è ancora accettabile. Gli effetti relativistici importanti sarebbero da qui in poi, andando avanti per altri 3 anni sulla Terra ne sarebbero passati 100.