L’Europa sviluppa la propulsione nucleare per raggiungere Marte in soli 56 giorni

Una scorciatoia orbitale scoperta nei dati di antichi asteroidi consente un viaggio di andata e ritorno verso Marte in soli 226 giorni, mentre il viaggio di ritorno dura 56 giorni. Il percorso è geometricamente valido nell’ambito dell’attuale configurazione del sistema solare e si aprirà nel 2031. Porém, per raggiungerlo richiede la propulsione termica nucleare, una tecnologia che Europa sta già sviluppando e testando con agenzie partner.

La traiettoria estremamente veloce è stata individuata dall’astrofisico Marcelo di Oliveira Souza, di Universidade Estadual di Norte Fluminense. Ele ha utilizzato i dati orbitali preliminari del 2015 dell’asteroide 2001 CA21 come modello geometrico di riferimento, creando un piano di analisi per testare gli angoli di trasferimento tra Terra e Marte che gli approcci convenzionali non catturano.

Geometria che sfida la propulsione chimica

Un veicolo spaziale in partenza da Terra il 20 aprile 2031 arriverebbe nell’orbita marziana 56 giorni dopo. L’equipaggio sarebbe rimasto in superficie per cinque settimane e sarebbe tornato su Terra 135 giorni dopo il lancio di Marte, per un totale di una missione di 226 giorni. Para, questa linea temporale è radicalmente più breve di qualsiasi progetto di missione con equipaggio mai concepito.

L’impegnativa propulsione chimica richiede dai sette ai nove mesi solo per il viaggio di andata. Le velocità richieste per raggiungere 56 giorni di transito distruggono qualsiasi scenario chimico convenzionale. La velocità iperbolica in eccesso per questa traiettoria raggiunge i 16,9 chilometri al secondo, richiedendo 15 volte più energia di una missione Marte standard.

Un’alternativa detta “estrema” riduce ulteriormente il tempo totale a 153 giorni, combinando 33 giorni all’andata, 30 giorni in superficie e 90 al ritorno. Porém questa opzione richiede 40 volte l’energia di una missione convenzionale, raggiungendo una velocità di decollo di 27,5 chilometri al secondo, superiore al limite teorico di qualsiasi stadio chimico già utilizzato. L’arrivo su Marte avverrebbe a 16,6 chilometri al secondo e il rientro nell’atmosfera di Terra a 15,1 chilometri al secondo, valori che mettono alla prova i limiti dei materiali di protezione termica ancora in fase di sviluppo.

Perché solo la propulsione nucleare risolve il problema

Lo studio, pubblicato sulla rivista Acta Astronautica, conclude che i razzi chimici non possono colmare questo gap energetico. L’unica leva tecnologica identificata è la propulsione termica nucleare, o NTP, che riscalda l’idrogeno liquido attraverso il nocciolo del reattore ed espelle il gas con circa il doppio dell’efficienza della combustione chimica.

La tecnologia Essa non rimane nel campo teorico. L’agenzia di ricerca francese CEA ha lanciato uno studio di fattibilità chiamato Alumni nel 2023, sviluppato in collaborazione con ArianeGroup e Framatome per Agência Espacial Europeia. L’annuncio ufficiale dell’agenzia precisa che l’obiettivo è ridurre i transiti su Marte, riducendo l’esposizione degli astronauti alle radiazioni cosmiche durante il volo prolungato.

Il CEA sviluppa anche una linea parallela di ricerca chiamata RocketRoll, focalizzata sulla propulsione elettrica nucleare per missioni in cui la luce solare è insufficiente per i pannelli solari. I progetti Ambos si inseriscono in una tabella di marcia tecnologica europea che ha come obiettivo un prototipo intorno al 2035, una sequenza temporale abbastanza vicina alla finestra di lancio del 2031 per essere operativamente rilevante.

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Competência europeo nella tecnologia nucleare spaziale

Xavier Averty, direttore del programma presso il CEA, ha riferito che l’organizzazione ha sviluppato la propulsione spaziale nucleare, termica ed elettrica sin dagli anni ’80 e rimane l’unica organizzazione di ricerca europea con questa capacità. La competenza accumulata posiziona Europa come leader nell’unica tecnologia in grado di consentire il viaggio veloce verso Marte.

I progetti Alumni e RocketRoll non sono iniziative isolate. Representam è un’integrazione strategica in cui la ricerca francese, l’industria aerospaziale europea e il quadro normativo dell’agenzia spaziale continentale convergono verso un obiettivo specifico: rendere possibile una missione Marte con una durata compatibile con la sicurezza astronautica e la vitalità biologica.

Il metodo di scoperta attraverso i vecchi dati

Marcelo di Oliveira Souza non ha invocato fisica esotica né progettato nuovi motori. Ele ha utilizzato un approccio metodologico in cui i vecchi dati orbitali funzionano come un filtro geometrico. I dati del 2015 dell’asteroide 2001 CA21 descrivono un’ellisse allungata e a bassa inclinazione che intersecava le orbite di Terra e Marte. Successivamente Observações ha perfezionato questa orbita, alterandone la forma, ma i dati iniziali offrivano qualcosa di raro: un piano di riferimento per testare angoli di trasferimento estremi.

Il ricercatore ha imposto una regola rigida: qualsiasi traiettoria candidata doveva rimanere entro cinque gradi dal piano orbitale dell’asteroide. Usando un risolutore per Lambert, uno strumento di astrodinamica standard che calcola possibili traiettorie tra due punti nello spazio, simula tre future finestre di opposizione marziana. Gli anni 2027 e 2029 fallirono. La richiesta di energia è cresciuta troppo oppure la geometria ha impedito la chiusura del circuito di ritorno.

La finestra del 2031 si è comportata diversamente. Produziu due architetture complete di andata e ritorno entrambe in partenza da Terra lo stesso giorno di aprile, differenziate solo per il tempo di transito e le opzioni di soggiorno marziano.

La teoria Transformar in realtà

L’articolo pubblicato su Acta Astronautica non affronta l’ingegneria del veicolo, i budget di massa, i profili di aspirazione o i calcoli dell’assorbimento termico. Oferece, tuttavia, prova numerica che esiste una geometria di missione veloce e chiusa per Marte all’interno dei dati delle effemeridi orbitali reali. La soluzione rimane intatta sotto oscillazioni posizionali che riflettono l’incertezza dell’osservazione.

La domanda ora è se altre prime soluzioni di asteroidi codifichino modelli simili. La popolazione Levantamento rimane per lavori futuri. Per ora il viaggio di 226 giorni esiste solo sulla carta. L’Transformá in metallo e propellente richiederà un motore che corrisponda all’ambizione descritta dalla geometria.