IL PROBLEMA DEI CARBURANTI NELLA PROGETTAZIONE DEI VEICOLI SPAZIALI
Versione approfondita
Movimento e propulsione a razzo
Come è noto, tutti i moti – compreso quello nello spazio –
sono regolati dalle leggi fisiche della meccanica e della dinamica.
Il teorema dell'impulso (o conservazione della quantità di moto)
afferma che in un sistema isolato la quantità di moto di un corpo rimane
costante. Essa è una grandezza vettoriale, pari al prodotto della massa
del corpo stesso per la sua velocità.
In altre parole, in un sistema isolato (e privo di attrito,
sempre contrario alla direzione del moto) essi sono inversamente proporzionali.
Applicata ai voli spaziali con qualsiasi tipo di propellente, la legge afferma
che espellendo massa (il carburante) si ottiene un aumento di velocità.
Una volta espulso, il carburante non è più riutilizzabile -
se anche se ne trovasse il modo - per il principio appena esposto. Inoltre,
un aumento della massa comporta, per la conservazione della quantità
di moto, una diminuzione della velocità.
Una volta esaurito il propellente, inizierebbe un rallentamento del veicolo.
Bisogna considerare anche un altro fattore: la quantità di propellente da imbarcare aumenta all'aumentare della distanza da percorrere e col diminuire del tempo di percorrenza (cioè con l'aumentare della velocità). E ancora, essa è fortemente dipendente dall'efficienza del sistema propulsivo.
Perciò, benché utile per viaggi all'interno del Sistema
Solare, la propulsione tramite carburante è da considerarsi totalmente
inadatta a una missione interstellare.
Infatti, per un viaggio fino a Proxima Centauri, distante solo 4 anni luce
circa dalla Terra, ad una velocità di "soli" 0,01c (un centesimo
della velocità della luce), allo Shuttle occorrerebbe una quantità
di propellente superiore alla massa dell'Universo!
Anche altri tipi di propulsione, come quella ionica o quella dipendente da
reattori a fusione nucleare, comportano un quantitativo di combustibile molte
volte superiore alla massa della navicella.
Per risolvere questo problema, sono in atto delle ricerche sia riguardo il recupero del propellente abbinato a variazioni momentanee di massa, sia studi e sperimentazioni su sistemi di propulsione senza espulsione di carburante (motore Woodward).