Il sistema di propulsione ionico e la missione Dawn

Manca ormai poco all’arrivo della sonda Dawn in orbita al pianeta nano Cerere. C’è grande attesa per le fotografie che dovrebbero svelare finalmente il mistero dei puntini luminosi che negli ultimi giorni hanno scatenato tanti dubbi su internet. E’ comunque probabile che per avere una risposta ci vogliano più giorni se non settimane, infatti la missione Dawn coprirà circa 16 mesi periodo nel quale la sonda si avvicinerà gradualmente alla superficie del pianeta.

Ci sono vari blog e siti specializzati che presentano il sistema di propulsione a ioni come un’innovazione. In realtà questo tipo di propulsione era conosciuto dagli americani e dai russi sin dagli anni 60 del secolo scorso, anche se il sistema fu impiegato solo dai russi su vari satelliti a partire dagli anni 70. Quello che potremmo definire innovativo è il perfezionamento e l’utilizzo per effettuare trasferte tra corpi celesti diversi.

Come funziona un sistema di propulsione ionico?

Il propulsore ionico appartiene alla categoria degli endoreattori. Rispetto agli esoreattori che prelevano aria dall’atmosfera e la accelerano gli endoreattori prelevano il propellente da appositi serbatoi che devono portarsi dietro. Sono endoreattori sia i razzi che portano in orbita satelliti che quelli utilizzati per avere piccole spinte utili a controllare l’assetto e la stabilità orbitale.

I propulsori ionici sono sistemi ad alta spinta specifica. Cioè riescono a utilizzare una piccola massa per avere spinte importanti (spinta maggiore per unità di massa utilizzata). Questo permette una diminuzione in grandezza dei serbatoi che le sonde devono portarsi dietro. Aspetto importante che permette alla sonda di portarsi dietro strumentazione scientifica sempre più complessa oltre a permettere alla sonda un periodo di vita molto più lungo. Il lato negativo è che questo tipo di propulsore necessità di settimane, a volte mesi per arrivare alla velocità desiderata. Sebbene le accelerazioni siano piccole è possibile comunque raggiungere velocità maggiori rispetto ai razzi chimici.

Ci sono vari tipi di propulsori ionici. Quello più tradizionale consiste in una camera in cui vengono immesse delle particelle di un gas, tipicamente Xenon, che viene poi ionizzato attraverso un catodo rovente che emette elettroni. Questi elettroni vaganti rubano un altro elettrone allo Xenon che in questo modo assume una carica positiva. Come ione positivo finisce tra due griglie (piastre) tipo condensatore elettrico dove viene accelerato. Nel frattempo gli elettroni vengono “assorbiti” verso l’esterno da un campo magnetico. Allo ione Xenon, una volta fuori dallo spazio tra le due griglie, deve essere restituito l’elettrone perso all’interno della camera di ionizzazione. Si evita così che lo ione positivo tenda a tornare verso piastra negativa annullando la spinta.

propulsione a ioni
schema di un propulsore a ioni

 

Scusate il disegno poco professionale. Seguite la descrizione sullo schema da sinistra a destra.

 

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