L’energia nucleare sta vivendo una rinascita sulla Terra e nello spazio. Che si parli di basi lunari o di esplorazione spaziale, il nucleare potrebbe essere la chiave per spingersi oltre i nostri attuali confini.
Il 25 agosto 2012 la solitaria sonda spaziale Voyager 1 ha varcato la soglia dello spazio interstellare. All'epoca si trovava a 18 miliardi di km (11 milioni di miglia) di distanza dal Sole, ben oltre tutti i pianeti del nostro sistema solare.
La Voyager 1 è stata lanciata nel 1977. Quasi 50 anni dopo, continua a viaggiare e a inviare informazioni, penetrando sempre più in profondità nello spazio. Può farlo perché è alimentato dall’energia nucleare.
Per lungo tempo una fonte di energia controversa, il nucleare sta riscontrando un rinnovato interesse sulla Terra per alimentare la nostra lotta contro il cambiamento climatico. Ma dietro le quinte, anche il nucleare sta vivendo una rinascita nello spazio.
A luglio, la National Aeronautics and Space Administration (NASA) e la Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) degli Stati Uniti hanno annunciato congiuntamente che intendono lanciare un veicolo spaziale a propulsione nucleare entro il 2025 o il 2026. L’Agenzia spaziale europea (ESA) a sua volta sta finanziando una serie di studi sull’utilizzo dei motori nucleari per l’esplorazione spaziale. E l’anno scorso, la NASA ha assegnato un contratto a Westinghouse per sviluppare un concetto per un reattore nucleare per alimentare una futura base lunare.
“Al momento c'è molto interesse per il nucleare per le applicazioni spaziali”, ha affermato il dottor Ramy Mesalam, direttore del programma di ingegneria dei veicoli spaziali presso l'Università di Leicester. “Più esploreremo il nostro sistema solare e oltre, più attraente diventerà il nucleare”.
Notte lunare
Uno dei partecipanti a questo nuovo boom è Zeno Power, una startup statunitense fondata nel 2018. Un team da loro guidato ha recentemente ricevuto un premio di 15 milioni di dollari per sviluppare i cosiddetti sistemi nucleari a radioisotopi da utilizzare sulla superficie lunare da parte della NASA. Questi sistemi nucleari piccoli e leggeri hanno una lunga storia di utilizzo nello spazio e possono potenzialmente utilizzare i rifiuti nucleari per alimentarsi.
La NASA e partner internazionali come l’Agenzia spaziale europea (ESA) vogliono avere una base lunare operativa entro la fine del decennio. Questa base molto probabilmente utilizzerà in parte i reattori nucleari per produrre energia e calore.
L’energia nucleare è particolarmente interessante per l’uso sulla Luna a causa delle dure condizioni sulla superficie lunare. L'oscurità è una preoccupazione particolare per le missioni di lunga durata. “La notte lunare dura 14 giorni terrestri”, ha affermato Tyler Bernstein, cofondatore e amministratore delegato di Zeno Power. “Ci sono anche regioni permanentemente in ombra, come i crateri. Generare energia solare è impossibile al buio e in alcuni luoghi le temperature possono superare i -200 gradi Celsius”.
Bernstein spera di avere i primi reattori pronti entro il 2025.
Esplosione nucleare
I viaggi spaziali, tuttavia, sono un’attività intrinsecamente rischiosa, in particolare con materiali nucleari a bordo. I razzi destinati allo spazio esplodono regolarmente, diffondendo potenzialmente detriti nucleari nello spazio o persino sulla Terra. Questa è una realtà deludente che il professor Dale Thomas dell'Università dell'Alabama a Huntsville si trova ad affrontare.
Si occupa di propulsione nucleare. Invece di alimentare un razzo attraverso una reazione chimica, lo alimenteremmo attraverso una reazione nucleare.
Finora abbiamo utilizzato principalmente le reazioni nucleari per fornire elettricità ai veicoli spaziali, ma ricercatori come Thomas vogliono utilizzare queste reazioni per spingerli in avanti.
Ciò ha un grande potenziale per spingerci ulteriormente nello spazio, ma ci costringe anche a rivedere il modo in cui testiamo i motori a razzo. Di solito, questi motori vengono testati a terra, dove a volte esplodono o subiscono guasti. Ciò fornisce agli ingegneri informazioni chiave per migliorare i loro progetti. Questo modello di test e riparazione, tuttavia, deve essere adattato alla propulsione nucleare.
“Fallire un motore nucleare sul banco di prova non è una buona idea”, ha detto Thomas ad Oltre La Linea. “Le sue modalità di guasto sono molto più catastrofiche di quelle della propulsione chimica”.
Costruire un motore nucleare, in altre parole, richiede che i ricercatori siano più cauti e si assicurino che non si verifichino guasti. Ciò a sua volta rallenta lo sviluppo.
Una situazione simile è presente nell’invio di reattori nucleari nello spazio per alimentare veicoli spaziali e basi lunari. Prima di farlo, devono soddisfare elevati standard di sicurezza ed essere addirittura pronti a resistere alle esplosioni. Fortunatamente, abbiamo capito come farlo. Il primo reattore nucleare fu lanciato nello spazio già nel 1965.
“L’aspetto della sicurezza è una sfida”, ha detto Mesalam. “Questo è sempre al centro della progettazione di un sistema di energia nucleare. Ma la buona notizia è che abbiamo quasi 60 anni di esperienza nel farlo in tutta sicurezza”.
Specie interplanetarie
In futuro, i veicoli spaziali potrebbero essere alimentati da motori nucleari. Probabilmente li spingeremmo in un’orbita attorno alla Terra utilizzando motori chimici, e poi accenderemmo la loro propulsione nucleare per spingerli in missioni ben oltre il nostro pianeta.
“La propulsione chimica può portarci lontano dalla Terra e persino sulla Luna”, ha detto Thomas. “Ma quando vai su Marte e oltre, la cosa raggiunge i suoi limiti. La propulsione atomica sarà la chiave per superare quella barriera”.
Inoltre, la propulsione nucleare aprirebbe la strada a diversi modi di esplorare lo spazio. Oggi, i voli verso luoghi come Marte e i pianeti lontani sono limitati da finestre temporali. Organizzazioni spaziali come la NASA calcolano traiettorie complesse che lanciano i veicoli spaziali fuori dai campi gravitazionali dei pianeti, per risparmiare carburante. Se fossero disponibili motori nucleari di maggiore capacità e potenza, questa non sarebbe una priorità così alta, dandoci maggiore flessibilità su quando lanciare questi velivoli.
“Una Ferrari andrà più veloce di una Volkswagen perché ha un motore più potente”, ha detto Thomas. “Questo è ciò che la propulsione nucleare sta alla propulsione chimica”.
Prima di arrivare alla propulsione nucleare, tuttavia, potremmo aver bisogno di un po’ di tempo. Thomas sostiene che questi velivoli probabilmente decolleranno davvero solo intorno al 2030.
Una volta che li avremo, però, potrebbero rappresentare un punto di svolta. “L’energia nucleare e la propulsione costituiranno un’enorme tecnologia fondamentale per portare gli esseri umani su Marte e oltre”, ha affermato Bernstein. “Sarà la chiave per rendere l’umanità una specie interplanetaria”.
