Andare nello spazio a colpi di bombe atomiche

 

 

Premessa: tratto da qui e qui

 

 Gli elementi pesanti come l'uranio, usati per produrre l'energia nucleare, sono delle sorgenti di energia molto concentrate. Qualche chilo di combustibile nucleare può produrre tanta energia quanta ne producono migliaia di tonnellate di carbone o di petrolio, o di esplosivo nel caso di bombe atomiche. Imbrigliare l'energia nucleare per i voli spaziali sembra quindi una direzione naturale da esplorare.

Ma le astronavi a energia nucleare non sono facili da realizzare. I razzi spaziali non richiedono soltanto energia ma anche massa, materia espulsa all'indietro, e il combustibile nucleare ne fornisce molto poca. Per i razzi, il fattore limitante non è costituito dalla scarsa energia, ma dall'alta temperatura a cui essi devono funzionare. In genere un ugello di un razzo è già al color rosso: fornendo ancora più energia al propellente, la temperatura salirebbe ulteriormente, forse oltre il limite sopportabile dalla struttura metallica.
 

La scelta del propellente per i razzi


Rimane una possibile scappatoia. È possibile aumentare la velocità v delle molecole dei gas di scarico senza aumentarne la temperatura, e quindi anche aumentare la velocità del getto espulso, se queste molecole vengono sostituite da molecole più leggere.

Un gas caldo è un insieme di atomi o di molecole indipendenti, costantemente in collisione tra loro e con le pareti del contenitore. Più alta è la temperatura T e più velocemente si muoveranno. Ma se si confrontano diversi tipi di molecole a una certa temperatura, si trova (come è stato fatto osservare nella precedente sezione sul cannone SHARP) che la loro velocità v è diversa: infatti è l'energia cinetica (1/2) mv2 che è proporzionale a T.

Supponiamo di esaminare due gas alla stessa temperatura T, uno con molecole leggere di massa m e velocità v, l'altro con molecole più pesanti di massa M che si muovono con velocità V. Allora, per quanto detto prima

(1/2) mv2 = (1/2) MV2

Se (per esempio) M = 9m, si trova che v = 3V. A una data temperatura, le molecole più leggere si muovono 3 volte più velocemente!

I più efficienti razzi chimici, per esempio quelli della Navetta Spaziale, bruciano idrogeno e ossigeno per formare acqua (o più esattamente vapore acqueo ad altissima temperatura). La formula chimica dell'acqua è H2O, e poiché l'atomo di ossigeno (O) è 16 volte più pesante di quello di idrogeno (H), la molecola dell'acqua ha un peso 18 volte quello dell'atomo di idrogeno, e 9 volte quello della molecola H2, che è la forma in cui l'idrogeno normalmente esiste.

Magari il getto esplulso fosse costituito da idrogeno H2 invece che da vapore acqueo H2O! In tal caso, alla stessa temperatura (come si è detto prima) le sue molecole si muoverebbero 3 volte più velocemente, e anche i gas espulsi sarebbero più veloci. Purtroppo, non esistono pratiche reazioni chimiche che producano H2.

Con un'energia nucleare illimitata, tuttavia, non è necessario bruciare nulla: l'idrogeno gassoso potrebbe invece essere riscaldato all'interno di un reattore nucleare e quindi espulso all'indietro da un ugello di grandi dimensioni. Questa era l'idea del progetto NERVA, un tentativo della NASA degli anni '60 di costruire un razzo a energia nucleare.

È difficile immaginare di far funzionare un reattore nucleare alle stesse alte temperature del motore di un razzo. Ma, con un fattore 3 a proprio favore, anche temperature più basse darebbero ancora un grande vantaggio. Alcuni modelli sperimentali di razzi nucleari hanno funzionato abbastanza bene quando furono collaudati a terra, ma, alla fine, il rischio di una contaminazione ambientale e quello della fusione completa del reattore stesso erano troppo alti e il progetto fu accantonato.


Il progetto "Orion"


Un modo completamente diverso di affrontare il problema del volo spaziale è stato quello di Theodore Taylor, un fisico nucleare. Taylor ebbe una carriera di successo come progettista di bombe atomiche sempre più potenti, finché dubbi di coscienza lo spinsero a indirizzare altrove il proprio talento.
 

Si poneva il problema di portare nello spazio grandi carichi (e quando dico grandi, intendo qualche milione di tonnellate), e l'unico "propellente" in grado di produrre un impulso sufficiente era appunto una serie di detonazioni nucleari appena dietro un immenso respingente (quello che vedete alla base del veicolo), che avrebbe smorzato l'urto.


Taylor progettò niente di meno che un veicolo spaziale spinto da bombe atomiche. La parte posteriore del razzo avrebbe avuto una massiccia lastra metallica con un'apertura al centro. Ad opportuni intervalli di tempo, una bomba atomica sarebbe stata espulsa dall'apertura e, dopo aver raggiunto una specifica distanza dal razzo, sarebbe stata fatta esplodere. La bomba sarebbe stata racchiusa in un involucro di plastica ricco di idrogeno, che l'enorme calore prodotto dall'esplosione della bomba avrebbe trasformato istantaneamente in gas estremamente caldo, per lo più idrogeno. Quel gas sarebbe esploso nello spazio, ma una parte avrebbe colpito la lastra del razzo, e la pressione avrebbe spinto in avanti il veicolo spaziale.
 

Questa idea era stata lanciata la prima volta da Ulam e Everett nel 1955, prima che fosse stato realizzato in pratica alcun veicolo spaziale (Stanislaw Ulam fu anche la mente dietro al primo progetto pratico della bomba H; ved. "Dark Sun", Il Sole scuro, di Richard Rhodes). Nel 1958 Taylor ottenne l'appoggio dall'Aeronautica americana, e il suo progetto, chiamato "Orion" iniziò. Questo progetto attrasse un gruppo di sognatori pratici, tra cui Freeman Dyson, un brillante fisico teorico dell'Istituto di Studi Avanzati di Princeton.

Nei sette anni che seguirono, al costo di circa 10 milioni di dollari, furono sviluppati progetti per un veicolo spaziale spinto da bombe atomiche. Furono anche costruiti dei piccoli modelli di un tale veicolo e, in un esperimento pratico coronato da successo, un modello fu lanciato verso l'alto mediante una serie di cariche esplosive convenzionali, espulse dalla sua coda. Benché i dettagli dei progetti rimangano tuttora classificati (sono connessi alla tecnologia delle bombe), i progettisti affermarono che nessun problema tecnico presentava ostacoli, neppure l'usura della "lastra di spinta" esposta alle esplosioni, né il richio di radiazioni per i passeggeri dell'astronave, né altri dettagli.

I ricercatori del progetto "Orion" chiedevano la realizzazione di enormi astronavi, del peso di migliaia di tonnellate. Un progetto prevedeva un viaggio verso le stelle lontane usando un'astronave "con un progetto cautelativo" di 40 milioni di tonnellate, spinta da 10 milioni di bombe! Ma alla fine il progetto fu abbandonato, poiché l'idea di fare esplodere un numero così alto di bombe atomiche nell'atmosfera o nelle sue vicinanze sembrava piuttosto terrificante. Il mondo infine si rese conto di quanto i rifiuti radioattivi contaminassero l'atmosfera, e quasi tutte le Nazioni firmarono nel 1963 un trattato che metteva al bando gli esperimenti nucleari, e questo mise la parola fine al progetto "Orion".

 

Con i trattati contro le detonazioni nucleari nell'atmosfera, l'idea di una portaerei che decollava per Marte al suono di una ventina di bombe H al minuto non sembrò più tanto simpatica. Piacque però ad Arthur C. Clarke e Stanley Kubrick, che la vollero inizialmente per la propulsione dell'astronave interplanetaria Discovery in 2001: odissea nello spazio. Ma Kubrick ritenne che dopo il suo Dottor Stranamore, presentare un veicolo basato sulle bombe nucleari sarebbe stato poco coerente. Così nel film rimane soltanto una citazione: il veicolo che attracca alla stazione spaziale ed è così sorprendentemente simile allo Space Shuttle si chiama infatti Orion.

Più concretamente, la NASA ha deciso di battezzare Orion il veicolo che sostituirà lo Shuttle.

Il progetto Orion originale, comunque, non è morto: alcuni suoi documenti, specialmente quelli riguardanti le tecniche di fabbricazione di minibombe atomiche (di dimensioni palmari), sono ancora segreti per ovvie ragioni, e qualora si presentasse la necessità di portare rapidamente nello spazio una grande quantità di attrezzature e materiale (per esempio per deviare un asteroide in rotta di collisione con la Terra), la tecnologia Orion è tuttora l'unica in grado di raccogliere la sfida.

Se penso che negli anni Sessanta c'erano bombardieri e ricognitori trisonici (XB-70, SR-71), aerei di linea supersonici (Concorde) e si andava sulla Luna, sembra quasi che la tecnologia aerospaziale sia regredita, o abbia perlomeno delle grosse crisi di ambizione. Persino la Orion che sostituirà lo Shuttle è ampiamente ispirata al geniale lavoro dell'Apollo

 

 

 

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