Ad ogni azione corrisponde una reazione uguale e contraria: terza legge della dinamica. È il principio su cui si basano i razzi spaziali, che bruciano propellente in una direzione per andare in quella opposta.
Un ingegnere NASA però crede di poterci portare tra le stelle senza alcun propellente, grazie ad uno speciale motore elicoidale. Un motore che sarebbe alla base di tutte le navi spaziali del futuro.
Disegnato da David Burns del Marshall Space Flight Center in Alabama, il “motore elicoidale” sfrutta gli effetti dell’alterazione di massa che si verificano a velocità prossime a quella della luce. Burns ha pubblicato un paper descrittivo del concept sul server dei report tecnici della NASA.
Inutile dire che il suo lavoro ha incontrato lo scetticismo di parte dei suoi colleghi, ma Burns ritiene che il concetto sia valido, e costituirà l’apripista di molti motori spaziali del futuro. “Se qualcuno proverà che non funziona non avrò problemi a ricredermi, ma vale la pena di esplorare anche questa opzione,” dice.
Come funziona il motore elicoidale?
Per capire un po’ il principio del motore dalla forma elicoidale realizzato da Burns provate ad immaginare una scatola su una superficie che non ha attrito. All’interno della scatola c’è una barra intorno alla quale scorre un anello. Se un impulso interno alla scatola dà una spinta all’anello, questi slitterà in avanti mentre la scatola va in direzione opposta. Una volta toccato il limite della scatola, l’anello tornerà indietro, e anche la scatola lo farà, invertendo la sua direzione. In normali condizioni la terza legge della dinamica produce un oscillazione da destra a sinistra dell’anello.
Ma cosa succederebbe, si chiede Burns, se la massa dell’anello fosse più grande quando va in una direzione e poi piccola quando torna nella direzione opposta? Di fatto l’azione sarebbe maggiore della reazione, la terza legge della dinamica sarebbe bypassata e la scatola si muoverebbe sempre più in avanti.
Come può quell’anello cambiare la sua massa?
Questo non è “proibito” dalla fisica. La teoria della relatività speciale di Einstein dice che un oggetto acquista massa via via che si avvicina alla velocità della luce (un effetto che in minima parte può essere dimostrato dagli attuali acceleratori di particelle).
In effetti se sostituiamo all’anello nella scatola un acceleratore di particelle abbiamo ottenuto il risultato. Gli ioni interni all’anello verrebbero portati a velocità vicine a quelle della luce (aumentando la massa) quando va in una direzione e decelerandoli (diminuendo la massa) quando vanno nell’altra.
Si può fare ancora meglio
Burns pensa che il sistema avrebbe ancora più efficienza se si facesse a meno di bastone ed anello, e si sostituisse il tutto con un unico acceleratore di particelle a forma di elica, capace di far compiere alle particelle sia il movimento laterale che quello longitudinale: un movimento elicoidale, per l’appunto.
E la scatola?
Ne servirebbe ad occhio e croce una piuttosto grande. Non a caso le grandezze di questo motore sono nell’ordine di 200 metri in lunghezza e 12 di diametro. Anche l’energia necessaria è enorme, secondo i calcoli: servono 165 megawatt di energia per generare la spinta pari a 1 newton (è la forza che impieghiamo per pigiare un tasto sulla tastiera).
Per questo il motore può funzionare solo in una “grande scatola senza attrito” (o quasi): lo spazio cosmico.
“Con la giusta dose di tempo ed energia, nello spazio questo motore potrebbe raggiungere il 99% della velocità della luce,” dice Burns.
Un motore elettromagnetico con propulsori, ma senza propellente
A fine anni ’70 Robert Cook, un inventore americano, brevettò il progetto di un motore capace a suo dire di convertire la forza centrifuga in movimento lineare.
30 anni dopo, nei primi anni 2000, l’inventore inglese Roger Shawyer propose l’EM drive, capace a suo dire di convertire in spinta delle microonde.
Nel gennaio 2017, un motore magnetico sviluppato negli Eagleworks Laboratory della NASA sembrava aver centrato il bersaglio, ma test più approfonditi rilevarono un errore di progettazione in questi motori a propulsione magnetica. Fenomeno cononosciuto anche con il nome di “come fondere un motore”.
Nessuno dei due concetti è ancora stato testato con successo: entrambi sono giudicati impossibili per la loro violazione di una legge chiave della fisica, la legge di conservazione del momento angolare.
Martin Tajmar dell’Università della tecnologia di Dresda, in Germania, ha testato (senza successo) l’EM Drive e ritiene che il motore elicoidale probabilmente avrà gli stessi problemi.
“Per come la vedo io, nessun sistema di propulsione inerziale potrà mai funzionare in ambienti spaziali,” dice.
Il principio di questo motore impossibile rispetta la relatività speciale, cosa che lo rende speciale, ma “sfortunatamente c’è sempre un meccanismo di azione-reazione da considerare”.
Burns ha lavorato sul suo da solo, e ammette che il modello di motore è piuttosto inefficiente. Fa salvo però il principio, e ritiene che ci sia potenziale per il miglioramento.
“Conosco i rischi legati alla presentazione di tecnologie come la fusione fredda o l’EM Drive,” dice. “So che la mia reputazione sarà discussa, ma bisogna correre il rischio se si vuole inventare qualcosa di nuovo”.
L’impressione è quella di trovarsi davanti a spunti molto interessanti di un progetto estremamente embrionale. Tutte le idee sono presenti, ma l’insieme appare prematuro.
