Dalla nascita dell’era spaziale, il sogno di raggiungere un altro sistema solare è stato ostacolato dalla “tirannia dell’equazione del razzo”, che pone limiti rigidi alla velocità e alle dimensioni delle navicelle spaziali che lanciamo nel cosmo. Anche con i più potenti motori a razzo di oggi, gli scienziati stimano che ci vorrebbero 50.000 anni per raggiungere il nostro vicino interstellare più vicino, Alpha Centauri. Se gli esseri umani sperano di vedere un’alba aliena, i tempi di transito dovranno diminuire significativamente.
Tra i concetti di propulsione avanzata che potrebbero teoricamente farcela, pochi hanno generato tanto entusiasmo e polemiche come l’EmDrive. Descritto per la prima volta quasi due decenni fa, l’EmDrive funziona convertendo l’elettricità in microonde e incanalando questa radiazione elettromagnetica attraverso una camera conica. In teoria, le microonde possono esercitare una forza contro le pareti della camera per produrre abbastanza spinta per spingere un veicolo spaziale una volta nello spazio. A questo punto, tuttavia, l’EmDrive esiste solo come prototipo di laboratorio, e non è ancora chiaro se sia in grado di produrre spinta. Se lo fa, le forze che genera non sono abbastanza forti da essere registrate a occhio nudo, tanto meno per spingere un veicolo spaziale.
Negli ultimi anni, tuttavia, una manciata di team di ricerca, tra cui uno della NASA, sostiene di aver prodotto con successo la spinta con un EmDrive. Se fosse vero, si tratterebbe di una delle più grandi scoperte nella storia dell’esplorazione spaziale. Il problema è che la spinta osservata in questi esperimenti è così piccola che è difficile dire se è reale.
La risoluzione sta nella progettazione di uno strumento che possa misurare queste minuscole quantità di spinta. Così un team di fisici della Technische Universität di Dresda in Germania ha deciso di creare un dispositivo in grado di soddisfare questa esigenza. Guidato dal fisico Martin Tajmar, il progetto SpaceDrive mira a creare uno strumento così sensibile e immune alle interferenze da mettere fine al dibattito una volta per tutte. In ottobre, Tajmar e il suo team hanno presentato la loro seconda serie di misure sperimentali EmDrive al Congresso Astronautico Internazionale, e i loro risultati saranno pubblicati in Acta Astronautica questo agosto. Sulla base dei risultati di questi esperimenti, Tajmar dice che una risoluzione alla saga EmDrive potrebbe essere solo a pochi mesi di distanza.
Molti scienziati e ingegneri respingono l’EmDrive perché sembra violare le leggi della fisica. Le microonde che spingono sulle pareti di una camera EmDrive sembrano generare una spinta ex nihilo, il che si scontra con la conservazione della quantità di moto – è tutta azione e nessuna reazione. I sostenitori dell’EmDrive, a loro volta, hanno fatto appello a interpretazioni marginali della meccanica quantistica per spiegare come l’EmDrive potrebbe funzionare senza violare la fisica newtoniana. “Dal punto di vista della teoria, nessuno lo prende sul serio”, dice Tajmar. Se l’EmDrive è in grado di produrre spinta, come alcuni gruppi hanno sostenuto, dice che non hanno “nessun indizio da dove viene questa spinta”. Quando c’è una spaccatura teorica di questa portata nella scienza, Tajmar vede solo un modo per chiuderla: la sperimentazione.
A fine 2016, Tajmar e altri 25 fisici si sono riuniti a Estes Park, in Colorado, per la prima conferenza dedicata all’EmDrive e ai sistemi di propulsione esotica correlati. Una delle presentazioni più emozionanti è stata tenuta da Paul March, un fisico del laboratorio Eagleworks della NASA, dove lui e il suo collega Harold White avevano testato vari prototipi di EmDrive. Secondo la presentazione di March e un successivo articolo pubblicato nel Journal of Propulsion and Power, lui e White hanno osservato diverse decine di micro-newton di spinta nel loro prototipo EmDrive. (Per fare un confronto, un singolo motore SpaceX Merlin produce circa 845.000 Newton di spinta a livello del mare). Il problema per Harold e White, tuttavia, era che il loro setup sperimentale permetteva diverse fonti di interferenza, quindi non potevano dire con certezza se ciò che osservavano fosse spinta.
Tajmar e il gruppo di Dresda hanno usato una replica stretta del prototipo EmDrive usato da Harold e White nei loro test alla NASA. Consiste in un frustum di rame – un cono con la parte superiore tagliata – che è lungo poco meno di un piede. Questo design può essere fatto risalire all’ingegnere Roger Shawyer, che ha descritto per la prima volta l’EmDrive nel 2001. Durante i test, il cono EmDrive è posto in una camera a vuoto. All’esterno della camera, un dispositivo genera un segnale a microonde che viene trasmesso, tramite cavi coassiali, alle antenne all’interno del cono.
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Questa non è la prima volta che il team di Dresda ha cercato di misurare quantità quasi impercettibili di forza. Hanno costruito aggeggi simili per il loro lavoro sui propulsori ionici, che sono utilizzati per posizionare con precisione i satelliti nello spazio. Questi propulsori da micro-newton sono del tipo usato dalla missione LISA Pathfinder, che ha bisogno di una capacità di posizionamento estremamente precisa per rilevare fenomeni deboli come le onde gravitazionali. Ma per studiare l’EmDrive e simili sistemi di propulsione senza propellente, Tajmar dice, richiedeva una risoluzione di nano-newton.
Il loro approccio era quello di utilizzare una bilancia di torsione, una bilancia a pendolo che misura la quantità di coppia applicata all’asse del pendolo. Una versione meno sensibile di questa bilancia è stata usata anche dal team della NASA quando pensavano che il loro EmDrive producesse spinta. Per misurare con precisione la piccola quantità di forza, il team di Dresda ha usato un interferometro laser per misurare lo spostamento fisico delle bilance prodotte dall’EmDrive. Secondo Tajmar, la loro bilancia di torsione ha una risoluzione di nano-newton e supporta propulsori del peso di diverse libbre, rendendola la bilancia di spinta più sensibile esistente.
Ma una bilancia di spinta davvero sensibile non è molto utile se non si può anche determinare se la forza rilevata è in realtà spinta e non un artefatto di interferenze esterne. E ci sono molte spiegazioni alternative per le osservazioni di Harold e White. Per determinare se un EmDrive produce effettivamente una spinta, i ricercatori devono essere in grado di schermare il dispositivo dalle interferenze causate dai poli magnetici della Terra, dalle vibrazioni sismiche dall’ambiente e dall’espansione termica dell’EmDrive dovuta al riscaldamento dalle microonde.
Le modifiche al design della bilancia di torsione – per controllare meglio l’alimentazione dell’EmDrive e schermarlo dai campi magnetici – hanno risolto alcuni dei problemi di interferenza, dice Tajmar. Un problema più difficile era come affrontare la “deriva termica”. Quando l’alimentazione fluisce all’EmDrive, il cono di rame si riscalda e si espande, il che sposta il suo centro di gravità quanto basta per far sì che la bilancia di torsione registri una forza che può essere scambiata per spinta. Tajmar e il suo team speravano che cambiare l’orientamento del propulsore aiutasse a risolvere questo problema.
Nel corso di 55 esperimenti, Tajmar e i suoi colleghi hanno registrato una media di 3,4 micro-newton di forza dall’EmDrive, che era molto simile a quella trovata dal team della NASA. Ahimè, queste forze non sembravano superare il test della deriva termica. Le forze viste nei dati erano più indicative di espansione termica che di spinta.
Tutta la speranza non è persa per l’EmDrive, tuttavia. Tajmar e i suoi colleghi stanno anche sviluppando altri due tipi di bilance di spinta, tra cui una bilancia superconduttiva che, tra le altre cose, aiuterà a eliminare i falsi positivi prodotti dalla deriva termica. Se rilevano la forza di un EmDrive su queste bilance, c’è un’alta probabilità che si tratti effettivamente di spinta. Ma se non viene registrata alcuna forza su queste bilance, probabilmente significa che tutte le precedenti osservazioni di spinta dell’EmDrive erano falsi positivi. Tajmar dice che spera di avere un verdetto finale entro la fine dell’anno.
Ma anche un risultato negativo da questo lavoro potrebbe non uccidere l’EmDrive per sempre. Ci sono molti altri progetti di propulsione senza propellente da perseguire. E se gli scienziati svilupperanno mai nuove forme di propulsione debole, gli equilibri di spinta ipersensibili sviluppati da Tajmar e dal team di Dresda giocheranno quasi certamente un ruolo nel separare la scienza dalla fantascienza.
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