La Cina realizza il primo cannone a microonde ad alta potenza, combinando superconduttori e macchine Stirling

Un team di ricerca cinese ha sviluppato un’arma a microonde ad alta potenza (HPM) azionata da quattro macchine frigorifere di Sterling compatti ed efficienti. Questi motori, che convertono efficacemente l’energia termica in energia meccanica, lavorano insieme come una pompa di calore inversa e possono aiutare una bobina superconduttrice a generare un campo magnetico con un’intensità fino a quattro tesla.

La macchina frigorifera di Stirling è una macchina che riesce a creare un freddo intenso tramite compressioni pulsanti di gas. Il freddo è utilizzato per far fuzionare dei magneti superconduttori particolari che, a loro volta generano le microonde. Questo viene poi sfruttato per pilotare onde elettromagnetiche ad alta frequenza abbastanza potenti da sopprimere droni, aerei militari e persino satelliti.

Si tratta della prima arma HPM al mondo, dichiarata pubblicamente, basata sulla tecnologia del motore Stirling. L’intensità del suo campo magnetico continuo e stazionario raggiunge 68.000 volte quella del campo magnetico terrestre, ovvero quasi la metà dell’intensità del campo magnetico che può essere generato dal Large Hadron Collider (LHC) in Europa.

Il sistema d’arma, che può essere facilmente inserito in un camion, vanta una significativa riduzione del consumo energetico per la generazione di un forte campo magnetico rispetto alle tecnologie esistenti.
Secondo i test preliminari del team del progetto, consuma solo un quinto dell’energia richiesta dai metodi attuali e può funzionare ininterrottamente per quattro ore senza attenuazione. Il funzionamento, secondo le fonti cinesi, non è influezato dalle vibrazioni per cui può anche funzionare in movimento in autostrada.

L’arma è stata sviluppata dall’Istituto di Tecnologia Nucleare del Nord-Ovest di Xian e dall’Istituto di Ingegneria Elettrica dell’Accademia Cinese delle Scienze di Pechino.

Attualmente, le armi HPM azionate da forti campi magnetici “soffrono degli inconvenienti legati all’enorme consumo di energia e alle grandi dimensioni”, ha scritto il team del progetto, guidato dallo scienziato di ingegneria elettronica Xu Ce, in un articolo pubblicato il mese scorso sulla rivista accademica cinese High Power Laser and Particle Beams.

Il motore Stirling, o meglio la macchina frigorifera, svolge un ruolo chiave in questo sistema d’arma. Può funzionare come un frigorifero, allontanando rapidamente il calore da un luogo.
Poiché il motore funziona secondo il principio dell’espansione del gas dovuta al calore, richiede pochissime parti in movimento e può essere realizzato in dimensioni molto ridotte: alcuni modelli sono stati addirittura utilizzati in satelliti e missili. Il motore Stirling però ha uno svantaggio: il suo limite di raffreddamento può raggiungere solo 40 gradi sopra lo zero assoluto (meno 273,15 Celsius), mentre i superconduttori a bassa temperatura utilizzati per generare forti campi magnetici devono operare entro un intervallo di quattro gradi sopra lo zero assoluto.

I magneti superconduttori sono necessari perché senza di loro non è possibile generare un campo elettromagnetico sufficientemente forte.  Se il campo magnetico non è abbastanza forte, la qualità del fascio di elettroni prodotto dall’arma a microonde sarà scadente e non potrà viaggiare a lungo. Per risolvere questo problema, il team di Xu ha utilizzato il più recente nastro in materiale superconduttore per realizzare le bobine. Questo materiale superconduttore ad alta temperatura di seconda generazione, noto come REBCO, può raggiungere una resistenza pari a zero tra i 40 e i 50 gradi sopra lo zero assoluto. Questo nastro, prodotto dalla Shanghai Superconductor Technology, è il prodotto più performante e meno costoso al mondo.

Quando il team di Xu ha combinato questo materiale superconduttore con il motore Stirling, ha raggiunto una temperatura di 48 gradi sopra lo zero assoluto e ha generato un campo magnetico superiore a quattro tesla. Allo stesso tempo, “il consumo energetico complessivo è stato ridotto dell’80% rispetto alla tecnologia tradizionale”, scrivono nel documento.

La svolta raggiunta dagli scienziati cinesi è in parte dovuta alle sanzioni avviate dall’ex presidente degli Stati Uniti Donald Trump.
Gli utilizzatori di superconduttori ad alta temperatura di seconda generazione in Cina dipendevano fortemente dalle importazioni dall’estero. Nel 2017, la capacità produttiva annuale della Cina di questo nastro era di poche decine di chilometri e la qualità dei materiali cinesi non era all’altezza di quella dell’Occidente, in particolare degli Stati Uniti. Nel tentativo di ostacolare i progressi hi-tech della Cina, nel 2018 il governo degli Stati Uniti ha emesso un divieto, impedendo alle aziende occidentali di esportare REBCO e altri materiali superconduttori all’avanguardia in Cina.

Questo divieto ha stimolato un’impennata della domanda di fornitori cinesi, tra cui Shanghai Superconductor. In meno di due anni, solo Shanghai Superconductor ha superato una capacità produttiva annuale di 400 km di nastro. Con l’aumento delle entrate, l’azienda ha incrementato gli investimenti in ricerca e sviluppo e ha battuto i record mondiali di prestazioni dei prodotti. Ora questo nastro, combinato alla realizzazione di macchine Sterling molto efficienti, permetterà l’applicazione di questo principio anche in altri settori, ad esempio per la realizzazione di maglev oppure anche la realizzazione di campi magnetici per il contenuimento del plasma.