Marte in 1 Anno (A/R)? Il “Progetto 242” italiano a cui lavorò anche Rubbia e che fu fermato dalla politica

Mentre il dibattito strategico si concentra sul Burevestnik, il missile da crociera a propulsione nucleare di Putin, c’è chi ricorda che, quasi un quarto di secolo fa, l’Italia era leader nello studio della propulsione nucleare. Non per armi di distruzione, ma per l’esplorazione umana dello spazio.

Stiamo parlando del Progetto 242, un programma finanziato dall’Agenzia Spaziale Italiana (ASI) tra il 1999 e il 2002, basato su un’idea rivoluzionaria di un gruppo di ricercatori americani, ma portata avanti dall’ASI con la partecipazione del premio Nobel Carlo Rubbia.

L’obiettivo? Un motore capace di rendere una missione umana su Marte non solo fattibile, ma rapida. Dimenticate i 3 anni (tra andata, attesa e ritorno) dei razzi chimici. Il “Project 242” , italiano dell’ASI, puntava a una missione completa, andata e ritorno, in un solo anno.

Come? Superando i limiti della fisica che affliggono tutti i motori attuali, da quelli di Starship a quelli ionici.

Il “Sacro Graal” dello spazio: Spinta e Efficienza

Per capire la genialità dell’idea di Rubbia (studiata poi da ricercatori come Augelli, Bignami e Genta), bisogna partire dal problema base dell’ingegneria spaziale: o vai veloce, o vai lontano.

Un motore si giudica su due parametri:

1. Spinta: La “forza bruta”, l’accelerazione.
2. Impulso Specifico: L’efficienza. Quanti secondi di spinta ottieni da un chilo di propellente.

Il problema è che, di solito, le due cose si escludono a vicenda. Ecco comparati i mototi chimici tradizionali, ionici, termici nucleari (come quello del progetto NERVA degli USA e oggi del Burevestnik, che però è atmosferico).

Come si vede, il Progetto 242 prometteva di rompere questo schema, offrendo un’efficienza  quasi 3 volte superiore al NERVA e quasi 6 volte superiore a un motore chimico, mantenendo una spinta significativa.

+

L’idea: il motore a “Frammentazione diretta”

Come ci riusciva? Sfruttando la fisica della fissione in un modo totalmente nuovo.

Un motore termico nucleare “classico” (come il NERVA) è un bollitore: un reattore a uranio si scalda, ci si fa passare dentro l’idrogeno o altro gas,  l’idrogeno si espande e genera spinta. L’efficienza è limitata da quanto caldo può diventare il reattore prima di fondere. Ci sono dei forti limiti fisici al suo funzionamento.

Il motore del progetto Nerva, cioè praticamente un reattore nucleare supercaldo che scaldava l’idrogeno e gli altri gas

Il motore NERVA scaldava l’idrogeno liquido tramite, appunto, un reattore e dei diffusori di calore, ma il limite era proprio nella quantità di temperatura che poteva essere distribuita prima di fondere, letteralmente,  il motore. NERVA comunque fu realizzato e testato con successo, e il suo programma fu fermato solo dai tagli di Nixon al programma spaziale.

L’idea portata avanti dall’ASI e appoggiata da Rubbia era molto più sofisticata e non prevedeva un pesante reattore nucleare, come normalmente definito, ma si basava su un isotopo artificale con tempo di dimezzamento di 141 anni, sufficienti a generare molta spinta.

Struttura del proposto motore nucleare spaziale dell’ASI, da Acta Astronautica

L’idea di Rubbia era molto più diretta e si basa sui frammenti di fissione (FF).

1. L’energia è nelle “schegge”: Quando un atomo (es. Uranio) si spacca, l’88% dell’energia non è in calore o radiazioni, ma nell’energia cinetica di due “schegge” (i frammenti) che schizzano via a velocità folli.
2. Il problema: Nei reattori normali, il combustibile è in barre spesse (solide). Le schegge vengono immediatamente assorbite dal combustibile stesso, trasformando la loro energia in banale calore. È come sparare un proiettile dentro un muro di piombo: il proiettile si ferma e scalda il muro.
3. La soluzione (Project 242): E se il combustibile fosse uno strato sottilissimo, spesso pochi micron (millesimi di millimetro)? In questo caso, le schegge non vengono assorbite. Attraversano il film sottile e “volano” libere nello spazio circostante.

Il motore del Progetto 242 è una camera dove queste schegge “bombardano” direttamente il gas propellente (idrogeno), cedendogli la loro immensa energia cinetica e portandolo a temperature (e quindi a velocità di espulsione) impensabili per un reattore “a calore” indiretto, come il NERVA, o come quello russo odierno.

Americio, nell’isotopo stabile visto a microscopio (da Wikipedia)

I due trucchi tecnologici del Progetto 242

Per far funzionare questa idea servivano due innovazioni, che furono il cuore dello studio ASI.

1. Il Combustibile: Americio-242

Non si può usare Uranio o Plutonio. In un film così sottile, i neutroni “scapperebbero” e la reazione a catena si spegnerebbe. Serve un materiale con una “sezione d’urto” (la probabilità di fissione) spaventosamente alta.

Questo materiale è l’Americio-242. È talmente “reattivo” da poter sostenere una fissione critica anche in uno strato ultrasottile. Ecco perché il progetto si chiamava “242”, perché si basava su questo isotopo.

2. La “Trappola” per neutroni (n-hohlraum)

Per massimizzare l’efficienza, bisogna assicurarsi che ogni neutrone colpisca il sottilissimo film di Americio. La soluzione studiata era il “n-hohlraum”: una cavità le cui pareti interne sono rivestite dal film di Americio242, il tutto immerso in un materiale che “diffonde” i neutroni senza assorbirli (come il carbonio).

I neutroni vengono “intrappolati” nella cavità, rimbalzando come palline da ping-pong da una parete all’altra, attraversando il film di Americio più e più volte, massimizzando la probabilità di causare un’altra fissione.

La Missione Marte: Veloce e Sicura

Con un motore da 2700 a  3200 N di spinta, il team del Progetto 242 definì una missione umana per Marte radicalmente diversa (e migliore) di quelle attuali.

• Durata Totale: Circa 1 anno (LEO-LEO, partenza da orbita terrestre e ritorno).
• Traiettorie Veloci: Permetteva di usare le traiettorie “di opposizione” (ad alta energia), impossibili per i motori chimici.
• Niente Rischi Inutili: Niente aerobraking (frenata nell’atmosfera di Marte o Terra) o produzione di carburante su Marte. Tutto il necessario (incluso il propellente per il ritorno) viene portato da Terra.
• Modularità: La missione prevedeva l’assemblaggio in orbita di 3 navi (2 cargo inviate prima, 1 “clipper” con equipaggio in viaggio veloce).

Lo studio, pubblicato su Acta Astronautica, fu chiaro: i risultati preliminari erano “molto soddisfacenti” e il team “non trovò show stoppers“, cioè nessun ostacolo fisico o tecnologico insormontabile.

E poi? Il solito finale all’italiana

Il programma ASI fu finanziato dal 1999 al 2002. Aveva definito il design, la fisica, il combustibile e la missione. Il passo successivo era costruire un prototipo e una “test facility” dedicata a terra. Il progetto era totalmente pacifico e per utilizzo extra-atmosferico, senza quindi pericoli di contaminazione nucleare.

Ma nel 2002, il progetto fu fermato.

La motivazione ufficiale, come si legge negli stessi paper scientifici, fu “cambiamenti nelle strategie e nella politica dell’ASI”. ASI si integrò maggiormente in ESA, con taglio dei fondi. Niente italiani su Marte, con largo anticipo rispetto a Elon Musk (e soprattutto con una tecnologia incredibilmente più avanzata”. I “Progetti europei” sono giunti a un bel nulla, ma pazienza.

Ancora una volta, un programma di ricerca avanzata, che richiedeva un investimento pubblico a lungo termine per portare l’Italia  alla frontiera dell’esplorazione spaziale, fu sacrificato sull’altare della politica a breve termine e dei cambi di budget e dell'”Orine di bilancio”, rispetto regole europee etc. Non siamo andati su Marte, ma abbiamo l’Euro. Ritenetevi fortunati…

Oggi, 22 anni dopo, l’idea resta sulla carta, un brillante “what if” mentre aspettiamo che Starship (a propulsione chimica, la stessa del Saturn V di 60 anni fa) sia finalmente pronta a portarci su Marte. In 8 mesi. Solo andata.

Come avrebbe potuto essere, e non è stato

Domande & Risposte (FAQ)

1. Perché l’Americio-242m è così speciale e non si usa l’Uranio?

L’Uranio-235 (quello delle centrali) ha bisogno di “massa” per sostenere una reazione a catena. Se lo si usa in un film sottile, i neutroni scappano via e la reazione si spegne. L’Americio-242m ha una “sezione d’urto” (la probabilità di spaccarsi) talmente più alta che la reazione si autosostiene anche in un film sottilissimo. Questo è l’unico modo per permettere ai “frammenti di fissione” di scappare e scaldare il gas.

2. Questo motore è pericoloso? È come una bomba?

No. È un reattore, progettato per funzionare in modo stabile e controllato, non per esplodere. Il rischio (come per tutti i reattori) è la gestione delle radiazioni e del combustibile. Il piano era di accenderlo solo dopo aver lasciato l’orbita terrestre (raggiunta con un razzo chimico), minimizzando i rischi per il pianeta. Anzi, la missione Progetto 242 era più sicura di quelle chimiche perché evitava manovre rischiose come l’aerobraking.

3. Se il progetto era così promettente, perché l’ASI lo ha fermato nel 2002?

I documenti ufficiali citano “cambiamenti di strategia e politica”. Questi progetti richiedono enormi investimenti iniziali (costruzione di impianti di test, produzione del costoso $^{242m}\text{Am}$) con ritorni visibili solo dopo decenni. La politica, specialmente in Italia, ragiona su cicli di 3-5 anni. È stata una scelta di priorità di budget a breve termine che ha sacrificato una visione tecnologica a lungo termine in cui l’Italia era leader.

Rimani aggiornato seguendoci su Google News!

SEGUICI