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Astronavi per volare nel f uturo Astronavi per volare nel f uturo Dyson: il motore a ioni è il più promettente LA prima domanda a cui si deve rispondere quando si pensa al futuro delle attività spaziali è: «Che cosa è andato storto?». Si supponeva che l'era spaziale avrebbe indotto l'umanità verso un glorioso futuro di espansione nel cosmo. Invece è diventata, come l'era dell'energia nucleare, un simbolo di aspettative esagerate e di promesse non mantenute. Il volo spaziale muterà radicalmente nel prossimo secolo, ma la tecnologia è già abbastanza avanzata da permetterci di fare supposizioni su dove si arriverà entro 100 anni. Forse sbaglieremo nei dettagli, ma le leggi della fisica pongono saldi limiti a ciò che potremo fare. Il futuro della biotecnologia presenta un'incertezza di tipo diverso: non possiamo neanche supporre quali siano i suoi limiti. Credo che il XXI secolo sarà l'era della biotecnologia e che essa trasformerà a fondo sia la forma dei veicoli spaziali sia i nostri modelli di vita. Per i veicoli spaziali del futuro sono stati proposti svariati sistemi di propulsione, cinque dei quali - nucleare, solare, laser, con acceleratori a vela solare e a presa dinamica - rappresentano grandi promesse tecnologiche. Dovendo scegliere uno di essi come il candidato più promettente, punterei su quello solare. La propulsione solare accelera la sonda grazie a un getto di ioni a bassa spinta. La luce che colpisce le celle solari genera elettricità usata per ioninzare e accelerare un gas inerte come lo xeno. Sono gli ioni espulsi dal motore a spingere in avanti il veicolo. In un propulsore chimico, il carburante fornisce sia l'energia sia la quantità ai moto, mentre nella propulsione solare le sorgenti di energia (la luce del Sole) e della quantità di moto (il getto di ioni) sono distinte. Nello spazio ritengo che la propulsione solare sarà vincente perché permette di spingersi tanto lontano, per velocità, efficienza ed economia, quanto è consentito dalle leggi Il «Kuiper Express», che esplorerà Plutone, è il prototipo delle sonde spaziali del prossimo secolo «LE SCIENZE»: ECCO IL DUEMILA L'articolo di Freeman Dyson pubblicato qui accanto è un'anticipazione tratta dal prossimo numero del mensile «Le Scienze», in edicola tra qualche giorno: uno speciale fascicolo monografico intitolato «Come sarà il 2000», concepito per celebrare i 150 anni di «Scientific American», del quale «Le Scienze» è l'edizione italiana. Contiene saggi di autori di fama mondiale in campi fondamentali della scienza e della tecnologia: informatica, telecomunicazioni, trasporti, medicina, macchine e materiali, energia e ambiente. Per la medicina, ad esempio, gli articoli affronteranno la terapia genica, il ricorso a organi artificiali realizzati con la «coltivazione» di tessuti biocompatibili e la chirurgia praticata con robot. Per i trasporti i temi trattati sono le ferrovie ad alta velocità, l'auto su misura, l'evoluzione degli aerei di linea e i voli spaziali, questi ultimi appunto con il contributo di Dyson. Nell'articolo che anticipiamo quasi integralmente, Dyson delinea le tecnologie che nel prossimo futuro si svilupperanno nella navigazione extraterrestre. La ricerca nello spazio, infatti, dovrà necessariamente diventare meno costosa e più efficiente, e questo si può ottenere soltanto rivedendone radicalmente alcuni aspetti concettuali. Dyson è uno dei più originali fisici teorici del nostro tempo. Professore di fisica al celebre Institute for Advanced Study di Princeton (Usa), si è occupato anche di ingegneria e controllo degli armamenti. E' inoltre un eccezionale divulgatore scientifico. Tra i suoi libri tradotti in italiano va ricordato «Turbare l'universo», edito da Boringhieri. della fisica. Quelli solari sono moto, i economici e universali, adatti al trasporto di carichi in tutto il sistema solare. Questa flessibilità non significa che gli altri sistemi di propulsione non saranno necessari. Per lanciare veicoli nello spazio avremo ancora bisogno di propulsori chimici o lanciatori ad alta spinta più efficienti. Il motore nucleare funziona in modo molto simile a quello solare ma elimina la dipendenza dalla luce del Sole per la generazione di elettricità. La propulsione laser ricava energia da un laser ad alta potenza situato sulla superficie terrestre. Le vele solari, spinte dalla pressione della luce solare, sono caratterizzate da una partenza lenta ma non richiedono combustibile. Gli acceleratori a presa dina¬ mica sono un sistema di lancio economico per carichi voluminosi che possono resistere a una gravità migliaia di volte superiore a quella terrestre. Ma per viaggi lunghi ad alta velocità, quello solare sembra il sistema da privilegiare. Ci sono due limiti fisici alle prestazioni dei veicoli a propulsione solare. Uno è stabilito dal rapporto spinta/peso del motore, l'altro dal rapporto peso'potenza delle superfici che raccolgono l'energia solare. Il primo limita l'accelerazione ed è il più grave per le missioni brevi. Se un veicolo può accelerare a un centimetro per secondo quadrato (circa un millesimo della gravità terrestre), raggiungerà la velocità di 26 chilometri al secondo in un mese. Coprire rapidamente distanze relativa¬ mente brevi richiede una partenza veloce, ovvero un alto rapporto spinta/peso. Il rapporto peso/potenza limita la velocità massima ed è importante per i lunghi tragitti. Più sottile è la superficie del collettore solare, maggiore è la potenza per un dato peso. Le leggi della fisica pongono come limite un peso di circa un grammo per metro quadrato, valore che rappresenta meno di un millesimo del peso dei pannelli previsti per ii Kuiper Express, la sonda che dovrebbe esplorare Plutone e l'estrema periferia del sistema solare. Un veicolo spaziale a propulsione solare potrebbe, in linea di principio, superare le prestazioni del Kui per Express di un fattore 1000. Il Kuiper Express userebbe i suoi motori solari per la pro¬ pulsione presso la Terra e poi volerebbe di conserva fino ai margini del sistema solare. Un veicolo spaziale dotato di collettori a pellicola sottile potrebbe usare il suo motore anche nella Fascia di Kuiper, dove la luce del Sole è 1000 volte più fioca che sulla Terra. Vicino al nostro pianeta un simile veicolo potrebbe toccare velocità di diverse centinaia di chilometri al secondo, abbastanza per raggiungere Marte, Venere o Mercurio in meno di un mese. Anche se i pannelli solari a film sottile non saranno costosi, la loro dimensione e sottigliezza ne renderanno difficile l'uso pratico. Il problema sarà più serio per i grandi carichi. Veicoli spaziali con persone a bordo, per esempio, difficilmente potrebbero pesare meno di una tonnellata. Un veicolo di questo peso necessiterà di collettori solari con un'area di circa 8000 metri quadrati. Se questi viaggi avranno senso dipenderà dalle motivazioni dei passeggeri. Come la maggioranza degli scienziati, sono più interessato a missioni senza equipaggio. Per i robot sonda i vantaggi della propulsione solare possono essere accentuati contraendo il peso da tonnellate a chilogrammi. Il processo di miniaturizzazione che ha portato dalle sonde Voyager al Kuiper Express può essere spinto oltre. I veicoli spaziali a propulsione solare del futuro peseranno probabilmente pochi chilogrammi e avranno un pannello solare il cui diametro varierà da 10 a 20 metri; sarebbero ideali per l'esplorazione scientifica e probabilmente anche per la maggior parte delle esigenze commerciali e militari. ìl compito principale dei veicoli spaziali è la raccolta di informazioni, che già sappiamo eseguire in modo economico con macchine che pesano meno di un chilogrammo. La propulsione solare darà a queste missioni la flessibilità che manca alle sonde a propulsione chimica. Ma dove saranno diretti i nostri microveicoli spaziali fra cento anni? E' come se si fosse chiesto nel 1905 ai fratelli Wright dove sarebbero andati gli aeroplani nel 1995. Una semplice risposta è: «Ovunque». Un dato importante relativo al sistema solare è che la sua massa complessiva non è la somma di quella dei pianeti. Questi contengono gran parte della massa non solare, ma la maggior parte della superficie appartiene a piccoli oggetti: satelliti, asteroidi, comete. Fatta eccezione per i satelliti più grandi e per due asteroidi, questa area è totalmente inesplorata. I nostri veicoli spaziali andranno verso luoghi che nessuno ha mai visto. Freeman J. Dyson Institute for Advanced Study, Princeton L'INQUINAMENTO MEDIO A TORINO, MILANO, GENOVA, ROMA E NAPOLI Monossido di carbonio s\ 1 / É s\ Biossido di azoto Massimo tollerato per legge mg/m3 4000 Idrocarburi non metanici Massimo 3000 tollerato per legge 2000 -1 m 1 Polveri totali sospese Massimo tollerato per legge 1000- Massimo tolleralo per legge Picco notte Picco giorno Picco notte Picco giorno Picco notte Picco giorno Picco noite Picco giorno IMMAGINIAMO un fumatore che nel suo appartamento fuma 20 sigarette al giorno, di cui 18 con le finestre spalancate e 2 la sera in una stanza chiusa. Per combattere l'inquinamento dell'aria di casa è sufficiente dimezzare le sigarette senza badare a «quando» vengono consumate? No. Serve a poco ridurre le sigarette fumate con le finestre aperte, cioè con un costante ricambio d'aria. Occorre prima di tutto eliminare quelle 2 consumate in un ambiente chiuso, dove il fumo ristagna. Perché quelle 2, più tutte le altre, sono quelle pericolose per i polmoni di tutta la famiglia. .Analogamente in una città l'inquinamento atmosferico non è solo un fatto di quantità, ma di quantità in relazione alle condizioni meteorologiche. Molto spesso e inutile bloccare il traffico nelle ore centrali della giornata. Servono provvedimenti più mirati E' questo l'obiettivo di un progetto del Cnr, denominato «Sistema integrato di valutazione e previsione dell'inquinamento atmosferico di Roma», in questi giorni ai cancelli di partenza. Coordinato dall'Istituto inquinamento atmosferico del Cnr, il progetto sarà finanziato dal ministero per l'Ambiente e dal comune di Roma, con la collaborazione scientifica dell'I- PROGETTO DEL CNR