DANNEGGIATI DA ELETTRONI AD ALTA ENERGIA

Nanorazzi al microscopio

Utilizzando un microscopio elettronico, gli ingegneri aerospaziali e gli scienziati della Michigan Tech e dell'Università del Maryland hanno studiato il comportamento di un particolare propulsore progettato per i nanosatelliti. E hanno individuato la causa di un problema

Utilizzando propulsori a elettronebulizzazione come questo, i ricercatori spaziali potrebbero navigare nello spazio con nanosatelliti, più piccoli e meno costosi delle classiche sonde. Crediti: Michigan Tech, Nathan Shaiyen

Un propulsore per nanosatelliti, molto più piccoli e meno costosi delle classiche sonde. Crediti: Michigan Tech, Nathan Shaiyen

Come funziona un razzo nello spazio? Beh, a meno che qualcuno tra noi non sia in grado di passare qualche ora a zonzo nei pressi di un razzo in volo tra le stelle, l’unico modo oggi possibile per studiarne il funzionamento in tutta sicurezza è in laboratorio. E dato che è altrettanto difficile piazzare un vettore grande e grosso in funzione in un luogo chiuso, un gruppo di ricercatori ha deciso di studiarne uno di dimensioni minuscole con un microscopio elettronico a trasmissione (TEM). Si tratta di un piccolo razzo a ioni che utilizza un propulsore a elettronebulizzazione (electrospray thruster), e che potrebbe essere utilizzato in futuro su nanosatelliti per navigare nello spazio con costi drasticamente minori rispetto a satelliti di dimensioni standard.

Il mercato dei satelliti miniaturizzati sembra essere il futuro a cui molte aziende del settore puntano. Ma come controllare i movimenti di questi dispositivi? Una soluzione potrebbe essere proprio questo propulsore alimentato da propellenti chiamati liquidi ionici, in pratica sali liquidi a temperatura ambiente. Come funziona? Applicando elettricità a questa sostanza salina liquida, si crea un campo elettrico sulla goccia fino a quando gli ioni cominciano a fluire dall’estremità. La spinta prodotta da questo propellente è inferiore al peso di un capello umano, ma nel vuoto dello spazio è sufficiente per spostare un piccolo oggetto con un’accelerazione costante. E se l’unione fa la forza, tanti di questi piccoli propulsori potrebbero spingere un veicolo spaziale persino su grandi distanze, forse anche fino al pianeta extrasolare più vicino o verso la nostra casa di villeggiatura su Marte! Di certo, i nanosatelliti sono utili attorno alla Terra, dove è facile ed economico arrivare. E l’ESA sta già collaudando questi propulsori su LISA Pathfinder, con cui si spera di rilevare dallo spazio le onde gravitazionali.

Gli ioni si diramano con una forma ad albero. Crediti: Michigan Tech, Kurt Terhune

Gli ioni si diramano con una forma ad albero. Crediti: Michigan Tech, Kurt Terhune

Ma questi propulsori hanno un problema: talvolta compaiono sulla loro punta conformazioni aghiformi che ne inficiano il funzionamento, degradando i liquidi ionici in gel. Ed è proprio mentre avevano questi nanopropulsori sotto la lente del microscopio elettronico con cui lavorano, in grado di mostrare dettagli di appena qualche milionesimo di metro, che gli esperti dell’Advanced Imaging and Microscopy Lab – un team della University of Maryland e della Michigan Technological University guidati da Kurt Terhune, primo autore dello studio pubblicato sulla rivista Nanotechnology – sono riusciti a individuarne l’origine.

Grazie al loro strumento di precisione, sono infatti riusciti a osservare la goccia mentre si allungava a formare una punta (vedi video qui sotto), prima che gli ioni iniziassero la loro “danza” filiforme, e quindi mentre prendevano forme le diramazioni dendritiche, che ricordano la chioma di un albero. All’origine del problema, hanno ricostruito i ricercatori, ci sarebbero gli elettroni ad alta energia. Nel caso dei test in laboratorio, si tratta degli stessi elettroni presenti nel fascio del microscopio, che impattando con il liquido salino danneggiano le molecole colpite. Un processo che deteriora la struttura molecolare del sale fuso, portandolo ad addensarsi – appunto – in un gel e a non scorrere più dovrebbe. Il fascio prodotto da microscopio è più intenso di quanto si riscontra in natura, ma l’effetto “gel”, se non risolto, potrebbe comunque provocare danni ai propulsori elettrospray che volano in orbita bassa e in orbita geostazionaria.

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Fonte: Media INAF | Scritto da Eleonora Ferroni