In questi giorni è corsa voce che la NASA abbia collaudato con successo un motore che sfrutta una forma ritenuta “impossibile” di propulsione, che potrebbe rivoluzionare i viaggi spaziali. Cosa c’è di vero? Provo a spiegarvelo qui.
Un’idea eterodossa
Il motore in questione non è una novità: si chiame EmDrive, e il suo creatore, l’ingegnere britannico Robert Shawyer, lo ha reso noto già otto anni fa, e lo ha descritto con abbondanza di dettagli in un sito dedicato. L’EmDrive somiglia molto a un forno a microonde: è una cavità chiusa in cui un magnetron diffonde radiazione elettromagnetica. A differenza di un forno, però, l’EmDrive non è squadrato, ma somiglia piuttosto a un imbuto chiuso alle estremità. La lunghezza del tubo è calibrata in modo da essere risonante rispetto alle microonde diffuse, che perciò vengono amplificate.
È noto da oltre un secolo che la radiazione elettromagnetica che colpisce una superficie esercita una pressione, piccola ma misurabile. La forza risultante della pressione di radiazione all’interno di una cavità chiusa dovrebbe essere nulla, allo stesso modo in cui la pressione dell’acqua all’interno di uno scaldabagno non può farlo spostare. Tuttavia Shawyer sostiene che nel caso delle radiazioni la questione è differente: il fatto di muoversi alla velocità della luce farebbe sì che entri in gioco la teoria della Relatività Speciale e che il tutto si comporti come un sistema aperto e non chiuso. La forma svasata della cavità darebbe così una forza risultante non nulla, in grado di “spingere” il motore nonostante non ne esca alcunché.
Un motore senza reazione
Se l’EmDrive fosse realizzabile, risolverebbe uno dei più grossi problemi del viaggio spaziale, cioè la necessità del propellente. Il principio di Azione e Reazione, descritto da Newton, dice che a ogni forza corrisponde una forza di reazione uguale e contraria. Quando camminiamo, riusciamo a spostarci perché attraverso le nostre gambe esercitiamo una forza contro la Terra, e la forza di reazione ci spinge in avanti (mentre la Terra viene spinta nella direzione opposta ma, essendo la sua massa enorme rispetto a noi, la cosa non ha conseguenze pratiche). Allo stesso modo, un aereo si muove in avanti perché con le sue eliche, o con i suoi motori detti appunto a reazione, spinge l’aria in direzione opposta.
Nello spazio questo non può avvenire, perché non c’è nulla da spingere, né terra né aria. Per poterci muovere dobbiamo portare con noi del propellente, di solito un gas, che espelliamo nella direzione opposta a quella verso cui ci vogliamo muovere. Questo causa due problemi. In primo luogo, aumenta di molto il peso che dobbiamo portare con noi. In secondo luogo, la nostra possibilità di accelerare dura solo finché il propellente non finisce. L’EmDrive, invece, non avrebbe bisogno di propellente, ma solo di elettricità, che dei pannelli solari potrebbero fornirgli a volontà, perlomeno se ci si mantiene nelle vicinanze del Sole.
Perché un motore del genere sarebbe rivoluzionario
Se l’EmDrive fosse realizzato, permetterebbe per prima cosa di prolungare di molto la vita dei satelliti. Quelli di oggi, una volta finite le riserve di propellente, non possono più effettuare correzioni all’orbita e vanno rapidamente perduti. Un satellite dotato di EmDrive potrebbe invece durare indefinitamente, o perlomeno fino a quando non si guasta.
In prospettiva, però si potrebbe fare molto di più. Razzi vettori ibridi dotati di EmDrive riuscirebbero a sollevare nello spazio carichi più grandi rispetto a quelli provvisti solo di motori chimici. Inoltre l’EmDrive potrebbe fornire a un’astronave una spinta anche piccola ma per un lungo periodo di tempo, consentendole così di raggiungere velocità relativistiche, rendendo possibili i viaggi interstellari.
Infine, ipotizzando di riuscire a costruire EmDrive sufficientemente potenti, li si potrebbe applicare anche ai veicoli terrestri, permettendogli di rimanere sollevati a mezz’aria e di muoversi senza dover vincere l’attrito, come si vede in molti film di fantascienza.
Perché è un motore “impossibile”
L’invenzione di Shawyer è stata accolta con grande scetticismo, perché presenta un problema non indifferente: sembra violare la legge della conservazione della quantità di moto. E non è cosa da poco, perché si tratta di una legge fondamentale della meccanica, che ha ricevuto innumerevoli conferme.
La legge dice che la somma dei prodotti di tutte le masse per la loro velocità deve essere costante. La sfruttano i pattinatori per regolare la velocità delle loro piroette: allargando le braccia rallentano, stringendole al corpo accelerano, poiché la quantità di moto si conserva.
Con l’EmDrive, invece, questo palesemente non avviene: abbiamo un veicolo che, perlomeno in teoria, aumenta la sua quantità di moto senza che nulla lo equilibri.
Secondo Shawyer, questo non sarebbe un problema: la differenza di quantità di moto sarebbe in qualche modo trasferita alle microonde prodotte. I suoi seguaci hanno espresso questo concetto in modo più ardito: la quantità di moto mancante verrebbe trasferita al “plasma del vuoto quantistico”, il che sembra un riferimento al fatto che secondo la fisica moderna lo spazio non è un vero vuoto, ma un caos in cui particelle virtuali continuano ad apparire e scomparire. L’EmDrive, quindi, farebbe in qualche modo “presa” sullo spazio stesso.
Va fatto notare che Shawyer non è mai riuscito a pubblicare le proprie teorie su una rivista scientifica, in quanto gli scienziati cui sono state sottoposte per la revisione prima della pubblicazione hanno sempre ritenuto insufficienti queste spiegazioni.
Cosa c’entra la NASA?
L’EmDrive è risultato produrre una spinta sia negli esperimenti condotti dallo stesso Shawyer, sia nel corso di un esperimento condotto in Cina nel 2008. La cosa però non ha destato grande scalpore. Tuttavia nei giorni scorsi alcuni ricercatori del centro spaziale Johnson della NASA hanno presentato un articolo scientifico (di cui è disponibile l’abstract) diplomaticamente intitolato Produzione anomala di spinta da parte di un motore sperimentale a radiofrequenza misurata su un pendolo di torsione a bassa spinta. In pratica, si è trattato di un collaudo di un motore che utilizza gli stessi principi alla base dell’EmDrive, anche se di produzione statunitense (il Cannae Drive). L’articolo non si addentra nella teoria del funzionamento del motore, si limita a dire che è stato sottoposto a un esperimento e dalle misure è effettivamente risultato che produce una piccola spinta (dell’ordine dei microgrammi).
Il fatto che l’esperimento sia stato svolto in un laboratorio della NASA ha dato al risultato una visibilità molto maggiore, anche se in realtà si è trattato di un’attività molto marginale da parte di un piccolo gruppo di persone.
Allora è vero? Il motore funziona?
Tutto è possibile. Tuttavia, considerando i dati a disposizione, io sarei ancora molto scettico prima di ritenere che siamo di fronte a una rivoluzione nella tecnologia del volo spaziale.
Cominciamo col sottolineare che la maggior parte degli scienziati ritiene molto dubbia la validità delle teorie di Shawyer. Confesso di non conoscere l’elettromagnetismo e la relatività in modo sufficientemente approfondito da poter giudicare se i calcoli riportati nel suo breve prospetto teorico sono corretti o meno. Tuttavia una persona che di scienza se ne intende come lo scrittore Greg Egan ha affermato pubblicamente che si tratta di stupidaggini del tutto prive di fondamento, e altri si sono espressi in modo simile.
E i risultati dell’esperimento, allora? Teniamo conto che:
- La spinta misurata è piccolissima, estremamente inferiore a quella che dovrebbe essere prodotta in teoria. Valori così bassi potrebbero essere dovuti semplicemente a un errore di misura. Cose del genere capitano di continuo. Ricordiamo il recente caso dei neutrini più veloci della luce, che sembrava preludere a chissà quale rivoluzione nella fisica e invece era soltanto il prodotto di un cavo avariato.
- Il resoconto del Johnson Space Center specifica che la stessa spinta è stata misurata anche per un motore modificato in modo tale per cui, secondo la teoria, non avrebbe dovuto produrne. Quindi i casi sono due: o il motore funziona, ma la teoria su cui si basa ha qualcosa che non va, oppure la spinta misurata non dipende dal funzionamento del motore ed è dovuta ad altre cause (cosa vi sembra più probabile?).
- Il motore non è stato provato nel vuoto, ma in una camera a pressione atmosferica. Molti fanno notare che la presenza di aria potrebbe aver falsato i risultati, dato che le microonde potrebbero avere ionizzato o scaldato l’aria in modo da produrre microspinte la cui presenza è sfuggita ai ricercatori.
In conclusione: per il momento non è il caso di avere grandi aspettative. È piuttosto probabile che ulteriori test, per esempio compiuti nel vuoto, rivelino che in realtà l’EmDrive è solamente un sogno. È bello però immaginare che possa non essere così.
