La Luna ionica

SMART è un acronimo dell'espressione inglese Small Missions for Advanced Research & Technology, piccole missioni per ricerca e tecnologia avanzata. La missione lunare è la prima di una serie di missioni progettate non solo per contribuire alle conoscenze scientifiche, ma anche per provare l’affidabilità di nuove tecnologie, che saranno il futuro dell’esplorazione spaziale. Il tutto cercando di contenere i costi.

Nel caso di Smart-1, che è costata 110 milioni di euro, circa 1/5 del costo medio di una missione astronomica, il costo contenuto è legato anche alla sperimentazione tecnologica. Infatti una delle caratteristiche di Smart-1 è la miniaturizzazione degli esperimenti di bordo. E questo è uno dei punti chiave delle tecnologie spaziali del futuro. Dati gli obiettivi di una missione la miniaturizzazione degli strumenti permette di alleggerire la navicella, e dunque di realizzarla a costi minori, oppure a parità di massa, di dotarla di più strumenti, incrementando le sue capacità di analisi scientifiche. Al di là di questo, però, l'aspetto tecnologico più interessante di Smart-1 è senz’altro il tipo di propulsione che la sonda utilizzerà, la propulsione ionica, generata da un motore elettrico-solare.

Alla propulsione ionica ci siamo ormai abituati grazie ai film di fantascienza. Ma questa tecnologia fino a che punto si è sviluppata?

Smart-1 è la seconda sonda nella storia dell'esplorazione dello spazio il cui sistema di propulsione principale è di tipo ionico. Dunque è una tecnologia promettente, la cui utilizzabilità è stata dimostrata, ma per la quale occorrono ancora test e verifiche.

A parte il nome che appare un po' misterioso, non c'è niente di fantascientifico nella propulsione ionica. In effetti il principio su cui si basa è lo stesso su cui si basa la combustione chimica utilizzata, per esempio, in tutti i lanci di razzi spaziali. Un razzo o un lanciatore si muove perché espelle una grande quantità di propellente sotto forma di particelle ad alta velocità. Se questo propellente, in genere gas, acquista velocità grazie a reazioni di combustione, come nel caso della partenza di un razzo, allora si parla di combustione chimica.

Smart-1, invece, trae l'energia necessaria per imprimere velocità al propellente che viene espulso grazie all'energia solare, raccolta attraverso i pannelli solari di cui è dotato. L'energia solare è usata per accelerare degli elettroni, che urtano contro atomi di xenon, un gas nobile, e lo ionizzano: sono questi i famosi "ioni". Gli atomi di xenon ionizzati hanno una carica positiva e vengono accelerati da una differenza di potenziale, ed espulsi dall'ugello del razzo.

Ma quali sono i vantaggi nell'usare questa tecnologia?

Nel caso del motore a propulsione elettrico-solare le particelle vengono espulse a una velocità molto maggiore rispetto al caso di un razzo a propulsione chimica. Questo permette di ottenere la stessa spinta con meno carburante. Ma c’è di più. La propulsione ionica, in breve, consente un controllo migliore della sonda. Sembra un dettaglio tecnico, ma questa tecnologia, se avrà successo, potrebbe spalancare una finestra su tutta una serie di missioni future che oggi non possiamo effettuare. Prima fra tutte la missione europea BepiColombo, destinata allo studio di Mercurio, uno dei pianeti più trascurati nella storia dell’esplorazione spaziale.

Se si esclude il lancio, in generale una sonda non si muove nello spazio tenendo i motori accesi: è il gioco delle attrazioni gravitazionali che conduce la sonda a destinazione. Una volta in prossimità della destinazione, la sonda deve spesso rallentare, come nel caso di Smart-1, che è destinato a inserirsi in un'orbita lunare molto ellittica che passa sopra i poli del nostro satellite. E questo sarà possibile solo attraverso la propulsione ionica, che può imprimere alla sonda spinte molto più delicate di quanto non si riesce a fare con la propulsione chimica.

Smart-1 sarà lanciata da un Ariane 5, alle 1.00 circa della notte fra sabato e domenica, dalla base di Kourou, nella Guyana Francese. Quali sono i suoi obiettivi scientifici?

A bordo della sonda trovano spazio una dozzina di strumenti scientifici, anche se la prima parte della missione è tutta dedicata alla sperimentazione tecnologica. I dati scientifici interessanti arriveranno solo nel dicembre 2004, quando smart-1 si sarà inserito nell'orbita lunare prescelta.

Smart-1 compirà parecchi orbite intorno al nostro satellite naturale, mappando l'intera superficie lunare con una telecamera a colori, cercando di capire la composizione chimica delle rocce e con una risoluzione di pochi centimetri. In pratica anche sassi piuttosto piccoli potranno essere identificati. I misteri lunari sono ancora molti: per esempio non sappiamo quale sia stata l’origine della Luna. Esistono molte teorie al riguardo, fra cui la più accreditata è quella di un impatto fra la Terra e un planetoide, cioè un pianeta primitivo, grande quasi quanto il Marte di oggi. Il materiale che forma oggi la Luna deriverebbe proprio dal materiale di quel planetoide e dalla superficie terrestre.

Smart-1 dovrà mettersi alla ricerca anche dell'acqua allo stato ghiacciato, che qualche anno fa le sonde Clementine e Lunar Prospector della NASA parvero avvistare. Il 2003, anche se non se ne è parlato molto, probabilmente anche a causa della guerra statunitense e britannica in Iraq, è l’anno internazionale dell’acqua. Ma il 2004 potrebbe passare alla storia come l’anno interplanetario dell’acqua: acqua su Marte e acqua sulla Luna. Non dovremo aspettare molto per scoprirlo.