Sono sempre di più le agenzie spaziali ed i paesi che stanno concentrando i loro sforzi in questa direzione.

 

Un po' di storia

La ricerca sulla propulsione nucleare risale alla prima era spaziale e ha assunto due forme: propulsione nucleare-elettrica (NEP) o nucleare-termica (NTP).

Un sistema di propulsione nucleare NTP deriva la sua spinta dai prodotti della fissione o fusione nucleare. Le reazioni dell'uranio o del deuterio vengono utilizzate per riscaldare l'idrogeno liquido all'interno di un reattore, facendolo ionizzare in un plasma caldo che viene diretto attraverso degli ugelli per creare la spinta. Questo fu studiato per la prima volta da Stanislaw Ulam e Frederick de Hoffman nel 1944 come spin-off del loro lavoro nell'ambito del progetto Manhattan. Al contrario, un razzo NEP coinvolge le stesse reazioni di base che generano calore, il quale viene però utilizzato per creare elettricità ed alimentare un motore elettrico (come un propulsore a effetto Hall).

Il primo assemblaggio a Terra di motore a razzo nucleare sperimentale. Crediti- NASA, 1967.Tra il 1959 e il 1972, lo Space Nuclear Propulsion Office (SNPO) della NASA condusse 23 test sui reattori presso la Nuclear Rocket Development Station dell'AEC, a Jackass Flats, Nevada. Nel 1961, la NASA e l'Atomic Energy Commission (AEC) si unirono per intraprendere il programma Nuclear Engine for Rocket Vehicle Applications (NERVA).

Il Nuclear Engine for Rocket Vehicle Application (NERVA) era un programma missilistico americano, avviato nel 1963, per sviluppare un sistema di propulsione nucleare termica (NTP) che potesse consentire un rapido trasporto verso la Luna, Marte ed altri luoghi nello spazio profondo, nell'ambito del programma Rover della NASA iniziato nel 1953.

Una delle dimostrazioni più importanti fu un test di 12 minuti del reattore Phoebus-2A, il più potente reattore nucleare mai costruito che fornì oltre 4.000 megawatt di energia termica.

I programmi NERVA / Rover furono cancellati nel 1973 per una serie di motivi, tra cui le crescenti preoccupazioni ambientali per l'uso del nucleare, la perdita d'interesse pubblico e politico in una missione con equipaggio su Marte e l'uso crescente di robot a basso costo senza pilota.

Tuttavia, la NASA e molti altri paesi hanno recentemente manifestato un rinnovato interesse per la propulsione nucleare nello spazio.
Sulla base degli studi e degli esperimenti storici, l'energia nucleare ha dimostrato di essere un mezzo di propulsione efficace e (soprattutto) basato su una tecnologia collaudata e consolidata nel tempo.

 

La Gran Bretagna e Rolls-Royce

Recentemente, l'agenzia spaziale britannica ha firmato un contratto con il gruppo Rolls-Royce, noto soprattutto per il suo operato nel settore automobilistico, per uno studio sulle future opzioni di energia nucleare per l'esplorazione spaziale. 

"Rolls-Royce è l'unica azienda al mondo con un focus particolare sulla creazione di soluzioni meccaniche, elettriche e nucleari che saranno essenziali per affrontare le sfide del futuro. Lo spazio è un settore così impegnativo ed in crescita in cui Rolls-Royce ritiene che la potenza, la propulsione e la gestione termica giocheranno un ruolo significativo", si legge nel comunicato.
"Rolls-Royce ha una ricca eredità nel nucleare ed è ben posizionata per guidare questo progetto. L'applicabilità multi-dominio delle soluzioni emergenti di energia nucleare delineerà opzioni che avranno anche forte impatto d'uso terrestre, commerciale e di difesa, creando capacità di energia nucleare leader a livello mondiale per più mercati ed esigenze degli operatori".

Dave Gordon, vicepresidente britannico della Rolls-Royce Defense, ha spiegato: "Siamo entusiasti di lavorare con l'Agenzia spaziale britannica su questo progetto pionieristico per definire le future tecnologie di energia nucleare per lo spazio.Crediamo che ci sia una reale capacità di nicchia nel Regno Unito in quest'area e questa iniziativa può basarsi sulla forte rete nucleare e catena di approvvigionamento del Regno Unito. Non vediamo l'ora di sviluppare questo ed altri entusiasmanti progetti spaziali in futuro mentre continuiamo a proteggere il nostro pianeta, tenere in sicurezza nostro mondo ed esplorare il nostro universo".

Il dottor Graham Turnock, amministratore delegato dell'Agenzia spaziale britannica, ha dichiarato: “L'energia nucleare e la propulsione spaziale è un concetto rivoluzionario che potrebbe sbloccare future missioni nello spazio profondo che ci porteranno su Marte ed oltre. Questo studio ci aiuterà a capire l'entusiasmante potenziale dei veicoli spaziali a propulsione atomica e se questa tecnologia nascente potrebbe aiutarci a viaggiare più lontano e più velocemente che mai attraverso lo spazio".

Secondo il ministro della Scienza britannico Amanda Solloway, questa ricerca rappresenta anche un'opportunità per l'industria aerospaziale.
"Mentre ci riprendiamo dalla pandemia, sono partenariati come questo tra imprese, industria e governo che contribuiranno a creare posti di lavoro e a portare avanti innovazioni pionieristiche che faranno progredire i voli spaziali nel Regno Unito".
"L'energia nucleare offre possibilità di trasformazione per l'esplorazione spaziale e questo studio innovativo con Rolls-Royce potrebbe aiutare a spingere la nostra prossima generazione di astronauti nello spazio più velocemente e più a lungo, aumentando in modo significativo la nostra conoscenza dell'universo."

 

NASA, ESA ed altri paesi

Mentre è probabile che l'accordo inglese con la Rolls-Royce, di riflesso, influenzi i prossimi progetti dell'ESA, gli studi sul nucleare sono ripresi alla NASA presso il Marshall Space Flight Center.
Gli ingegneri statunitensi vogliono creare qualcosa di apparentemente semplice: un motore a razzo alimentato dalla fissione nucleare. Questo sarebbe due volte più efficiente dei motori chimici che alimentano i vettori di oggi. Ma nonostante la loro semplicità concettuale, i reattori a fissione su piccola scala sono difficili da costruire e rischiosi da far funzionare perché producono rifiuti tossici. D'altra parte, i viaggi nello spazio sono già abbastanza pericolosi senza doversi preoccupare di un disastro nucleare. Ma questo potrebbe essere il prezzo da pagare per espanderci oltre la bassa orbita terrestre e raggiungere Marte con più disinvoltura.

L'asso nella manica dell'agenzia statunitense è Bill Emrich che ha svolto ricerche sulla propulsione nucleare dall'inizio degli anni '90. Lui e il suo team hanno lavorato alla progettazione, ottimizzazione e test di configurazioni di razzi nucleari negli ultimi dieci anni presso il Marshall Space Flight Center. L'idea è quella di lanciare in orbita con razzi chimici veicoli a propulsione nucleare i quali, quindi, accenderebbero il reattore solo nello spazio.

Chiamato NTREES (Nuclear Thermal Rocket Element Environmental Simulator) questo progetto è stato la spina dorsale del silenzioso ritorno della NASA alla propulsione nucleare. Emrich e la sua squadra utilizzano la grande camera del simulatore per studiare come i materiali reagiscono al calore estremo senza incorrere nei costi o nei pericoli della costruzione di un motore nucleare completo, come faceva la NASA negli anni '60.

Alcuni anni dopo l'avvio, NTREES è stato inserito in un programma più ampio per studiare come integrare un motore nucleare con lo Space Launch System, il razzo americano di prossima generazione (che recentemente ha fallito il test si prova).

Anche il Roskosmos sta perseguendo la tecnologia NEP con il suo programma Transport and Energy Module (TEM), con l'intenzione di effettuare i primi test del reattore all'inizio del decennio 2020 ed il primo test di volo orbitale entro il 2030.

Il 10 dicembre 2020, tra il Roskosmos e l'Arsenal di San Pietroburgo, è stato firmato un accordo per lo "sviluppo di un progetto preliminare per la creazione di un sistema spaziale con un modulo di trasporto e energia nucleare". Chiamato Nuklon viene definito come un "rimorchiatore". A luglio dello scorso anno, il capo del Roskosmos Dmitry Rogozin aveva annunciato che l'agenzia spaziale stava lavorando ad un sistema di propulsione nucleare che consentisse alle navi da carico pesanti di viaggiare fino ai confini più remoti del nostro Sistema Solare ed oltre. Le strutture necessarie per lanciare il velivolo nello spazio dovrebbero essere costruite presso il Cosmodromo di Vostochny situato nella Russia orientale e, completate entro il 2030.

Nel 2017, la China Aerospace Science and Technology Corp. (CASC), l'appaltatore principale dell'Agenzia spaziale nazionale cinese (CNSA), ha pubblicato la sua "Roadmap per il trasporto spaziale". Oltre allo sviluppo di uno spazioplano riutilizzabile (simile all'X-37B), questo documento annunziava anche la creazione di un SSTO (single-stage-to-orbit) e di razzi completamente riutilizzabili entro il 2030 e di una navetta nucleare entro il 2045.