Ottimizzazione traiettoria Terra-Marte con propulsione a impulso specifico variabile (VASIMR) ai fini della futura esplorazione umana = Earth-Mars trajectory optimisation with variable specific impulse propulsion (VASIMR®) for future human exploration

Sin dagli albori dell’esplorazione spaziale Marte ha sempre rappresentato qualcosa di estremamente promettente nell’ottica di una possibile futura colonizzazione umana, tanto che le idee e i concept di missione dietro questa ambizione sono innumerevoli. Tuttavia, raggiungere il pianeta rosso e successivamente sopravviverci, anche solo per qualche mese, porta con sé delle criticità enormi: assenza di gravità e radiazioni sono, sopra tutti gli altri, gli ostacoli principali da superare. L’elaborato va in questa direzione e mira all’ottimizzazione della traiettoria Terra – Marte al fine di ridurre il tempo di volo in spazio aperto e di massimizzare il carico utile da poter portare su Marte, per valutare la possibilità di stabilire dei primi insediamenti. Massimizzare il payload vuol dire altresì minimizzare la massa di propellente da portarsi dietro. È noto che con propulsione chimica si avrebbe bisogno di enormi quantità di propellente: prezzo da pagare per avere spinte alte e traiettorie veloci. Con propulsione elettrica invece, il prezzo da pagare per avere una quantità di propellente accettabile è un lungo tempo di volo e basse spinte. Volendo cercare una specie di compromesso, negli ultimi anni si è fatta strada l’idea della propulsione elettrica nucleare: aumentando la potenza disponibile allo S/C grazie ad una fonte di energia nucleare si riuscirebbe, almeno in linea teorica, a ridurre notevolmente i lunghi tempi tipici della propulsione elettrica (e quindi a salvaguardare il più possibile l’integrità dell’equipaggio) e ad avere un carico utile sufficiente per un primo insediamento sulla superficie marziana. VASIMR® si impone prepotentemente come un propulsore potenzialmente perfetto per impostare una missione con equipaggio umano alla volta di Marte. La variabilità dell’impulso specifico, e quindi la semplice regolazione delle prestazioni del propulsore, è la caratteristica chiave: si accetta di consumare di più per avere una grande spinta quando serve e, invece, si passa a un grande impulso specifico per entrare in modalità “risparmio” (fase eliocentrica). Sfruttando la teoria del controllo ottimale, adattata a traiettorie spaziali, è stato utilizzato un codice in FORTRAN al fine di valutare la fattibilità di una possibile futura missione umana con VASIMR®.