LA
CATAPULTA SPAZIALE DI FELBER
di
Nembo
Buldrini
Ogni anno si
tiene negli USA lo Space Technology and Applications International
Forum (STAIF), dove studiosi di tecnologia spaziale di tutto
il mondo presentano i loro lavori. Particolarmente interessante è
la sezione dedicata alla ricerca spaziale di frontiera, dove ogni anno
vengono proposte nuove idee in campi che vanno dalla propulsione, alla
generazione di potenza per veicoli spaziali, fino ad arrivare alle tecniche
di comunicazione FTL (Faster Than Light).
È in convegni come questo che si apprezza come lo studio della tecnologia di tipo, diciamolo pure, startrekkiano sia un campo di indagine in pieno fermento ed in continua evoluzione. E se credete che il termine startrekkiano sia fuori luogo, basti a dirvi che le idee presentate spaziano dalla teoria della velocità warp al concetto dei viaggi attraverso tunnel spaziali.
Per quanto meraviglioso e incredibile possa sembrare, esistono davvero scienziati che si stanno dedicando a questo tipo di studio: un passo in più verso la comprensione e la realizzazione di qualcosa di concreto.
Giusto
per avere un’idea di come simili progetti prendano forma, si consideri
lo schema rappresentato in figura 1, che in questo caso
particolare si riferisce allo sviluppo di un sistema di propulsione avanzata
(in gergo inglese, breakthrough propulsion),
ma che in genere si adatta a qualsiasi tipo di ricerca di frontiera. Spesso
si parte da una congettura, che in pratica non è altro
che un’idea abbozzata, ma già completa di una propria logica
interna. La congettura nasce non di rado dal desiderio o dalla necessità
di realizzare qualcosa di nuovo, unito ad un’analisi scientifica
qualitativa delle possibili scappatoie. Nel caso della breakthrough
propulsion, non è un’eccezione che le scappatoie siano
rappresentate da alcune anomalie di leggi fisiche non ancora ben comprese,
e che per questo devono essere formalizzate in equazioni matematiche consistenti.
Il passaggio dalla congettura ad una teoria matematica valida
ed autoconsistente è talvolta molto contorto, in quanto richiede
di frequente numerose revisioni e riarrangiamenti che possono portare
all’eliminazione di una teoria che si era ritenuta valida per un
certo periodo di tempo o alla rivalutazione di una teoria precedentemente
abbandonata. Questo processo è coadiuvato da osservazioni sperimentali
collaterali (per esempio fenomeni astrofisici).
Il passo successivo è la praticabilità, ossia la possibilità di convertire in esperimento ciò che è scritto sulla carta. EÈ questo all’oggi uno degli scogli più grandi in tale ambito di ricerca, in quanto non è raro che per mettere in pratica la teoria siano richiesti apparati ed energie che le attuali scienze tecnologiche non sono in grado di fornire. Il punto di arrivo è la produzione di solidi dati sperimentali, con verifiche rigorose presso diversi laboratori. Come diceva il grande astronomo e divulgatore Carl Sagan: “extraordinary claims require extraordinary evidence”, e cioè affermazioni straordinarie richiedono prove straordinarie. Mai stato così vero come nel campo della propulsione avanzata, visto che le idee proposte si basano non di rado su teorie che stanno al confine tra la scienza e la fantascienza e che per questo motivo non sono pienamente approvate dall’establishment scientifico. Spesso, addirittura, mettere a punto una nuova tecnologia propulsiva coincide proprio con la dimostrazione di una nuova teoria fisica. In ogni modo, una volta superati tutti i test del caso, la nuova idea viene dunque accettata dalla comunità scientifica. Solo a questo punto può partire il processo di sviluppo ingegneristico che porterà il concetto propulsivo fuori dai laboratori e consentirà di applicarlo finalmente ad un veicolo spaziale. Il triangolo che è posto come sfondo nello schema di figura 1 non è solo una minuzia estetica, ma sta a rappresentare grossomodo la quantità che attualmente si dispone di ciascuna singola voce in primo piano: in breve, molte congetture e pochi dati sperimentali.
La carenza di dati sperimentali deriva sia dal fatto che si tratta di esperimenti molto complicati e costosi da realizzare, sia perché l'effetto che si può produrre con le attuali tecnologie è troppo piccolo e si nasconde facilmente tra il rumore di fondo generato dalla strumentazione stessa che servirebbe per misurarlo. Altri esperimenti, come accennato più sopra, sono semplicemente al di fuori della portata dell'attuale tecnologia.
Uno scienziato americano di nome Franklin Felber, per esempio, ha presentato all’ultimo STAIF (2006) un lavoro molto interessante, dove mostra matematicamente che una massa in movimento ad una velocità maggiore di circa la metà della velocità della luce produca davanti a sé una sorta di fascio conico repulsivo, capace di accelerare un'ipotetica astronave senza che l'astronave stessa ed i suoi occupanti risentano degli stress causati dall'accelerazione
.
Con questo sistema si realizzerebbe un apparato propulsivo e uno smorzatore
inerziale in un colpo solo!
L’astronave potrebbe essere spinta da 0 ad una velocità elevatissima in un tempo relativamente breve e senza che l’equipaggio avverta alcuna accelerazione: questo perché ogni atomo dell’astronave e del suo contenuto verrebbe accelerato simultaneamente dal campo “antigravitazionale” in cui si troverebbe immerso. Ciò non avviene nella propulsione convenzionale a razzo, dove la spinta si propaga dal motore alla struttura dell’astronave e da questa a tutto il resto, con la conseguente creazione di tensioni e pressioni differenziali che possono causare danni a strumentazioni ed equipaggio.
Con questo sistema sarebbe possibile realizzare una stazione spaziale di lancio, una sorta di “catapulta spaziale” in cui le astronavi o le sonde vengono poste nel fascio repulsivo prodotto da una massa ausiliaria in movimento e così “sparate” alla volta dello spazio profondo. Fin qui sembrerebbe tutto relativamente semplice da mettere in pratica… se non fosse che la massa utile per produrre tale accelerazione, così come descritto nella pubblicazione di Felber, è quella di un piccolo buco nero! Cosa ovviamente impossibile da realizzare con le tecnologie attuali. Tornando al nostro schema di figura 1, quindi, questo approccio sembrerebbe destinato a bloccarsi prima del terzo stadio. Ma non disperiamo. Servono nuove idee per imbrigliare questo concetto e renderlo fruibile per un'applicazione pratica, studiando il problema da un’altra angolazione. Analizzando l’articolo nel dettaglio, per esempio, si osserva che è possibile agire sulla velocità per poter ridurre la massa ausiliaria. A quel punto un buco nero non sarebbe più necessario, ma basterebbe una massa più modesta, accelerata a velocità relativistiche (vale a dire prossime a quelle della luce): sempre difficile, ma non completamente al di fuori della portata delle attuali tecnologie.
I più curiosi si chiederanno come sia possibile che una massa in movimento generi un fascio repulsivo.
Beh, prima di tutto diciamo subito che quanto descritto da Felber, sorprendentemente, non è niente che vada oltre la normale fisica della relatività. Tra parentesi, qui sta anche il suo punto di forza, in quanto la teoria su cui si basa è già accettata dalla stragrande maggioranza dei fisici: Felber non ha fatto altro che risolvere in maniera precisa alcune equazioni della teoria della relatività, ottenendo un risultato nuovo ed inaspettato. E, come capita spesso con le scoperte più importanti, il suo obiettivo primario non era di ottenere un sistema propulsivo, bensì di calcolare il campo gravitazionale di una massa in movimento a velocità relativistiche.
Ciò che ne è risultato è che a tali velocità il campo gravitazionale diventa “antigravitazionale” entro un fascio conico di circa 50 gradi di apertura massima, rivolto nella direzione del moto (e, in misura minore, nella direzione contraria). Per i patiti della relatività, aggiungiamo anche che è solo la "magia" delle trasformazioni relativistiche di sistemi di riferimento (con le sue "contrazioni spazio-temporali") a far sì che la massa venga respinta. Dal punto di vista della massa ausiliaria, dove il tempo scorre ad un ritmo diverso e le distanze risultano alterate, sarà la nostra astronave ad emettere un fascio “antigravitazionale”, che agirà a sua volta sulla massa ausiliaria stessa. In questo modo è rispettato il principio di azione-reazione, e con esso la conservazione dell’energia: in definitiva, parte dell’energia cinetica della massa ausiliaria viene trasferita all’astronave. L’articolo presentato allo STAIF non è pubblicato su internet ma, per chi volesse immergersi nelle formule, è possibile trovare un paio di pubblicazioni di Felber sullo stesso argomento agli indirizzi http://www.arxiv.org/format/gr-qc/0505099 e http://www.arxiv.org/abs/gr-qc/0505098 .
La catapulta spaziale di Felber è solo una delle innumerevoli diavolerie presentate allo STAIF 2006, e può essere considerata anche una delle meno “esotiche”. Con un po’ di pazienza da parte vostra e un po’ di audacia da parte mia, nei prossimi numeri cercheremo di dare un’occhiata ad alcune delle idee più stravaganti… Non prima però di aver fatto un piccolo passo indietro ed analizzato più da vicino le sorprese che ci può riservare un “normale” viaggio spaziale a velocità relativistiche.
Ah, dimenticavo, è quasi alle porte lo STAIF 2007, che si terrà ad Albuquerque, nel New Mexico, dall’11 al 15 Febbraio 2007!
Per chi volesse saperne di più, l’indirizzo è il seguente: http://www.unm.edu/~isnps/staifhome.html
È in convegni come questo che si apprezza come lo studio della tecnologia di tipo, diciamolo pure, startrekkiano sia un campo di indagine in pieno fermento ed in continua evoluzione. E se credete che il termine startrekkiano sia fuori luogo, basti a dirvi che le idee presentate spaziano dalla teoria della velocità warp al concetto dei viaggi attraverso tunnel spaziali.
Per quanto meraviglioso e incredibile possa sembrare, esistono davvero scienziati che si stanno dedicando a questo tipo di studio: un passo in più verso la comprensione e la realizzazione di qualcosa di concreto.
Giusto
per avere un’idea di come simili progetti prendano forma, si consideri
lo schema rappresentato in figura 1, che in questo caso
particolare si riferisce allo sviluppo di un sistema di propulsione avanzata
(in gergo inglese, breakthrough propulsion),
ma che in genere si adatta a qualsiasi tipo di ricerca di frontiera. Spesso
si parte da una congettura, che in pratica non è altro
che un’idea abbozzata, ma già completa di una propria logica
interna. La congettura nasce non di rado dal desiderio o dalla necessità
di realizzare qualcosa di nuovo, unito ad un’analisi scientifica
qualitativa delle possibili scappatoie. Nel caso della breakthrough
propulsion, non è un’eccezione che le scappatoie siano
rappresentate da alcune anomalie di leggi fisiche non ancora ben comprese,
e che per questo devono essere formalizzate in equazioni matematiche consistenti.
Il passaggio dalla congettura ad una teoria matematica valida
ed autoconsistente è talvolta molto contorto, in quanto richiede
di frequente numerose revisioni e riarrangiamenti che possono portare
all’eliminazione di una teoria che si era ritenuta valida per un
certo periodo di tempo o alla rivalutazione di una teoria precedentemente
abbandonata. Questo processo è coadiuvato da osservazioni sperimentali
collaterali (per esempio fenomeni astrofisici). Il passo successivo è la praticabilità, ossia la possibilità di convertire in esperimento ciò che è scritto sulla carta. EÈ questo all’oggi uno degli scogli più grandi in tale ambito di ricerca, in quanto non è raro che per mettere in pratica la teoria siano richiesti apparati ed energie che le attuali scienze tecnologiche non sono in grado di fornire. Il punto di arrivo è la produzione di solidi dati sperimentali, con verifiche rigorose presso diversi laboratori. Come diceva il grande astronomo e divulgatore Carl Sagan: “extraordinary claims require extraordinary evidence”, e cioè affermazioni straordinarie richiedono prove straordinarie. Mai stato così vero come nel campo della propulsione avanzata, visto che le idee proposte si basano non di rado su teorie che stanno al confine tra la scienza e la fantascienza e che per questo motivo non sono pienamente approvate dall’establishment scientifico. Spesso, addirittura, mettere a punto una nuova tecnologia propulsiva coincide proprio con la dimostrazione di una nuova teoria fisica. In ogni modo, una volta superati tutti i test del caso, la nuova idea viene dunque accettata dalla comunità scientifica. Solo a questo punto può partire il processo di sviluppo ingegneristico che porterà il concetto propulsivo fuori dai laboratori e consentirà di applicarlo finalmente ad un veicolo spaziale. Il triangolo che è posto come sfondo nello schema di figura 1 non è solo una minuzia estetica, ma sta a rappresentare grossomodo la quantità che attualmente si dispone di ciascuna singola voce in primo piano: in breve, molte congetture e pochi dati sperimentali.
La carenza di dati sperimentali deriva sia dal fatto che si tratta di esperimenti molto complicati e costosi da realizzare, sia perché l'effetto che si può produrre con le attuali tecnologie è troppo piccolo e si nasconde facilmente tra il rumore di fondo generato dalla strumentazione stessa che servirebbe per misurarlo. Altri esperimenti, come accennato più sopra, sono semplicemente al di fuori della portata dell'attuale tecnologia.
Uno scienziato americano di nome Franklin Felber, per esempio, ha presentato all’ultimo STAIF (2006) un lavoro molto interessante, dove mostra matematicamente che una massa in movimento ad una velocità maggiore di circa la metà della velocità della luce produca davanti a sé una sorta di fascio conico repulsivo, capace di accelerare un'ipotetica astronave senza che l'astronave stessa ed i suoi occupanti risentano degli stress causati dall'accelerazione
.
Con questo sistema si realizzerebbe un apparato propulsivo e uno smorzatore
inerziale in un colpo solo!L’astronave potrebbe essere spinta da 0 ad una velocità elevatissima in un tempo relativamente breve e senza che l’equipaggio avverta alcuna accelerazione: questo perché ogni atomo dell’astronave e del suo contenuto verrebbe accelerato simultaneamente dal campo “antigravitazionale” in cui si troverebbe immerso. Ciò non avviene nella propulsione convenzionale a razzo, dove la spinta si propaga dal motore alla struttura dell’astronave e da questa a tutto il resto, con la conseguente creazione di tensioni e pressioni differenziali che possono causare danni a strumentazioni ed equipaggio.
Con questo sistema sarebbe possibile realizzare una stazione spaziale di lancio, una sorta di “catapulta spaziale” in cui le astronavi o le sonde vengono poste nel fascio repulsivo prodotto da una massa ausiliaria in movimento e così “sparate” alla volta dello spazio profondo. Fin qui sembrerebbe tutto relativamente semplice da mettere in pratica… se non fosse che la massa utile per produrre tale accelerazione, così come descritto nella pubblicazione di Felber, è quella di un piccolo buco nero! Cosa ovviamente impossibile da realizzare con le tecnologie attuali. Tornando al nostro schema di figura 1, quindi, questo approccio sembrerebbe destinato a bloccarsi prima del terzo stadio. Ma non disperiamo. Servono nuove idee per imbrigliare questo concetto e renderlo fruibile per un'applicazione pratica, studiando il problema da un’altra angolazione. Analizzando l’articolo nel dettaglio, per esempio, si osserva che è possibile agire sulla velocità per poter ridurre la massa ausiliaria. A quel punto un buco nero non sarebbe più necessario, ma basterebbe una massa più modesta, accelerata a velocità relativistiche (vale a dire prossime a quelle della luce): sempre difficile, ma non completamente al di fuori della portata delle attuali tecnologie.
I più curiosi si chiederanno come sia possibile che una massa in movimento generi un fascio repulsivo.
Beh, prima di tutto diciamo subito che quanto descritto da Felber, sorprendentemente, non è niente che vada oltre la normale fisica della relatività. Tra parentesi, qui sta anche il suo punto di forza, in quanto la teoria su cui si basa è già accettata dalla stragrande maggioranza dei fisici: Felber non ha fatto altro che risolvere in maniera precisa alcune equazioni della teoria della relatività, ottenendo un risultato nuovo ed inaspettato. E, come capita spesso con le scoperte più importanti, il suo obiettivo primario non era di ottenere un sistema propulsivo, bensì di calcolare il campo gravitazionale di una massa in movimento a velocità relativistiche.
Ciò che ne è risultato è che a tali velocità il campo gravitazionale diventa “antigravitazionale” entro un fascio conico di circa 50 gradi di apertura massima, rivolto nella direzione del moto (e, in misura minore, nella direzione contraria). Per i patiti della relatività, aggiungiamo anche che è solo la "magia" delle trasformazioni relativistiche di sistemi di riferimento (con le sue "contrazioni spazio-temporali") a far sì che la massa venga respinta. Dal punto di vista della massa ausiliaria, dove il tempo scorre ad un ritmo diverso e le distanze risultano alterate, sarà la nostra astronave ad emettere un fascio “antigravitazionale”, che agirà a sua volta sulla massa ausiliaria stessa. In questo modo è rispettato il principio di azione-reazione, e con esso la conservazione dell’energia: in definitiva, parte dell’energia cinetica della massa ausiliaria viene trasferita all’astronave. L’articolo presentato allo STAIF non è pubblicato su internet ma, per chi volesse immergersi nelle formule, è possibile trovare un paio di pubblicazioni di Felber sullo stesso argomento agli indirizzi http://www.arxiv.org/format/gr-qc/0505099 e http://www.arxiv.org/abs/gr-qc/0505098 .
La catapulta spaziale di Felber è solo una delle innumerevoli diavolerie presentate allo STAIF 2006, e può essere considerata anche una delle meno “esotiche”. Con un po’ di pazienza da parte vostra e un po’ di audacia da parte mia, nei prossimi numeri cercheremo di dare un’occhiata ad alcune delle idee più stravaganti… Non prima però di aver fatto un piccolo passo indietro ed analizzato più da vicino le sorprese che ci può riservare un “normale” viaggio spaziale a velocità relativistiche.
Ah, dimenticavo, è quasi alle porte lo STAIF 2007, che si terrà ad Albuquerque, nel New Mexico, dall’11 al 15 Febbraio 2007!
Per chi volesse saperne di più, l’indirizzo è il seguente: http://www.unm.edu/~isnps/staifhome.html
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