Gli ingegneri del Massachusetts Institute of Technology (Mit) stanno sviluppando un nuovo concept per un rover in grado di levitare su corpi privi di atmosfera, come gli asteroidi o la Luna, sfruttando il loro campo elettrico naturale superficiale. Alla base dell’idea, si sfrutterebbe il principio secondo cui superfici con la stessa carica elettrica si respingono a vicenda.
I test di un primo studio di fattibilità dimostrano che questa repulsione, generata caricando elettricamente il rover grazie a fasci di ioni, è abbastanza forte da far levitare un piccolo veicolo di 1 chilogrammo sulla Luna o su grandi asteroidi come Psyche.
I risultati ottenuti dal team sono pubblicati su Journal of Spacecraft and Rockets.
Facciamo spesso esperienza diretta dell’attrazione o della repulsione elettrica teorizzata dalla legge fisica di Coulomb, secondo la quale due cariche elettriche di segno opposto si attraggono e, invece, due cariche elettriche dello stesso segno si respingono. Ciò avviene, per esempio, quando i nostri capelli si drizzano per l’elettricità statica se strofinati su tessuti particolari come cappellini di lana o pettini di plastica.
La nuova idea di rover sospeso sfrutta esattamente il principio della repulsione per cariche elettriche uguali: grazie a fasci di ioni si genera sul rover una carica dello stesso segno rispetto a quella acquisita naturalmente dalla superficie lunare o di un asteroide, grazie all’esposizione diretta al Sole e al plasma circostante. La forza repulsiva così generata tra il veicolo e il terreno porterebbe piccoli rover a sollevarsi da terra.
Il team del Mit ha sviluppato quindi l’idea di un rover simile a un disco volante, con la forma che ricorda un vinile, dotato di propulsori ionici modellati affinché il rover possa emettere ioni caricati negativamente, dando così al veicolo una carica positiva, simile cioè a quella della superficie della Luna. Tuttavia, come già riscontrato precedentemente da ingegneri della Nasa, la repulsione così creata elettricamente risulterebbe sfruttabile solo nel caso di piccoli asteroidi, in quanto i corpi planetari più grandi hanno un’attrazione gravitazionale decisamente più forte e contrastante, risultando così in grado di annullare la repulsione elettrica generata.
Il team del Mit ha ora risolto questo problema. La soluzione trovata è stata quella di amplificare allo stesso modo la carica elettrica della superficie lunare, ossia sfruttando sempre gli stessi fasci di ioni con cui si carica il veicolo stesso. Il campo elettrico superficiale della Luna può essere, cioè, aumentato ben oltre il suo valore naturale puntando ulteriori propulsori dal rover verso il terreno e irradiandolo di ioni positivi. Questo permetterebbe così la levitazione elettrostatica su corpi planetari senza atmosfera anche di grandi dimensioni.
I ricercatori hanno quindi elaborato un semplice modello matematico per questo nuovo scenario scoprendo che, in linea di principio, tutto ciò potrebbe funzionare.
Il modello mostra infatti che un piccolo rover, del peso di circa un chilogrammo, raggiungerebbe una levitazione di circa un centimetro da terra su un grande asteroide come Psyche, questo utilizzando una sorgente di ioni da 10 kilovolt. Lo stesso risultato si otterrebbe sulla Luna ma con una sorgente da 50 kilovolt.
Ma i ricercatori non si sono limitati alla modellazione. Il team ha, infatti, testato sulla Terra il potenziamento della carica elettrica superficiale installando su un rover sperimentale di circa 60 grammi un propulsore a ioni che punta verso l’alto e quattro verso il basso. L’esperimento è stato effettuato in una camera a vuoto per simulare l’ambiente privo di aria della Luna e degli asteroidi.
Il riscontro finale è stato che i risultati sperimentali corrispondono esattamente alle previsioni dello scenario così come simulato dal loro modello.
Un ottimo traguardo per la tecnologia attuale basata sui propulsori ionici, che, con una tensione maggiore, potrebbero generare più forza e sollevare un veicolo più in alto.
Si apre così la strada a nuovi scenari di esplorazione robotica, specialmente nel caso di terreni sconosciuti e irregolari, per le future missioni sulla luna e su asteroidi.
Immagine: rappresentazione artistica del disco volante in grado di levitare sulla superficie lunare. (crediti: Massachusetts Institute of Technology)