Sistemi di propulsione?

Question

Quali sono gli attuali sistemi di propulsione che ci permettono di arrivare sulla luna e nel prossimamente su marte?
E nel prossimo futuro che sviluppi ci sono? Che velocità di possono raggiungere?

Answer 1

I sistemi di propulsione utilizzabili per applicazioni spaziali sono principalmente quelli a razzo di tipo chimico che sono quelli utilizzati nella buona maggioranza delle applicazioni e in tutti i sistemi di lancio perchè i motori a razzo chimici sono gli unici utilizzabili per la messa in orbita in quanto gli unici utilizzabili a fornire una spinta superiore al loro peso(in teoria anche i motori a razzo nucleari-termici potrebbero essere usati, ma sono inutilizzabli perchè il getto di gas eiettati sarebbe radioattivo).
I razzi chimici si dividono in solidi(ad esempio i "booster" dello Shuttle), liquidi(i motori del Saturn 5, quelli dello Shuttle e della parte centrale di quasi tutti i lanciatori) e ibridi(che in pratica vengono usati quasi solo dai razzimodellisti).
Per quanto riguarda i sistemi utilizzabili in orbita le possibilità aumentano e oltre ai razzi chimici è possibile usare anche i resistogetti(una resistenza elettrica riscalda il gas prima dell'ugello), gli arcogetti(il gas viene scaldato da una specie di "fulmine"), poi esistono i propulsori elettromagnetici e al plasma, in sostanza il gas viene ionizzato e poi le particelle cariche vengono accelerate con campi elettrici o magnetici prima di essere espulse...
Un parametro molto importante nei sistemi di propulsione è l'impulso specifico che dimensionalmentè è in secondi, e che è un modo di esprimere la velocità di efflusso dei gas dal motore a getto.(sarebbero i secondi necessari per un oggetto sottoposto ad una gravità di 9,8m/s per raggiungere la velocità di efflusso).Per i propulsori chimici il massimo Impulso specifico ottenibile si aggira sui 300 secondi per i razzi chimici idrogeno-ossigeno, mentre con i propulsori a ioni gli impulsi specifici possono raggiungere anche i 5000 secondi.
Il problema è che i propulsori elettromagnetici hanno delle spinte abbastanza basse rispetto ai chimici(perchè la portata di massa del getto è molto piccola), quindi per accelerare della stessa differenza di velocità il veicolo devono stare accesi più a lungo(ad intendo ad esempio per accelerare il veicolo da 10 a 15 km/s devono stare accesi per tempi molto più lunghi).
Però hanno il vantaggio che con i loro impulsi specifici così alti possono ottenere gli stessi "deltaV" usando meno propellente.
Quindi i propulsori elettromagnetici sono adatti e vantaggiosi per i viaggi lunghi, perchè anche se forniscono una spinta piccola sono in grado di fornirla per tempi molto lunghi, quindi alla fine si possono aggiungere comunque velocità molto grandi...ovviamente più è lungo il viaggio più i vantaggi aumentano.
Tecnicamente i motori a razzo non hanno dei limiti come velocità che è possibile raggiungere, ma la cosiddetta "velocità di burnout"(abbreviata con V_bo è la velocità che il razzo raggiunge quando finisce il propellente) dipende dalla velocità di efflusso del getto(cioè Impulso specifico moltiplicato per l'accelerazione di gravità al suolo) e dal logaritmo naturale del rapporto fra massa iniziale e finale del razzo(finale è razzo vuoto , quella iniziale è il razzo vuoto più il propellente)
deltaV_bo= I_sp*g_0 ln(m_i/m_f)
Quindi non esiste un vero e proprio limite, ma è anche vero che le velocità di efflusso non possono andare oltre a certi valori e anche la massa del propellente non può tecnicamente andare oltre ad una certa percentuale del peso totale(per raggiungere velocità che tendono ad infinito bisognerebbe avere una percentuale di propellente rispetto alla massa totale che tende al 100% il chè è impossibile, e lo è ancora meno se pensi che comunque il razzo dovrebbe avere un payload), quindi di fatto un limite esiste.
I razzi multistadio seguono il principio di abbandonare gradualmente i serbatoi vuoti, cioè struttura che non serve più per portarsi dietro meno massa inutile.(il top sarebbe un razzo la cui struttura diminuisca di pari passo con il consumo del propellente)
Esiste anche un tipo di propulsione spaziale totalmente diverso, e consiste nelle "vele solari" che sfruttano il "vento solare" ma hanno il limite di poter essere usate solo per allontanarsi dal sole, e inoltre forniscono spinte davvero piccole, anche se hanno il vantaggio di farlo quasi totalmente "gratis"(bisogna solo portarsi dietro la massa della vela).
Per gli sviluppi futuri non ti so' aiutare, magari a saperlo!! cmq ho sentito parlare anche di razzi a fissione nucleare e ad antimateria, ma per il momento non si riesce nemmeno a fare l'antimateria in grandi quantità(riescono a fare fraticamente un atomo alla volta e riescono a conservarlo solo per tempi brevissimi), figuriamoci un motore!! è una tecnologià ancora abbastanza "fantascientifica" almeno per ora.
Per il viaggio verso la Luna quelli chimici vanno benissimo anche perchè è un viaggio piuttosto corto(le missioni Apollo duravano circa 8-12 giorni dal lancio all'ammaraggio, ma il viaggio di andata o di ritorno in sè durava circa 3-4 giorni).
Per un eventuale viaggio su marte invece già la propulsione elettromagnetica per le fasi di andata e ritorno si fa più interessante, anche se comunque per "ammartare"(se sulla Luna è "allunare"!!!) e ridecollare servono comunque razzi chimici.

se vuoi sapere qualcosa di più chiedi pure, mandami una mail..

Answer 2

Si possono usare per un vicino futuro i Motori a Ioni ; la Forza di spinta è piccola, ma costante e se applicata può far accelerare una sonda lentamente , di moto uniformemente accelerato.
In particolare : http://www.torinoscienza.it/dossier/apri?obj_id=2923

Answer 3

Per ora solo razzi.

Answer 4

allora; c'è il motore a molla
quello a pedali
quello a spinte forti
quello a fantasia
le velocità dipende dalla fantasia, non c'è un limite imposto, neppure quello della luce è un limite, lo è solo alle piccole conoscenze odierne, come una volta lo è stato quello del suono