Un team di ingegneri della The Ohio State University sta sviluppando un innovativo sistema di propulsione per razzi, il Centrifugal Nuclear Thermal Rocket (CNTR), che utilizza uranio liquido per riscaldare direttamente il propellente. Questo approccio promette di superare le prestazioni dei motori chimici tradizionali, riducendo drasticamente i tempi di viaggio interplanetario.
I motori a propulsione chimica, sebbene fondamentali per il volo spaziale, presentano limitazioni in termini di spinta e consumo di propellente, che si traducono in missioni di lunga durata, come la missione New Horizons verso Plutone durata nove anni. Per rendere fattibili le future missioni verso la Luna, lo spazio cis-lunare e oltre, è necessaria una nuova generazione di sistemi di propulsione. La propulsione termica nucleare (NTP) è vista come una soluzione chiave, con un interesse crescente negli ultimi anni per il suo potenziale di miglioramento dell'efficienza.
Il CNTR si distingue per il suo design unico che impiega uranio in forma liquida, mantenuto in posizione tramite forza centrifuga grazie a cilindri rotanti ad alta velocità. Questo metodo riscalda il propellente, tipicamente idrogeno, a temperature estremamente elevate, generando un gas espulso ad altissima velocità per produrre spinta. Secondo le proiezioni, il CNTR potrebbe raggiungere un impulso specifico di 1.500-1.800 secondi, un notevole miglioramento rispetto ai circa 450 secondi dei motori chimici e ai circa 900 secondi dei precedenti motori termici nucleari testati negli anni '60. Dean Wang, professore associato presso l'Ohio State, sottolinea l'importanza di questi sviluppi, affermando che "negli ultimi anni c'è stato un notevole aumento di interesse per la tecnologia di propulsione termica nucleare mentre contempliamo il ritorno degli esseri umani sulla Luna e il lavoro nello spazio cis-lunare".
Le implicazioni di questa tecnologia sono profonde. Spencer Christian, studente di dottorato presso l'Ohio State, suggerisce che un viaggio di sola andata verso Marte potrebbe essere ridotto a soli sei mesi, rispetto all'anno attuale, migliorando la sicurezza e riducendo l'esposizione degli astronauti ai rischi dello spazio. Questa maggiore efficienza e flessibilità nei percorsi di volo potrebbero anche rendere più fattibili le missioni robotiche verso i pianeti esterni, come Saturno e Nettuno, riducendo drasticamente i tempi di viaggio rispetto alle sonde attuali.
La ricerca sulla propulsione termica nucleare ha una lunga storia, con gli Stati Uniti che hanno esplorato attivamente questa tecnologia per quasi 70 anni, ottenendo progressi significativi tramite il Project Rover e il programma NERVA negli anni '50 e '60. Sebbene nessun razzo a propulsione termica nucleare abbia ancora volato, sforzi continui come il programma DRACO della DARPA e della NASA mirano a dimostrare questa capacità in futuro. Il CNTR rappresenta un'evoluzione audace, con il suo utilizzo di uranio liquido e un potenziale di prestazioni superiore, come dettagliato in uno studio pubblicato sulla rivista *Acta Astronautica*.
Nonostante le promettenti potenzialità, il progetto CNTR affronta sfide ingegneristiche significative, tra cui la garanzia di un funzionamento stabile, la minimizzazione della perdita di uranio e la prevenzione di guasti al motore. I ricercatori stanno lavorando su soluzioni, come rivestimenti in carburo di zirconio per proteggere i componenti critici dal calore estremo. Il team prevede di raggiungere la prontezza progettuale entro cinque anni, con una dimostrazione di laboratorio finale che guiderà lo sviluppo futuro. Questo lavoro si allinea con l'impegno dell'Ohio State University nell'innovazione aerospaziale, come dimostrato dalla partecipazione al programma Aerospace Propulsion Outreach Program (APOP) in collaborazione con l'Air Force Research Laboratory.