Un’antenna per migliorare le comunicazioni spaziali

Un’antenna di nuova concezione potrebbe porre rimedio al blackout delle comunicazioni radio sperimentato dai veicoli spaziali durante il rientro nell’atmosfera a velocità ipersonica. Lo promettono i ricercatori dell’Harbin Institute of Technology che stanno lavorando su una tecnologia in grado di “bucare” lo strato di plasma ionizzato che si crea intorno alle capsula dopo l’abbandono della quota orbitale e che rende le navette o le capsule impermeabili alle radiazioni elettromagnetiche. Negli ultimi decenni (a partire dalle missioni Mercury), il problema ha riguardato esclusivamente astronavi e missili balistici ma in futuro potrebbe estendersi ad apparecchi che evolveranno l’attuale concetto di aeroplano sviluppando capacità di volo ipersonico, cioè superiore a cinque volte la velocità del suono. La ricerca è stata pubblicata di recente sulla rivista Journal of Applied Physics.

A queste velocità, infatti, le onde d’urto provocate nell’aria dal veicolo comprimono e riscaldano le molecole dei gas atmosferici fino a portarli allo stato di plasma. Quando questo strato è abbastanza spesso, oltre le comunicazioni, a venire impedito è anche il passaggio dei segnali radio dedicati alla telemetria e, nel caso di veicoli senza equipaggio umano, anche quelli inviati per la navigazione.

In passato tentativi di aggirare il problema sono stati portati avanti apportando modifiche al progetto dei veicoli disegnando prue più “acuminate” dal momento che questa forma limita le spessore dello strato di plasma. Tuttavia, nella maggioranza dei casi una forma più rotonda è preferibile perché più adatta a sopportare il calore e, contemporaneamente, consente al veicolo di rallentare più velocemente. In altri casi è stato pensato di agire sul plasma attraverso la creazione di un campo magnetico intorno al veicolo o sulla diffusione di liquidi sulla superficie dei veicoli per raffreddarli. Queste vie sono state abbandonate perché avrebbero richiesto, rispettivamente, un aumento di peso e una maggiore energia. Elementi critici e di difficile gestione a bordo di una navetta.

Gli scienziati cinesi stanno ora cercando di innovare questo campo attraverso lo sfruttamento del fenomeno fisico della risonanza. La loro idea è infatti quella di mettere a punto un’antenna capace di adattarsi alla presenza del plasma e trasformarlo, da ostacolo a mezzo per potenziare il segnale emesso. La tecnica suggerita, ma ancora non messa in pratica, dai ricercatori cinesi consiste nell’aggiungere alla struttura dell’antenna uno strato di materiale isolante sotto il quale viene fatta accumulare energia elettrica, creando una sorta di condensatore.

Il plasma dovrebbe agire invece come induttore, formando quello che in elettromagnetismo si chiama circuito di risonanza. Questo particolare design dovrebbe consentire al segnale dell’antenna di entrare, appunto, in risonanza con il plasma, avviando il processo noto come interferenza costruttiva. Grazie a questo le onde radio sommano la propria energia a quella contenuta nel plasma, riuscendo finalmente a propagarsi, anche durante voli ipersonici. L’idea non è stata applicata alla realtà ma, secondo gli autori della ricerca, potrebbe rappresentare “l’uovo di Colombo” nel campo della comunicazioni con veicoli spinti a velocità ipersonica all’interno dell’atmosfera terrestre.

Riferimenti: Journal of Applied Physics http://dx.doi.org/10.1063/1.4921751

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