La tecnologia che ha permesso alle sonde Voyager di trasmettere segnali dopo 50 anni nello spazio
Le sonde Voyager 1 e 2, lanciate nel 1977, continuano a inviare segnali dalla loro posizione nel profondo spazio interstellare, a più di 25.000 milioni di chilometri dalla Terra. Questo incredibile risultato è stato reso possibile grazie a una tecnologia innovativa sviluppata negli anni ’60: i generatori termoélettrici a radioisotopi (RTG). Ma cosa sono esattamente questi dispositivi e come consentono a sonde spaziali di funzionare per decenni senza bisogno di pannelli solari o combustibile convenzionale?
L’energia nucleare a supporto delle sonde spaziali
Le missioni spaziali che esplorano il nostro sistema solare e vanno oltre la Terra devono affrontare sfide notevoli per quanto riguarda l’approvvigionamento energetico. Mentre le sonde che operano vicino alla Terra o su Marte possono fare affidamento sui pannelli solari, le Voyager, che sono lontane più di 25 miliardi di chilometri dal nostro pianeta, non potrebbero mai utilizzare questa tecnologia.
La luce solare, infatti, diventa sempre più debole man mano che si allontana dal Sole, rendendo i pannelli solari inutilizzabili a queste distanze. Per garantire che le sonde continuassero a trasmettere dati scientifici a lunga distanza, la NASA ha optato per una tecnologia alternativa: le batterie nucleari.
Cosa sono i generatori termoélettrici a radioisotopi (RTG)?
I generatori termoélettrici a radioisotopi sono dispositivi che generano elettricità sfruttando la radioattività di materiali come il plutonio-238. A differenza delle centrali nucleari, che si basano su reazioni in catena, i RTG producono energia in modo costante e prevedibile grazie alla desintegrazione naturale del plutonio-238.
Quando il plutonio-238 si disintegra, emette particelle alfa, che interagiscono con il materiale circostante, generando calore. Questo calore viene poi convertito in elettricità grazie all’effetto Seebeck, che si verifica quando due materiali conduttori vengono esposti a una differenza di temperatura.
In pratica, un RTG è costituito da una parte che è costantemente esposta al freddo estremo dello spazio, mentre l’altra parte è mantenuta a circa 538°C grazie al calore generato dalla desintegrazione del plutonio-238. Questa differenza di temperatura consente di generare energia elettrica in modo stabile e continuo. Grazie a questa tecnologia, le sonde Voyager, nonostante la distanza, continuano a funzionare e a inviare segnali verso la Terra, quasi cinquant’anni dopo il loro lancio.
La longevità delle sonde Voyager grazie ai RTG
Quando le sonde Voyager 1 e 2 furono lanciate nel 1977, ciascuna era dotata di tre RTG, che insieme fornivano 470 watt di potenza elettrica. Questa energia era sufficiente a far funzionare i numerosi strumenti scientifici delle sonde, i sistemi di comunicazione e altri dispositivi di bordo.
Quasi cinquant’anni dopo, nonostante una riduzione progressiva della capacità a causa della disintegrazione del plutonio-238, i RTG delle Voyager continuano a generare circa 250 watt di potenza, permettendo così alle sonde di proseguire nella loro missione scientifica.
Perché i RTG sono così duraturi e affidabili?
Una delle ragioni principali della durata dei generatori termoélettrici a radioisotopi è la loro struttura priva di parti mobili. Questa caratteristica riduce il rischio di guasti meccanici, un fattore fondamentale per operazioni a lungo termine nello spazio.
Inoltre, il processo di disintegrazione del plutonio-238 è costante e prevedibile, il che garantisce una fonte di energia stabile e affidabile per decenni. Secondo gli esperti, infatti, la metà del plutonio-238 in un RTG si disintegra in circa 90 anni, il che significa che queste batterie possono durare a lungo, anche per generazioni.
Oltre alle missioni Voyager, i RTG sono stati utilizzati in numerose altre missioni spaziali di successo. Per esempio, i rover Curiosity e Perseverance su Marte, la sonda New Horizons, che ha esplorato Plutone nel 2015, e la famosa missione Cassini su Saturno, hanno tutte fatto affidamento sui RTG per alimentare i loro sistemi e strumenti scientifici.
In ambienti estremamente freddi, come nelle zone più remote del nostro sistema solare, i RTG non solo forniscono energia elettrica, ma contribuiscono anche a mantenere la temperatura operativa degli strumenti, proteggendoli dai rigori delle temperature sotto zero.
Una tecnologia cruciale per l’esplorazione spaziale
I generatori termoélettrici a radioisotopi (RTG) sono una delle invenzioni più importanti della tecnologia spaziale. Grazie alla loro capacità di fornire energia stabile e duratura in condizioni difficili, questi dispositivi hanno reso possibili le missioni di lunga durata, come quelle delle sonde Voyager, e continueranno a svolgere un ruolo cruciale nelle future esplorazioni dello spazio profondo.