Il Motore VASIMR: Analisi tecnica e prospettive per la propulsione spaziale avanzata

Tesi di Laurea & Presentazione Ufficiale

Il testo completo dell’elaborato monografico e le 13 slide ufficiali con le animazioni 3D del motore e i video del rilascio in orbita di MicroHETsat sono consultabili interattivamente.

Consulta la Tesi (7 Pagine) & la Presentazione con Video (13 Slide) ↗

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Dati della Tesi

• Percorso: Laurea in Ingegneria Aerospaziale (Propulsione Aerospaziale)
• Titolo: Il Motore VASIMR: Analisi tecnica e prospettive per la propulsione spaziale avanzata
• Candidato: Francesco Piccinni
• SSD: Propulsione Aerospaziale
• Supporti Multimediali: Monografia (7 pagine) + Slide di Laurea (13 diapositive) con simulazione 3D e video spaziali MicroHETsat

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Sintesi Tecnica

1. Architettura a Tre Fasi Operative

Il motore VASIMR (Variable Specific Impulse Magnetoplasma Rocket) si articola in tre sezioni sinergiche:

1. Ionizzazione ed Iniezione del Plasma (HPS - Helicon Plasma Source):
   • Iniezione di gas inerte (xenon, argon, idrogeno o elio) in una camera cilindrica di quarzo.
   • Antenna Helicon operante tra 10 e 50 MHz che genera un plasma freddo (~60.000 K) con densità comprese tra $10^{18}$ e $10^{19}\text{ m}^{-3}$.
2. Riscaldamento a Radiofrequenza (Booster ICRH - Ion Cyclotron Resonance Heating):
   • Seconda antenna RF che emette onde alla frequenza di ciclotrone degli ioni ($f_{ci} = \frac{qB}{m}$).
   • Trasferimento di energia in risonanza che porta il plasma a temperature superiori a $1.000.000\text{ K}$.
3. Accelerazione Magnetica ed Espansione (Ugello Magnetico):
   • Campo magnetico divergente che converte l’energia termica del plasma in energia cinetica assiale senza alcun contatto materiale con le pareti.
   • Espulsione a velocità superiori a $50.000\text{ m/s}$ (oltre $110.000\text{ mph}$), con distacco assistito da correnti diamagnetiche e flussi super-Alfvénici.

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2. Modulabilità della Spinta: Constant Power Throttling (CPT)

A potenza elettrica costante, il sistema consente di modulare continuamente il rapporto tra spinta ($T$) e impulso specifico ($I_{sp}$):

• Alta spinta / moderato $I_{sp}$: per uscire dal pozzo gravitazionale terrestre.
• Altissimo $I_{sp}$ ($4.000 - 30.000\text{ s}$) / spinta ridotta: per la crociera eliocentrica verso Marte, riducendo drasticamente il consumo di propellente.

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3. Prestazioni di Missione e Contesto Italiano

• Missione su Marte: Modelli teorici e simulazioni con il software NASA Copernicus indicano che un sistema VASIMR alimentato da energia nucleare (potenze da 200 kW a 10 MW) ridurrebbe il tempo di transito verso Marte a meno di 2 mesi, rispetto ai 6-8 mesi dei tradizionali razzi chimici, abbattendo la dose cumulativa di radiazioni cosmiche per l’equipaggio.
• Validazione VX-200: Accensioni a piena potenza a 200 kW, efficienza del 72%, spinta di 5,7 N e velocità di scarico di 50 km/s in oltre 10.000 cicli di test.
• Rilevanza Nazionale: Inquadramento dello sviluppo della propulsione elettrica italiana (ASI, SITAEL, Thales Alenia Space, Leonardo), con riferimento al programma PLATiNO (propulsore ad effetto Hall HT-100) e al satellite MicroHETSat.

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Consultazione Documento Integrale

La versione integrale dell’elaborato (7 pagine con figure, formule e bibliografia) e le slide con video sono consultabili online:

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