Antenne invisibili e motori green: la ricerca del DEI sulle tecnologie di plasma per applicazioni spaziali
Immagina di poter accendere e spegnere un’antenna con la stessa facilità con cui premi l’interruttore della luce in soggiorno, o di poter muovere un satellite nello spazio usando semplicemente dell’acqua o dello iodio al posto dei costosi propellenti tradizionali. Tutto questo non è fantascienza, ma il cuore della ricerca d’avanguardia che si conduce al Dipartimento di Ingegneria dell’Informazione dell’Università di Padova (DEI), dove la fisica dei campi elettromagnetici incontra l’ingegneria aerospaziale. Il segreto di questa rivoluzione tecnologica risiede in un elemento della nostra quotidianità: il plasma. Per capire di cosa si tratta, basti pensare ai comuni tubi al neon per l’illuminazione. Il plasma non è altro che un gas ionizzato, uno stato della materia in cui gli elettroni si separano dagli atomi creando un flusso di particelle cariche, capace di condurre elettricità e di rispondere ai campi magnetici.Proprio partendo da questo principio, il gruppo di ricerca guidato da Mirko Magarotto, Ricercatore Universitario (RTT) presso il DEI, sta sviluppando soluzioni destinate a cambiare il futuro delle telecomunicazioni e dei viaggi orbitali, in una sinergia che unisce diverse realtà accademiche padovane. La ricerca è infatti portata avanti grazie alla stretta collaborazione tra il DEI e il DII (Dipartimento di Ingegneria Industriale) dell’Università di Padova, trovando il suo fondamentale punto di raccordo nel CISAS, il Centro di Ateneo di Studi e Attività Spaziali “Giuseppe Colombo”. Inoltre, il legame tra università e impresa si concretizza attraverso la collaborazione con T4i (Technology for Propulsion and Innovation), un ex spin-off dell’Università di Padova, nato proprio insieme ai ricercatori per trasformare questi studi in realtà commerciali. Il primo grande filone dell’attività di ricerca riguarda le antenne al plasma, che presentano vantaggi straordinari rispetto a quelle metalliche tradizionali. Questa attività, avviata circa dieci anni fa al DEI e portata avanti insieme al professor Capobianco, rappresenta oggi una competenza distintiva dell’Università di Padova, tra i pochi centri al mondo in grado di sviluppare questo tipo di antenne. Quando il gas, racchiuso in piccoli tubi di vetro, viene attraversato da una determinata potenza elettrica, si trasforma istantaneamente in plasma, diventando un’antenna perfettamente funzionante. Quando la corrente viene tolta, il plasma torna a essere un gas neutro e l’antenna sparisce. Questa capacità di apparire e scomparire permette di modificare radicalmente le proprietà di trasmissione e ricezione senza bisogno di muovere nulla fisicamente: niente motori, niente bracci meccanici che rischiano di bloccarsi in orbita, ma solo interruttori elettronici. Inoltre, questa tecnologia azzera le interferenze tra dispositivi vicini, un problema enorme dei moderni satelliti, sempre più numerosi. Il secondo ambito di ricerca è la propulsione al plasma, un’attività storica per l’ateneo iniziata ormai una ventina di anni fa dal professor Daniele Pavarin del DII, che ha fatto da supervisore al dottorato dello stesso Magarotto, gettando le basi per gli sviluppi attuali. Questa tecnologia ribalta completamente l’immaginario collettivo legato ai viaggi nello spazio. Se pensiamo a un razzo, ci vengono in mente strutture gigantesche ed enormi nuvole di fuoco, perfette per vincere la gravità terrestre. I motori al plasma, invece, sono compatti, efficientissimi e progettati per operare esclusivamente quando si è già in orbita. Il gas viene iniettato nel sistema, trasformato in plasma e poi accelerato ad altissima velocità fuori da un piccolo ugello, generando una spinta continua e ultra precisa. Sistemi simili sono già utilizzati in missioni famose, come quella della sonda BepiColombo per esplorare Mercurio o della costellazione di satelliti Starlink. La vera sfida oggi si gioca sulla sostenibilità economica dello spazio, che sta abbandonando la dimensione della nicchia scientifica per entrare in una vera e propria economia di scala. Proprio per questo motivo, programmi strategici internazionali promossi dalla Commissione Europea, insieme ai progetti dell’Agenzia Spaziale Europea e dell’Agenzia Spaziale Italiana, stanno supportando finanziariamente le ricerche sulle telecomunicazioni e la propulsione spaziale. In quest’ottica, un propellente innovativo come l’acqua è incredibilmente affascinante perché teoricamente estraibile anche dagli asteroidi durante i futuri viaggi di esplorazione. Studiare queste tecnologie richiede uno sforzo fortemente interdisciplinare, che unisce le competenze di elettromagnetismo del DEI e l’esperienza aerospaziale del DII. I ricercatori lavorano in laboratori d’eccellenza all’interno del CISAS, simulando al computer la dinamica delle particelle e testando i prototipi all’interno di speciali camere a vuoto, dove la pressione scende a un milionesimo di millibar. Ed è lì, nel buio di quelle camere, che il plasma si accende, brillando di una luce propria e mostrando la via per il futuro dell’esplorazione spaziale.
