Propulsione ionica
In The Martian la nave spaziale Hermes viaggia nello Spazio grazie alla propulsione ionica, un motore elettrico che sfrutta gas come argo o xeno e che spinge la navicella mediante l'espulsione di ioni a più di 400mila chilometri all'ora. Anche se può sembrare una "brezza" leggera, questa accelerazione protratta a lungo nel tempo spinge la navicella spaziale a velocità fenomenali e permette anche di cambiare orbita più volte.
Anche se non esistono astronavi di questo tipo la propulsione ionica non è fantascienza: in molti ricorderanno che è stata implementata sulla sonda spaziale Dawn, che è stata spedita in missione vicino agli asteroidi Cerere e Vesta, dov'è arrivata in poco più di cinque anni.
Leggi anche: Cerere ci dirà tutto sull'origine della Terra, grazie agli scienziati italiani
Altro vantaggio della propulsione ionica è quello di ridurre al minimo il consumo di carburante. La NASA sta lavorando sulla prossima generazione di "propulsori ad effetto Hall", e un prototipo di laboratorio testato di recente utilizza 10 volte meno propellente rispetto ai razzi chimici di dimensioni equivalenti.
Il funzionamento dei propulsori a effetto Hall è relativamente semplice: i motori intrappolano gli elettroni in un campo magnetico e li utilizzano per ionizzare il propellente. Un campo magnetico genera un campo elettrico che accelera gli ioni carichi creando un pennacchio di scarico di plasma che spinge il veicolo spaziale in avanti. Come sottolineato dalla NASA si tratta di un metodo che consuma poco, è sicuro (i gas non reattivi non possono esplodere) ed è altamente efficiente per la propulsione spaziale nelle missioni di lunga durata.
Leggi anche: Destinazione Mercurio, tutti i segreti della tecnologia italiana
Il gas di xeno viene iniettato attraverso un anodo. Nel momento in cui gli atomi neutri di xeno si diffondono nel canale del propulsore vengono ionizzati da collisioni con gli elettroni ad alta energia circolanti, per poi essere accelerati dal campo elettrico tra l'anodo e il catodo, raggiungendo rapidamente velocità dell'ordine di 15000 m/s con un impulso specifico di 1500 secondi (15 kN/kg). Una volta usciti attraggono un eguale numero di elettroni con loro, creando il pennacchio di scarico di cui abbiamo accennato.
I propulsori a effetto Hall sono quindi circa dieci volte più efficienti dei razzi a propulsione chimica, e possono funzionare per lunghi periodi di tempo combinando il gas inerte e l'elettricità generata per esempio dall'energia solare. Ecco perché – fra le altre cose – l'ESA pensa di sfruttare un propulsore simile per la missione BepiColombo.