Propulsione magnetoidrodinamica: limiti e vantaggi Propulsione magnetoidrodinamica: limiti e vantaggi
Con l’espressione ‘velocità tattica’ di un sottomarino si intende la sua capacità di navigare a quota operativa restando inosservato. Con ‘velocità massima’, invece, ci... Propulsione magnetoidrodinamica: limiti e vantaggi

Con l’espressione ‘velocità tattica’ di un sottomarino si intende la sua capacità di navigare a quota operativa restando inosservato. Con ‘velocità massima’, invece, ci si riferisce alla potenza massima sviluppata dal sistema di propulsione di un sottomarino, indipendentemente dal rumore creato nel processo. Appare evidente che il fine dei progettisti è quello di ridurre i livelli di rumore complessivi del sottomarino soprattutto a velocità sempre più elevate.

Il principio delle conversione di potenza in spinta è relativamente semplice: un’elica rotante accelera il flusso dell’acqua in una determinata direzione, mentre il cambiamento della quantità di moto produce una spinta in direzione opposta. Sebbene negli anni i disegni ed i materiali delle eliche siano stati ottimizzati grazie ad una maggiore comprensione del flusso idrodinamico, il principio di base è il medesimo. L’elica rotante opera in un campo di flusso non uniforme, risultante dal movimento dello scafo che attraversa l’acqua. Ad ogni rotazione completa dell’elica la velocità di afflusso varia: ciò crea inevitabilmente un impulso di pressione su ogni lama che si traduce in rumore o vibrazione (senza considerare il problema delle bolle di idrogeno emesse dall’elettrolisi). Se da un lato le attuali eliche sono in grado di ridurre al minimo tale problema, dall’altro non si può eliminare del tutto il rumore creato, perché insito nella naturale rotazione. Così come le bolle generate ad una certa velocità hanno una firma acustica e possono produrre una scia visibile. Sarebbe corretto affermare che ogni tipo di rumore ha una firma unica che può a sua volta differire in base alla velocità, profondità e condizione dell’acqua. Il tracciamento dei sottomarini si basa proprio sulla capacità di “ascoltare” i diversi suoni meccanici generati dai vettori nell’ambiente marino.

Una delle soluzioni vagliate per ridurre la firma acustica dei sottomarini è la propulsione indipendente dall’aria AIP che consente di operare senza l’utilizzo dell’aria esterna. Un sistema AIP annulla l’esigenza del liquido di raffreddamento tipico dei sottomarini nucleari ed il conseguente rumore. La propulsione indipendente dall’aria risolverebbe solo uno dei problemi legati alla firma acustica, ma non andrebbe a mitigare i principi fisici dell’elica rotante. La propulsione magnetoidrodinamica garantisce, invece, un sistema che non necessita di parti in movimento: un campo magnetico viene creato all’interno dello scafo mentre l’acqua di mare viene utilizzata per condurre la corrente elettrica. È l’elettrificazione del propellente diretto da un campo magnetico che spinge il vettore nella direzione opposta. La magnetoidrodinamica studia la dinamica dei fluidi elettricamente conduttori. Se ottimizzata, la propulsione magnetoidrodinamica potrebbe dare vita ad una nuova generazione di sottomarini e riscrivere l’intera tattica navale.

Nella propulsione magnetoidrodinamica, il magnete superconduttore esercita una forza sull’acqua di mare che passa attraverso il suo nucleo, creando una spinta in avanti. La propulsione MHD (Magneto Hydro Dynamics), quindi, coinvolge i campi magnetici ed i liquidi che conducono l’elettricità, interagendo tra loro. Il fenomeno si verifica naturalmente nel centro della Terra, dando origine al campo magnetico del pianeta. Concettualmente, la propulsione MHD avverrebbe con la collocazione di diversi elettrodi propulsori sullo scafo. L’interazione del campo magnetico e la corrente, producono una forza sull’acqua che attraversa l’intero scafo, muovendosi attraverso il condotto nel centro del magnete, spostandosi dal lato opposto.

La polarità della corrente influisce sulla direzione di spinta. La corrente elettrica che scorre attraverso l’acqua di mare provoca la formazione di particelle cariche o ioni: la direzione della forza è perpendicolare alla matrice formata dal campo corrente e magnetico. L’effetto, noto come la forza di Lorentz, è stato quantificato dal fisico olandese Hendrik Antoon Lorentz nel 19 ° secolo. Sebbene vi siano state delle speculazioni nel corso degli anni per presunti vettori equipaggiati con tale tecnologia, l’unico sottomarino militare in grado di operare con una propulsione magnetoidrodinamica efficiente è l’Ottobre Rosso di Tom Clancy.

Nel romanzo, il sottomarino sovietico Progetto 941 Akula era stato dotato di un “Caterpillar”, un nuovo tipo di propulsione silenziosa a idrogetto senza parti mobili. Nel film tratto dal libro, si parla di propulsione MagnetoIdroDynamica.

Sebbene esistano alcuni prototipi funzionanti, come il giapponese Yamato-1, le unità MHD rimangono ad oggi impraticabili a causa della bassa velocità e delle grande quantità di energia necessaria. Considerando i limiti fisici, la ricerca potrebbe indirizzarsi nel campo della bio-mimetica. Sebbene soltanto idealizzata, la totale integrazione e simulazione robotica in un contesto sottomarino, potrebbe garantire gli stessi vantaggi di una propulsione magnetoidrodinamica.

NOTE:

Franco Iacch, analista militare, accreditato presso la NATO, ha maturato un’esperienza decennale nel campo della Difesa con i rischieramenti militari dell'Alleanza sia in Italia che all'estero. Collabora con diversi think tank in materia di sicurezza internazionale.


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