Propulsori a gas freddo: come funziona la tecnologia dei razzi sulla Tesla Roadster

Il 15 ottobre 2026, sul campo prove di SpaceX a McGregor, in Texas, Tesla ha presentato la nuova Roadster. L'auto ha superato con un salto una fila di veicoli del marchio, poi ha ruotato in aria ed è atterrata. A sostenerla per qualche istante erano i propulsori a gas freddo, la stessa famiglia di dispositivi che riorienta i primi stadi dei Falcon 9 dopo la separazione e che da decenni corregge l'assetto di sonde e satelliti. La notizia è recente, ma la tecnologia ha una storia lunga, una fisica semplice e limiti molto netti. Conoscerli serve a leggere bene sia il razzo sia l'automobile.

Punti chiave

• Un propulsore a gas freddo genera spinta espellendo gas compresso da un ugello, senza combustione, e per i piccoli veicoli spaziali la NASA indica un impulso specifico tra 40 e 110 secondi.

• Il primo stadio del Falcon 9 usa propulsori ad azoto solo nella fase di recupero, per ribaltarsi dopo la separazione, mentre il secondo stadio li usa per rollio e puntamento.

• Gaia dell'ESA, lanciata nel dicembre 2013, controlla l'assetto con micropropulsori a gas freddo sviluppati da Thales Alenia Space Italia, alimentati da 59 chilogrammi di propellente.

• La Tesla Roadster presentata il 15 ottobre 2026 usa 10 propulsori e 600 litri di aria compressa, con produzione annunciata per il 2028.

• Lo scatto dichiarato di 0,59 secondi da 0 a 60 miglia orarie corrisponde a un'accelerazione media di circa 4,6 g, oltre il limite di aderenza degli pneumatici.

Cos'è un propulsore a gas freddo

Un propulsore a gas freddo produce spinta senza bruciare nulla. Un gas viene immagazzinato ad alta pressione in un serbatoio e, quando una valvola si apre, esce attraverso un ugello. La reazione di quel getto spinge il veicolo nella direzione opposta, secondo il terzo principio della dinamica. Mancano la camera di combustione, l'ossidante e il catalizzatore. Per questo il getto esce a temperatura ambiente o anche più fredda, perché il gas si raffredda espandendosi.

La catena dei componenti è corta. C'è il serbatoio, spesso un recipiente in materiale composito avvolto attorno a un liner metallico. Poi un regolatore che abbassa la pressione a un valore di lavoro stabile, una o più elettrovalvole veloci e infine l'ugello convergente-divergente, che accelera il gas e ne trasforma l'energia di pressione in velocità. L'elettronica di controllo decide quali valvole aprire e per quanti millisecondi.

Il manuale sullo stato dell'arte della piccola propulsione spaziale curato dalla NASA descrive questi sistemi come semplici, maturi e sicuri, con il limite di un impulso totale ridotto. Il gas più usato è l'azoto, che è inerte, economico e non contamina le superfici ottiche o i pannelli solari. Nel tempo sono stati impiegati anche elio, argon, esafluoruro di zolfo e refrigeranti come l'R236fa, che si conservano liquidi a bassa pressione e si vaporizzano al momento dell'uso.

La fisica della spinta e il problema dell'impulso specifico

La spinta di un razzo dipende da due grandezze, cioè quanta massa esce ogni secondo e a che velocità esce. Per confrontare propulsori diversi gli ingegneri usano l'impulso specifico, misurato in secondi. Moltiplicato per l'accelerazione di gravità terrestre, restituisce la velocità efficace dei gas di scarico. Più è alto, meno propellente serve per ottenere lo stesso cambiamento di velocità.

Qui il gas freddo paga la sua semplicità. Senza combustione, l'unica energia disponibile è quella immagazzinata nella compressione, e non è molta. Il capitolo sulla propulsione dello State-of-the-Art of Small Spacecraft Technology della NASA indica per i sistemi a gas freddo destinati ai piccoli veicoli spaziali un impulso specifico compreso tra 40 e 110 secondi e spinte che vanno da 10 micronewton a 3,6 newton. Per i monopropellenti a idrazina lo stesso documento riporta valori tipici tra 200 e 235 secondi per i propulsori dalla classe di 1 newton in su.

Tradotto in velocità, un propulsore ad azoto con circa 70 secondi di impulso specifico, valore che la NASA usa come riferimento per l'azoto gassoso, espelle il gas a poco meno di 700 metri al secondo. Un propulsore a idrazina arriva a circa tre volte tanto. A parità di serbatoio, il gas freddo fornisce quindi una frazione dell'impulso totale, e questo spiega perché non viene mai usato per le grandi manovre orbitali.

Perché conviene comunque

Quello che il gas freddo perde in efficienza lo recupera in precisione e affidabilità. Le valvole si aprono e si chiudono in tempi brevissimi, quindi il sistema può erogare impulsi minimi molto piccoli, ideali per correggere l'assetto di frazioni di grado. Non ci sono parti calde da raffreddare, né propellenti tossici da maneggiare durante la preparazione al lancio, né residui che si depositano su ottiche e sensori. Per un satellite secondario che viaggia accanto a un carico più prezioso, il fatto di non poter danneggiare nessuno è un requisito, oltre che un vantaggio.

Regolato o a caduta di pressione

Esistono due modi di alimentare gli ugelli. Nel sistema regolato, un riduttore mantiene costante la pressione a valle del serbatoio e la spinta resta stabile finché c'è gas. Nel sistema a caduta di pressione, detto blowdown, il gas arriva direttamente dal serbatoio e la spinta diminuisce man mano che questo si svuota. La NASA cita come esempio il micropropulsore CGMT-000-9 della Marotta, che nel 2006 volò sulla missione ST-5 funzionando ad azoto in modalità blowdown. Partiva da 2,4 newton di spinta e finiva a 0,05 newton. È un dettaglio che conta anche per un'automobile, perché un sistema a pressione decrescente non può dare la stessa spinta al primo e all'ultimo secondo di utilizzo.

La scelta del gas

Ogni gas impone un compromesso. Quelli con massa molecolare bassa, come l'elio, raggiungono velocità di scarico più alte ma occupano molto volume, perché a parità di pressione ne entra poca massa nel serbatoio. I gas pesanti o i liquidi saturi si stivano in poco spazio ma rendono meno per ogni chilogrammo. L'azoto sta nel mezzo, ed è per questo che compare in quasi tutti i sistemi di controllo d'assetto di grandi dimensioni. L'aria, composta per circa quattro quinti da azoto e con una massa molecolare quasi identica, si comporta in modo molto simile.

Il caso Falcon 9, dove il gas freddo fa girare un razzo

Il sistema più visibile oggi è quello dei Falcon 9. Nella tabella delle caratteristiche del Falcon User's Guide pubblicato da SpaceX, il controllo d'assetto del primo stadio durante la salita è affidato all'orientamento dei motori Merlin, mentre per le fasi di volo inerziale compaiono i propulsori ad azoto, con la precisazione che entrano in funzione soltanto durante il recupero. Il secondo stadio usa invece un sistema a azoto gassoso per il rollio durante la salita e per il puntamento nelle fasi di volo balistico. SpaceX motiva la scelta nello stesso documento, spiegando che il sistema ad azoto è più affidabile e contamina meno di un sistema a propellente chimico.

Il momento in cui questi getti lavorano di più è subito dopo la separazione degli stadi. Il primo stadio si trova a decine di chilometri di quota, in un'aria troppo rarefatta perché le alette a griglia abbiano presa. Deve allontanarsi dal pennacchio del secondo stadio, girarsi di circa 180 gradi e mettersi nella posizione corretta per le accensioni di rientro. Sono i propulsori ad azoto, montati nella parte alta del booster, a eseguire questa rotazione. Più in basso, quando l'atmosfera si fa densa, il controllo passa alle alette a griglia e ai motori.

La logica è chiara. Per ruotare un cilindro vuoto lungo una quarantina di metri nel quasi vuoto non serve una grande spinta, serve una coppia applicata lontano dal baricentro e con il giusto tempismo. Il gas freddo fa esattamente questo, e lo fa centinaia di volte sullo stesso booster senza bisogno di manutenzioni complesse tra un volo e l'altro. È uno dei sistemi che lavorano a ogni rientro nel programma di riutilizzo dei primi stadi Falcon 9, che secondo il manuale SpaceX a febbraio 2025 avevano già superato i 384 voli ripetuti.

Lo zaino di McCandless e il telescopio Gaia

Prima dei booster riutilizzabili il gas freddo aveva già scritto pagine importanti. Il 7 febbraio 1984, durante la missione STS-41B, l'astronauta Bruce McCandless si allontanò di circa 90 metri dallo Space Shuttle Challenger senza alcun cavo di sicurezza, usando la Manned Maneuvering Unit. Secondo la scheda del National Air and Space Museum, lo zaino montava due serbatoi in alluminio avvolti in kevlar che alimentavano 24 piccoli ugelli con circa 18 chilogrammi di azoto in pressione. Gli ugelli erano raggruppati a tre a tre sugli otto spigoli dell'unità e orientati lungo tre assi perpendicolari, così da permettere spostamenti e rotazioni in ogni direzione.

Quei serbatoi metallici rinforzati con fibre sono gli antenati diretti dei recipienti compositi che oggi riempiono ogni spazio libero della Roadster. L'unità volò solo in tre missioni, tutte nel 1984. Il museo ricorda che venne ritirata anche perché il braccio robotico dello Shuttle si era dimostrato abbastanza preciso da recuperare i satelliti senza far uscire un astronauta.

All'estremo opposto della scala di spinta c'è Gaia, il telescopio astrometrico dell'ESA lanciato nel dicembre 2013. Per misurare con estrema precisione la posizione di oltre un miliardo di stelle, Gaia non poteva usare ruote di reazione, perché le loro microvibrazioni avrebbero disturbato le misure. Il controllo fine dell'assetto è stato affidato a un sistema di micropropulsione a gas freddo proporzionale, con spinte dell'ordine dei micronewton. Il sistema è stato sviluppato da Thales Alenia Space Italia, come documenta un lavoro presentato all'International Astronautical Congress del 2014, e secondo la scheda tecnica dell'ESA il satellite partì con 59 chilogrammi di propellente dedicato alla micropropulsione. Dalla stessa esperienza sono derivati i sistemi di micropropulsione di LISA Pathfinder e della missione francese Microscope.

Nello stesso documento della NASA compaiono anche esempi più piccoli. Le due CubeSat MarCO, che nel 2018 accompagnarono il lander InSight verso Marte, eseguirono le correzioni di traiettoria con un sistema a gas freddo a refrigerante R236fa. Le canadesi CanX-4 e CanX-5 dimostrarono il volo in formazione nel 2014 usando esafluoruro di zolfo liquido.

Cosa cambia quando il gas freddo finisce su un'auto

L'idea di montare propulsori sulla Roadster risale al 2018, quando Elon Musk annunciò su Twitter un pacchetto opzionale SpaceX con una decina di piccoli ugelli disposti attorno alla carrozzeria e alimentati da aria ad altissima pressione. Otto anni dopo la presentazione ha confermato il principio. Secondo i post pubblicati da Tesla su X dopo l'evento e riportati da Electrek, la vettura sarà proposta in tre configurazioni. La Performance, a due posti, non ha propulsori e punta su aerodinamica attiva e su un sistema di aspirazione a ventole, con uno scatto dichiarato sotto 1,6 secondi da 0 a 60 miglia orarie (circa 97 km/h). La Thrust aggiunge propulsori a gas freddo montati al posteriore, scende sotto 0,9 secondi e sarà prodotta in serie limitata.

La terza versione, la Rocket, è monoposto e disponibile solo su invito. I suoi propulsori sono distribuiti lungo il perimetro della vettura e servono anche per i movimenti verso l'alto e le rotazioni in aria. Tesla dichiara per questa configurazione meno di 0,59 secondi da 0 a 60 miglia orarie e una velocità massima oltre 230 miglia orarie, circa 370 km/h.

Durante l'evento il vicepresidente dell'ingegneria Lars Moravy ha spiegato che la Roadster usa 10 propulsori collegati a 600 litri di aria compressa, come riportato da TechCrunch. Tesla non ha diffuso la pressione di esercizio né la durata massima dei getti. Reuters segnala che non sono stati comunicati prezzi e che la produzione è attesa per il 2028. La stessa Tesla precisa sulla pagina del modello che la versione Rocket non è approvata per l'uso su strada pubblica e non sarà disponibile in tutti i mercati.

Il problema dell'atmosfera

Tesla ha dichiarato che far funzionare i propulsori al livello del mare, invece che nel vuoto, ha richiesto hardware e controlli nuovi. La ragione è nella formula della spinta, che contiene un termine legato alla differenza tra la pressione del gas all'uscita dell'ugello e quella dell'ambiente esterno. Nello spazio la pressione esterna è praticamente nulla e ogni ugello può espandere il gas fino in fondo. A terra l'aria circostante preme a circa un bar e un ugello progettato per il vuoto lavora male, con il getto che si stacca dalle pareti e perde efficienza. Per questo i propulsori della Roadster non possono essere copie di quelli di un booster. Devono essere progettati per un'espansione minore, e rendono meno.

Una differenza ancora più pratica riguarda la quantità di spinta. I propulsori a gas freddo censiti dalla NASA per i piccoli satelliti si fermano sotto i 4 newton. Per tenere sospesa anche una sola tonnellata contro la gravità servono circa 9.800 newton. Con una velocità di scarico vicina ai 700 metri al secondo, il valore tipico dell'azoto, ogni secondo di sospensione consuma intorno ai 14 chilogrammi di gas per ogni tonnellata di massa, e in atmosfera il consumo sale ancora. Il calcolo spiega perché i voli della Roadster durano pochi istanti e perché Tesla abbia scelto di riempire con recipienti compositi ogni cavità utile della vettura. Più gas significa più secondi di volo, ma il rapporto resta brutale.

Quanto valgono i numeri dichiarati

Il dato di accelerazione si può leggere con l'aritmetica. Passare da fermo a 60 miglia orarie, cioè 26,8 metri al secondo, in 0,9 secondi significa un'accelerazione media di circa 3 g. Con 0,59 secondi si arriva a circa 4,6 g. Una gomma stradale, anche la più aderente, riesce a trasmettere una forza longitudinale che corrisponde più o meno al peso della vettura, quindi un'accelerazione intorno a 1 g, e il valore dichiarato per la versione Performance corrisponde a circa 1,7 g. I propulsori servono a scavalcare quel limite, perché spingono sul gas espulso e non sull'asfalto. Tesla sostiene che generino una forza da quattro a cinque volte superiore a quella che gli pneumatici possono sopportare.

Restano domande a cui la presentazione non ha risposto. Non si conoscono i tempi e i costi di ricarica dei serbatoi, né le procedure di certificazione dei recipienti in pressione per un uso stradale, né il rumore prodotto dai getti in un contesto urbano. Electrek ricorda che le configurazioni con propulsori sono a tiratura limitata o su invito e che l'autonomia dichiarata, oltre 300 miglia (circa 480 km), è circa la metà di quella promessa nel 2017. Per inquadrare questi valori rispetto al mercato è utile il confronto con le , nessuna delle quali usa una spinta che non passi dalle ruote.

Un precedente su due ruote

La Roadster non è il primo veicolo stradale a sperimentare un getto di gas laterale. Nel 2018 Bosch mostrò il prototipo di un sistema per moto pensato per evitare le scivolate in curva su ghiaia, foglie bagnate o macchie d'olio. Come raccontò Cycle World, il dispositivo impiegava generatori di gas a miscela di argon ed elio, gli stessi usati in alcune auto per gonfiare gli airbag. Quando i sensori inerziali rilevavano lo slittamento laterale della ruota, il sistema rilasciava un getto dal lato opposto per riportare la moto in traiettoria. Lo stesso principio che orienta Gaia con spinte di milionesimi di newton e ribalta il Falcon 9 a decine di chilometri di quota era stato provato per tenere in piedi un motociclista a pochi centimetri dall'asfalto.

Domande frequenti

Come funziona un propulsore a gas freddo?

Un propulsore a gas freddo conserva un gas, di solito azoto, in un serbatoio ad alta pressione. Quando una valvola si apre, il gas esce da un ugello e la reazione spinge il veicolo nella direzione opposta. Non c'è combustione, quindi il sistema è semplice, sicuro e molto preciso, ma consuma molto gas.

Perché i propulsori a gas freddo hanno un impulso specifico basso?

Nei propulsori a gas freddo l'unica energia disponibile è quella della compressione, perché manca una reazione chimica. Il gas esce quindi a velocità modeste, poco meno di 700 metri al secondo per l'azoto. Un propulsore a idrazina raggiunge circa il triplo, ottenendo più spinta totale dalla stessa massa di propellente.

A cosa servono i propulsori a gas freddo del Falcon 9?

Sul primo stadio del Falcon 9 i propulsori ad azoto servono solo durante il recupero. Dopo la separazione ruotano il booster di circa 180 gradi e lo orientano per le accensioni di rientro, quando l'aria è troppo rarefatta per le alette a griglia. Il secondo stadio li usa per rollio e puntamento del carico.

Che gas usano i propulsori della Tesla Roadster?

Secondo quanto dichiarato da Tesla durante la presentazione del 15 ottobre 2026, i propulsori della Roadster usano aria compressa, contenuta in 600 litri di serbatoi compositi distribuiti nella vettura. L'aria è composta per circa quattro quinti da azoto e ha prestazioni simili all'azoto puro usato su razzi e satelliti.

La Tesla Roadster con propulsori a gas freddo può circolare su strada?

Tesla precisa che la versione Rocket, quella con i propulsori per sollevarsi e ruotare in aria, non è approvata per le strade pubbliche ed è disponibile solo su invito. La Thrust, con i propulsori posteriori, è a tiratura limitata. Produzione e consegne sono annunciate per il 2028, senza prezzi ufficiali.