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Montando un rayo de energía hacia el espacio
Esta semana en el 45a Conferencia y Exposición Conjunta de Propulsión En Denver, investigadores, científicos e ingenieros discutirán los últimos avances en sistemas de propulsión para naves espaciales y aviones comerciales.
Un modelo temprano de una nave de luz propulsada por láser.
Crédito: Instituto Politécnico Rensselaer
Un tema que se examina es la propulsión por haz de energía, que utiliza un haz de energía dirigido a una nave espacial para calentar su propulsor o para suministrar electricidad a su motor. Al eliminar la fuente de energía del propio cohete, la propulsión de energía de haz tiene el potencial de hacer que el lanzamiento de naves espaciales sea más barato y más confiable.
En la propulsión química convencional, se almacenan cantidades masivas de energía en el combustible de un cohete, que constituye una cantidad significativa de su peso. Además, los sistemas químicos se calientan a temperaturas superiores al punto de fusión de algunos materiales en el propio cohete, dice Alexander Bruccoleri, investigador del departamento de aeronáutica y astronáutica del MIT, quien recientemente recibió su maestría en el Laboratorio de Propulsión Espacial. Bruccoleri presentó un artículo en la conferencia el 3 de agosto sobre una métrica de comparación que inventó para probar sistemas de energía de haz.
La energía del haz fue ideada a fines de la década de 1970 por el Centro de Investigación Ames de la NASA y el Instituto de Tecnología de California. La idea era usar láseres como intercambiadores de calor: tomar la energía y producir un fluido caliente que pueda expandirse fuera de la boquilla, dice Bruccoleri. Ahora los investigadores están explorando sistemas de láseres terrestres que calientan combustibles como el hidrógeno a una temperatura más fácil de manejar. Las moléculas de hidrógeno pueden acelerarse dos veces más rápido que las moléculas de agua con la misma temperatura, lo que proporciona una mejor velocidad de escape: el empuje que se obtiene por la velocidad a la que se quema el propulsor, dice Bruccoleri. El uso de la luz como fuente de energía externa puede aliviar el peso y la masa de tener un sistema a bordo, dejando espacio para cargas útiles científicas, por ejemplo, y proporciona más potencia de propulsión.
Juego Myrabo , profesor asociado de ingeniería mecánica, aeroespacial y nuclear del Instituto Politécnico Rensselaer en Troy, Nueva York, dice que los últimos tres a cinco años han acercado estos sistemas a la realidad porque la tecnología de emisión de energía como rayos láser y sistemas de longitud de onda milimétrica ha reducido su costo . Myrabo, fundador de Tecnologías Lightcraft , ha demostrado que se puede propulsar una pequeña nave de luz a 71 metros en el aire utilizando pulsos de luz que calientan el propulsor. Actualmente tiene una subvención de cinco años de la Fuerza Aérea de EE. UU. Para explorar la propulsión láser para lanzar satélites a un costo extremadamente bajo con alta confiabilidad, y está realizando pruebas en Brasil en colaboración con la fuerza aérea de ese país.
Si bien Myrabo dice que tales sistemas podrían ser una realidad en 5 a 10 años, otros se muestran escépticos. Kevin Johnson, gerente de exploración espacial y propulsión de naves espaciales en Sistemas espaciales Lockheed Martin en Denver, por ejemplo, expresa preocupación por el potencial de interferencia atmosférica con el rayo. Greg McAllister, un ingeniero de propulsión de personal senior también en Lockheed Martin, está de acuerdo y dice que una fuente de energía lo suficientemente poderosa como para propulsar un cohete también podría quemarlo. (McAllister presentará un documento en la conferencia sobre la prueba de los propulsores del acelerador de pulso utilizados para la misión Mars Phoenix).
Johnson dice que si bien el sistema podría generar suficiente energía desde una estación en tierra y reducir los costos, faltan más de 20 años para que sea factible.
Un vuelo de prueba de un vehículo ligero que utiliza pulsos de luz realizado por Myrabo en 2000 en White Sands Missile Range en Nuevo México. Crédito: RPI