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Un motor de nave espacial más eficiente
Los ingenieros de la NASA han terminado de probar un nuevo sistema de propulsión de iones para naves espaciales interplanetarias y en órbita terrestre. El sistema es más potente y ahorra combustible que sus predecesores, lo que le permite viajar más lejos que nunca.
Poder de iones: El nuevo sistema de propulsión de iones de la NASA se está probando en el Laboratorio de Propulsión a Chorro en Pasadena, CA.
La propulsión iónica funciona cargando eléctricamente, o ionizando, un gas que utiliza la energía de los paneles solares y emite el gas ionizado para propulsar la nave espacial en la dirección opuesta. El concepto se desarrolló por primera vez hace más de 50 años, y la primera nave espacial en utilizar la tecnología fue Espacio profundo 1 ( DS1 ) en 1998. Desde entonces, solo ha habido algunas otras naves espaciales no comerciales que han utilizado propulsión iónica: la NASA Misión amanecer al sistema solar exterior, lanzado en 2007; la misión japonesa de retorno de muestras de asteroides del espacio profundo llamada Hayabusa , lanzado en 2003; y la Agencia Espacial Europea lanzó el INTELIGENTE-1 nave espacial en 2003, se estrelló en la luna en 2006. (Hay muchos satélites de comunicaciones comerciales que utilizan propulsores de iones). *
Para construir el nuevo sistema de propulsión de iones bajo el propulsor de xenón evolutivo de la NASA ( SIGUIENTE ), ingenieros de la NASA Centro de Investigación Glenn en Cleveland, OH, modificó y mejoró el diseño de los motores utilizados para DS1 y amanecer. Lo hicimos físicamente más grande, pero más liviano, redujimos la complejidad del sistema para extender su vida útil y, en general, mejoramos su eficiencia, dice Michael Patterson, el investigador principal del proyecto.
Patterson presentó un artículo que describe el motor en el Conferencia y exhibición conjunta de propulsión celebrada esta semana en Denver. Dice que su equipo podría comenzar a construir una versión del motor lista para la misión en enero de 2010, lo que tardaría unos 36 meses en completarse.
Los sistemas de propulsión química se utilizan con mayor frecuencia para naves espaciales, pero requieren grandes cantidades de combustible y son ineficientes para misiones en el espacio profundo. Estás limitado en lo que puedes llevar al espacio porque tienes que llevar un cohete que es principalmente combustible, dice Alexander Bruccoleri, investigador del departamento de aeronáutica y astronáutica del MIT. Además, dice, hay que compensar el peso y el tamaño de los tanques de propulsor construyendo una nave espacial que sea endeble o que no tenga muchas estructuras para reforzarla.
Como alternativa, varios grupos de investigación están explorando sistemas de propulsión eléctrica. Si bien estos motores producen mucho menos empuje que los motores químicos, son muy eficientes, lo que los hace ideales para misiones de larga distancia a asteroides, cometas o planetas como Júpiter y Mercurio. Sin embargo, uno de los mayores desafíos en la propulsión eléctrica es la alta potencia y la vida útil del sistema, dice Daniel Brent White, otro investigador en aeronáutica y astronáutica en el MIT.
* Gracias a los comentarios de los lectores, esta información se corrigió para incluir las misiones europea y japonesa.
El nuevo motor de iones se basa en los sistemas de propulsión eléctrica utilizados por ambos DS1 y Dawn, dice Patterson. Utiliza el mismo método para lograr el empuje: el gas xenón fluye hacia una cámara de reacción dentro del motor y es ionizado por electrones; Los electroimanes colocados alrededor de esta cámara mejoran la eficiencia de la ionización. Los electrodos colocados cerca de los propulsores del motor (conocidos como óptica iónica) se utilizan para acelerar los iones de forma electrostática y dispararlos fuera del escape para empujar la nave espacial hacia adelante.
Los ingenieros del Centro de Investigación de Glenn optimizaron el diseño mecánico de los imanes y la óptica de iones del motor, e hicieron otras modificaciones, incluida la reducción del número de propulsores, para hacer que el sistema sea más potente y eficiente. El motor tiene un nivel de potencia más alto y un rango dinámico de aceleración más grande (puede pasar de una potencia muy alta a una potencia muy baja) para que pueda funcionar durante períodos de tiempo más largos y ejecutar mejor su misión, dice Patterson.
Michael Huggins, la dirección de propulsión espacial y de misiles en el Laboratorio de Investigación de la Fuerza Aérea en la Base de la Fuerza Aérea Edwards en California, dice que es importante encontrar formas de hacer que los sistemas de propulsión sean más eficientes, más pequeños y más económicos. El hecho de que la NASA esté buscando dispositivos más eficientes para misiones interplanetarias es definitivamente la respuesta correcta, dice.
Sin embargo, existen posibles inconvenientes de la propulsión iónica. Por ejemplo, la energía solar no se puede utilizar demasiado lejos del sol. La energía solar simplemente no funcionará a distancias como Neptuno, dice White, quien presentó un documento en la misma conferencia sobre el uso de la energía nuclear como fuente de energía para misiones en el espacio profundo. Si bien esto proporcionaría mucha energía en el espacio profundo, las preocupaciones de seguridad harían que sea políticamente desafiante el lanzamiento de una nave espacial de propulsión nuclear.
El único competidor que realmente tenemos es la tecnología química avanzada, dice Patterson. La ventaja que tenemos es que ahorramos mucho combustible. Por lo tanto, para misiones planetarias complejas que requieren mucha energía, dice Patterson, Estados Unidos y sus socios internacionales, incluidos Japón y las naciones europeas, están haciendo la transición a motores de propulsión de iones.