El funcionamiento de un cohete iónico de tamaño microscópico

En una investigación se ha logrado observar detalladamente, bajo un microscopio, el funcionamiento de un diminuto cohete iónico propuesto para impulsar satélites de muy poca masa.

El estudio es obra de especialistas de la Universidad de Maryland y de la Universidad Tecnológica de Michigan (Michigan Tech), ambas en Estados Unidos.

El minúsculo cohete iónico, definible técnicamente como un propulsor por electropulverización, es una gota de sal fundida. Cuando se aplica electricidad, crea un campo en la punta de la gota, hasta que los iones empiezan a surgir de su extremo. La fuerza creada por el cohete es inferior al peso de un cabello humano, pero en el vacío del espacio es suficiente para empujar hacia delante con una aceleración constante a un objeto pequeño. Una cantidad lo bastante grande de estos diminutos propulsores empaquetados juntos podría propulsar a una nave espacial hasta grandes distancias, quizá incluso hasta algún planeta en órbita a una estrella cercana, y los microcohetes de este tipo son particularmente útiles para los satélites en órbita a la Tierra que son tan pequeños como una caja de zapatos. Estos propulsores están siendo actualmente ensayados a bordo del satélite LISA Pathfinder de la Agencia Espacial Europea, que espera situar objetos en el espacio de manera tan precisa que solo puedan ser perturbados por ondas gravitatorias.

Pero estos motores gota tienen un problema. A veces forman estructuras parecidas a agujas que alteran la manera en que trabaja el propulsor, se interponen en los iones que fluyen hacia fuera y convierten el líquido en un gel. Lyon B. King y Kurt Terhune, ingenieros mecánicos en la Michigan Tech, querían descubrir cómo sucede esto en realidad.

El reto era realizar mediciones de estructuras tan pequeñas como de unas pocas moléculas, en presencia de un fuerte campo eléctrico, razón por la cual King y Terhune acudieron a John Cumings de la Universidad de Maryland. Cumings es conocido por su trabajo con materiales complicados.

En el Laboratorio de Microscopía y Visualización Avanzada de la Universidad de Maryland, Cumings colocó el diminuto propulsor en un microscopio electrónico de transmisión (TEM), un aparato avanzado que puede ver cosas de hasta millonésimas de metro. Cumings y sus colegas observaron con él a la gota mientras esta se alargaba y adoptaba una forma de aguja, y después empezaron a emitir iones. Entonces comenzaron a aparecer los defectos, parecidos a un árbol con sus ramas.

Averiguar por qué crecen estas estructuras ramificadas podría ayudar a prevenir que se formen. El problema sucede cuando electrones de alta energía, como los que se usan en el rayo de visualización del microscopio, impactan en el fluido, causando daños a las moléculas que golpean. A su vez, estos daños alteran de manera perjudicial la estructura molecular de la sal fundida, así que esta forma un gel y ya no fluye adecuadamente.

Los autores del estudio pudieron observar la acumulación de las estructuras ramificadas en tiempo real.

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