Revolución en la propulsión magnetoplasmadinámica

Un nuevo motor iónico, más potente, más pequeño y más ligero que otros de su clase, podría marcar un antes y un después en los viajes espaciales.

En la astronáutica, los satélites pequeños han ganado popularidad en años recientes gracias a su bajo costo y flexibilidad, pero su desarrollo se ha visto limitado durante mucho tiempo por la disponibilidad de tecnología de propulsión eficiente. En el vacío del espacio, las naves espaciales solo pueden avanzar mediante la fuerza de reacción. Los cohetes químicos tradicionales generan empuje quemando combustible para producir gases a alta temperatura que se expulsan hacia atrás, pero este método es altamente ineficiente, ya que más del 90% del peso de un cohete suele destinarse al combustible. La tecnología de propulsión iónica, en cambio, se nutre de energía eléctrica para acelerar partículas cargadas (plasma) y generar empuje, ofreciendo una eficiencia por peso significativamente mayor que la que tiene la propulsión química.

Entre los diversos sistemas de propulsión iónica, la propulsión magnetoplasmadinámica representa una opción de muy alto rendimiento que aprovecha la interacción entre potentes campos magnéticos y corrientes eléctricas para acelerar el plasma a velocidades extremadamente altas. Dicho de modo simple, es como un cañón electromagnético. De este “cañón” pueden controlarse la dirección hacia la que dispara el plasma de alta temperatura y la velocidad del mismo, mediante campos magnéticos, logrando una eficiencia de propulsión de 8 a 10 veces mayor que la de los cohetes químicos tradicionales. Sin embargo, los propulsores magnetoplasmadinámicos convencionales se han visto limitados por las enormes bobinas electromagnéticas de cobre que requieren en los diseños tradicionales, que no solo son muy pesadas (suelen superar los 150 kilogramos), sino que también consumen una enorme cantidad de energía: entre 200 y 300 kilovatios, equivalente al consumo eléctrico de un pequeño conjunto de viviendas. Esto da como resultado sistemas voluminosos con altos requerimientos de potencia, difíciles de integrar en satélites pequeños. Dotar a estas pequeñas naves espaciales de un motor iónico potente y eficiente ha venido siendo un desafío tecnológico crucial desde hace mucho tiempo.

Recientemente, un equipo dirigido por Jinxing Zheng, del Instituto de Física del Plasma, uno de los Institutos de Ciencias Físicas de Hefei, dependientes de la Academia China de Ciencias, ha logrado un avance significativo en este campo. Zheng y sus colegas desarrollaron con éxito un propulsor magnetoplasmadinámico superconductor y compacto, de alta temperatura. Al sustituir las tradicionales bobinas de cobre, voluminosas y de alto consumo energético, por óxido de itrio, bario y cobre, un material superconductor que opera a temperaturas propias del nitrógeno líquido (196 grados centígrados bajo cero), en vez de a temperaturas mucho más frías y muy cercanas al cero absoluto, se redujo el consumo de energía de 285 kilovatios a menos de 1 kilovatio y el peso de 220 kilogramos a 60 kilogramos. Gracias a todo esto, los satélites equipados con este nuevo tipo de motor iónico pueden ser más ligeros, más baratos e incluso más respetuosos con el medio ambiente.

Recreación artística del aspecto aproximado de un motor iónico con la nueva tecnología. (Imagen: © Science China Press)

En definitiva, este avance permite que las naves espaciales pequeñas puedan llevar a cabo misiones que hasta ahora solo eran viables para naves mucho más voluminosas y pesadas.

Zheng y sus colegas exponen los detalles técnicos de su nuevo propulsor magnetoplasmadinámico en la revista académica National Science Review, bajo el título “High performance of high-temperature-superconducting MPD thrusters: analytical MHD modeling and experimental demonstration”. (Fuente: NCYT de Amazings)