Motor iones fase 4

Los propulsores eléctricos para naves espaciales se reducen cada vez más y podrían ser clave para nuevas misiones espaciales. Y, de acuerdo con dos nuevas compañías de tecnología espacial, Phase Four y Accion Systems, podrían incluso interplanetarios.

Los cohetes convencionales que dependen de reacciones químicas «son una gran forma de generar un gran empuje, pero son muy ineficientes cuando se trata de generar empuje dada la cantidad de propelente que transportan», Simon Halpern, fundador y CEO de la compañía de propulsión espacial Phase Cuatro en El Segundo, California, le dijeron a Space.com. «Es por eso que lanzar incluso un pequeño satélite requiere un cohete gigantesco de varios pisos».

Los científicos han explorado una variedad de alternativas a los cohetes químicos en los últimos años. Una es la propulsión eléctrica , que genera empuje mediante el uso de electricidad para acelerar los propulsantes cargados eléctricamente lejos de una nave espacial. [

La propulsión eléctrica genera mucho menos empuje que los cohetes químicos, demasiado débiles para lanzar una nave espacial desde la superficie de la Tierra. Sin embargo, la propulsión eléctrica es mucho más eficiente que los cohetes químicos, por lo que es potencialmente muy útil donde todo peso es importante, como con una nave espacial una vez que un cohete convencional la lleva a la órbita.

«Hay mucho dinero para lanzar compañías, pero una vez que las naves espaciales están en el espacio, necesitan poder moverse, explorar los planetas interiores y exteriores del sistema solar si es necesario», dijo Halpern.

Propulsión de plasma

Los propulsores eléctricos han propulsado naves espaciales durante décadas. Por ejemplo, en la década de 1970, la Unión Soviética comenzó a incluir los llamados impulsores Hall en los satélites . Los impulsores Hall usan campos eléctricos y magnéticos para convertir átomos neutros en un gas como el xenón en partículas cargadas llamadas iones, y luego usan campos eléctricos para acelerar las nubes de iones conocidas como plasmas hacia afuera para generar empuje. Estos propulsores siguen siendo el tipo más común de propulsores eléctricos en naves espaciales.

Sin embargo, «aunque los propulsores Hall muestran un buen rendimiento, están arraigados en la tecnología diseñada en los años 60 y 70», dijo Halpern. «Así que terminas con sistemas realmente grandes y voluminosos».

Ahora, Phase Four ha desarrollado «el sistema de propulsión de plasma más pequeño disponible en la actualidad», dijo Halpern. «Queremos ayudar a poner una nave espacial en órbita alrededor de cada planeta, cada luna, todos los días».

En lugar de utilizar grandes componentes electrónicos de alta tensión para generar plasmas con campos eléctricos y magnéticos, los propulsores de la Fase Cuatro utilizan componentes más pequeños y de menor voltaje para generar plasmas con ondas de radio.

«De la misma manera que un horno de microondas utiliza microondas para excitar las moléculas de agua en los alimentos, utilizamos el mismo tipo de piezas electrónicas que puedes encontrar en un teléfono celular o alfombra de carga eléctrica inalámbrica para producir ondas de radio que pueden energizar un plasma», dijo Halpern. «El xenónes el propulsor más utilizado para la propulsión eléctrica, pero también buscamos aire o agua».

Los propulsores de la Fase Cuatro dirigen los electrones en el plasma hacia afuera usando campos magnéticos, ya sea de imanes permanentes o de electroimanes. Los iones en el plasma siguen los electrones hacia afuera, dando al plasma una carga eléctrica neutral total.

Una desventaja de los propulsores eléctricos anteriores es la forma en que necesitan neutralizar las cargas eléctricas de sus plasmas mientras vuelan al espacio, o de lo contrario la nave espacial acumularía cargas eléctricas enormes y peligrosas, explicó Halpern. Estos componentes de neutralización suelen ser propensos a fallar con el tiempo porque deben sumergirse dentro de las plumas de escape de un propulsor. En contraste, los propulsores de la Fase Cuatro generan plasmas con una carga eléctrica neutral total, por lo que no necesitan neutralizar sus plasmas ni llevar componentes neutralizantes propensos a fallas, dijo Halpern.

En mayo, la Fase Cuatro anunció que vendía propulsores a la NASA para que la agencia pudiera probar sus capacidades para la propulsión satelital, así como para la firma satelital de imágenes Astro Digital en Santa Clara, California. «Vemos esto como una verificación por parte del gobierno y la industria comercial de que tenemos algo que la gente quiere», dijo Halpern.

Halpern describió el trabajo de la Fase Cuatro el 2 de junio en el simposio Dawn of Private Space Science en la Universidad de Columbia en Nueva York.

Propulsores de Electrospray

Otro nuevo tipo de tecnología de propulsión eléctrica utiliza propulsores del tamaño de una moneda de diez centavos para la nave espacial . «El objetivo es utilizar nuestra tecnología para la colonización de otros planetas, y tal vez investigar a otra estrella», dijo a Space.com Natalya Bailey, fundadora y directora ejecutiva de Accion Systems en Boston.

Los propulsores eléctricos a menudo dependen de los gases comprimidos almacenados en los tanques presurizados voluminosos, así como de las grandes cámaras en las que ionizar esos gases, y las tuberías, válvulas y bombas para transportar esos gases. En cambio, Accion depende de un propelente líquido salado, que ayuda a reducir significativamente el tamaño del propulsor y simplifica el diseño.

«Estamos llevando las capacidades de los motores iónicos más tradicionales al tamaño y los niveles de potencia de los satélites pequeños», dijo Bailey.

Los propulsores del tamaño de la viruta de Accion, conocidos como AZULEJOS (Electroatlizador líquido iónico embaldosado), confían en la acción capilar para ayudar a los líquidos a fluir dentro de ellos: la acción capilar obliga a los líquidos a fluir a través de tuberías estrechas, y es el mismo efecto que ayuda a sacar agua . Cada TILE utiliza campos eléctricos para extraer iones del propelente y canalizarlos hacia haces de  boquillas microscópicas .

El objetivo inicial de Acción es ayudar a dar incluso a los satélites pequeños los medios para impulsarse y así corregir sus posiciones dentro de sus órbitas alrededor de la Tierra. Esto puede ayudarlos a permanecer en órbita mucho más tiempo para que los propietarios de satélites obtengan más valor por su dinero.

«Estamos abriendo tipos de misiones para satélites pequeños que antes no tenían», dijo Bailey.

Los métodos utilizados para fabricar microchips se pueden adaptar para ayudar a la fabricación en serie de los propulsores de Accion, lo que ayuda a reducir los costos. «A largo plazo, la razón por la que fundamos nuestra compañía en torno a esta tecnología es porque es la más escalable de cualquier sistema de propulsión eléctrica que existe», dijo Bailey.

Los propulsores de Accion están programados para volar en tres naves espaciales en 2019, dijo Bailey. La primera nave espacial será un cubesat de Irvine High School en California.

«Vamos a niveles de rendimiento cada vez más altos, y finalmente planeamos ir a satélites más grandes y luego a misiones interplanetarias», dijo Bailey