Un propulsor de efecto Hall podría equipar el LOP-G
– Noticias del 3 de marzo de 2019 –
El propulsor de iones X3 es un proyecto muy interesante del programa Next Leap de la NASA. El objetivo de este programa es desarrollar algunas de las tecnologías que explorarán el sistema solar. X3 es un propulsor de efecto Hall. Esto significa que utiliza campos eléctricos y magnéticos para ionizar y acelerar un gas neutro, el xenón.
Los propulsores de efecto Hall se han utilizado para aplicaciones espaciales durante décadas. Lo que distingue al propulsor de iones X3 es su alta potencia y su gran modularidad. El motor desarrollado por la NASA y la Fuerza Aérea de EE. UU. Está compuesto por tres canales concéntricos de aceleración.
El propulsor de iones X3 puede operar con una potencia eléctrica de hasta 200 kilovatios, que es suficiente energía para alimentar a una pequeña aldea en la Tierra. Esto le permitió establecer récords de empuje para un propulsor de efecto Hall: 5.4 Newton en una prueba en 2018. Eso es casi la fuerza que siente cuando sostiene un plato de mantequilla en su mano, que es muy poco. Pero los propulsores de efecto Hall están diseñados para funcionar continuamente durante semanas e incluso meses, lo suficiente para proporcionar una aceleración real. Esta potencia relativamente alta permite imaginar muchas aplicaciones para el propulsor de iones X3.
La NASA quiere equipar su estación espacial lunar, la LOP-G, con un módulo de propulsión eléctrica. Se necesitará un motor de alta potencia, tal vez incluso varios, para mantener efectivamente la LOP-G en órbita. El contrato para la construcción de este primer módulo de la LOP-G debería adjudicarse en la primavera de 2019. Tal vez escuchemos sobre el propulsor de iones X3 en ese momento.
Un grupo X3 que funcione a 800 kilovatios también debería poder impulsar una misión habitada a Marte. Esto es lo que piensa el equipo de desarrollo del proyecto. Pero es difícil proporcionar tal poder a una nave espacial. Esto requiere la instalación de enormes paneles solares o el uso de energía nuclear.
El enorme impacto del motor de iones en la exploración espacial
En un motor de iones, el xenón es bombardeado primero por electrones para formar un plasma ionizado. Luego se acelera a través de redes que tienen una gran diferencia en el potencial eléctrico. El resultado es impresionante, el haz ionizado forma un halo azulado que recuerda a las películas de ciencia ficción. El empuje producido es todavía pequeño, alrededor de 90 milvatios. Eso está cerca del empuje de una hoja de papel colocada en la mano.
En 1998, la NASA lanzó la sonda espacial Deep Space 1, su primera nave espacial de exploración con un sistema de propulsión de iones. Deep Space 1 ha demostrado que con paneles solares y unas pocas docenas de kilogramos de xenón, una sonda espacial puede realizar una misión mucho más allá del sistema Tierra-Luna. La propulsión iónica ha demostrado su potencial completo para misiones espaciales de bajo costo, que solo pueden llevar una cantidad limitada de propelente. La NASA decide apostar rápidamente en este primer éxito.
Esta innovadora tecnología de propulsión permite considerar nuevos objetivos. La propulsión iónica hace posible llegar a ciertos destinos gastando diez veces menos propelente que con un motor químico, siempre que sea paciente. Las aceleraciones proporcionadas son realmente pequeñas, por lo que debe ejecutar un motor de iones durante meses o años para producir una aceleración significativa. Un motor de iones también necesita una fuente de alimentación, y solo los paneles solares pueden proporcionar el poder para hacer que funcionen, lo que limita un poco las posibilidades, porque más allá de la órbita del planeta Marte, los paneles solares se vuelven casi inútiles.
Motor iónico de la Universidad de Michigan rompe récords de potencia
– Noticias del 13 de marzo de 2018 –
Los motores iónicos prometen un futuro brillante para la exploración espacial. Su mayor fortaleza es su bajo consumo de propelente, y su mayor debilidad es su falta de potencia. Desarrollar un motor eléctrico de alta potencia sería, por lo tanto, un avance tecnológico que daría una gran ventaja para explorar el sistema solar y quizás incluso para colonizarlo. Un equipo de la Universidad de Michigan está trabajando con la NASA para desarrollar y probar un impulsor de efecto Hall llamado X3. Este propulsor rompió todos los récords de poder y empuje. Pudo operar a una potencia de 102 kilovatios para un empuje de 5.4 Newton. Supera el récord de empuje de un impulsor de efecto Hall en más del 60%.
La propulsión iónica es una de las posibilidades que la NASA está explorando para un viaje marciano. El X3 actualmente es capaz de operar hasta cien kilovatios. Con un sistema que funciona a 500 kilovatios o incluso a 1 megavatio, este tipo de motor sería lo suficientemente potente como para alimentar misiones habitadas más allá de la órbita lunar. Para lograr más potencia en comparación con los impulsores de efecto Hall convencionales, la Universidad de Michigan ha diseñado una serie de anillos para canalizar el plasma. El propulsor es bastante imponente: casi un metro de diámetro. Imaginamos que si queremos multiplicar la potencia por diez, la hélice tendrá que ser enorme. Para que el X3 realmente se pruebe a sí mismo, tiene que realizar una prueba de funcionamiento a máxima potencia durante mucho tiempo. La propulsión iónica es realmente interesante solo si la baja potencia se compensa con duraciones muy largas. Por lo tanto, el X3 se someterá a una prueba de 100 horas el próximo año.
El siguiente paso será integrar el X3 en un diseño creado por la compañía Aerojet Rocketdyne. Esta compañía será responsable de diseñar un sistema de suministro de energía y un sistema de suministro de xenón para el motor. En su diseño final, el X3 debería poder correr hasta 200 kilovatios y ser alimentado por paneles solares. Esta es la principal dificultad: los 2500 metros cuadrados de paneles solares de la Estación Espacial Internacional (ISS) producen solo 120 kilovatios de energía eléctrica, en las mejores condiciones. La superficie del panel solar necesaria sería enorme para una nave espacial cuyo sistema de propulsión requiera solo 200 kilovatios y a la que deberían agregarse las necesidades eléctricas de la misión misma.
Imagen de la NASA (dominio público), a través de Wikimedia Commons.
Fuentes
