NASA: Se imponen los motores de iones para viajes espaciales

Propulsores de iones en las misiones de la NASA redefinen las fronteras de la exploración espacial
La nave espacial Dawn podría cambiar la forma y el alcance de las misiones futuras

Por Junnie Kwon - Popular Science



Prueba de motor a iones (NASA)

A principios de marzo, la nave espacial Dawn de la NASA entrará en la órbita del planeta enano Ceres. "Vamos a ver un mundo completamente nuevo", dice Marc Rayman, ingeniero jefe de Dawn y director de la misión. Ocho años desde su lanzamiento, y cuatro años después de visitar el segundo objeto en el cinturón de asteroides, Vesta, Dawn será la primera nave espacial en orbitar dos protoplanetas extraterrestres en una sola misión.
Ese logro es posible gracias a sus motores de iones, que son alrededor de un pie de diámetro. Dentro de cada motor, los átomos de xenón son bombardeados con electrones para formar iones. Redes del metal en la parte posterior de cada motor se cargan a cerca de 1.000 voltios y se disparan los iones en hasta 90.000 kilómetros por hora. El empuje es minúsculo. (Para aproximar la presión de los motores ejercen sobre Amanecer, tome una hoja de papel y coloque sobre ella en su palma. Eso es todo!) Pero en una gravedad cero, el medio ambiente sin fricción, el efecto de este impulso se acumula gradualmente. En su más rápido, Amanecer puede moverse a unos 24.000 kilómetros por hora. Y debido a que los iones se mueven a una velocidad tan alta, los motores necesitan menos propulsor, lo que los hace 10 veces más eficiente que los combustibles químicos convencionales.
La propulsión iónica "se está apoderando de la industria", dice John Brophy, quien desarrolló el motor de Dawn.


Dawn con motor de iones. El dibujo del artista, de la NASA / JPL

Si todo esto parece como algo que te ves en una película, es probablemente porque usted ya tiene. En Star Wars, caza TIE de Darth Vader es un coche de carreras que utiliza motores iónicos para acelerar a través del Imperio Galáctico. Al igual que el vehículo de Darth Vader de elección, Dawn utiliza la energía solar para alimentar a los electrones en sus motores de alto consumo de energía. Cada uno de los dos paneles solares es de 27 pies, o la anchura de una pista de individuales de la cancha. A diferencia de combustibles químicos, que tienen que ser almacenadas en la nave espacial, estos paneles proporcionan una fuente casi inagotable de energía.
Debido a su uso eficiente de recursos sin precedentes, de propulsión iónica permite largas misiones de largo alcance, que de otro modo abruman presupuesto de la NASA o "incluso ser realmente imposible", dice Rayman. Nave espacial puede ahora viajar a más de un objeto, porque con empujes continuas, de propulsión iónica también permite nave espacial para ir más fácilmente y de manera constante en la órbita de varios objetos, sin que se queme todo su combustible.

"Se apodera de la industria."

"Es como si fuera de la carretera", dijo Jim Green, director de la división de ciencia planetaria de la NASA. "Todos los planetas están en órbitas bien establecidos, o carreteras. Con motores de iones, usted no tiene que seguir el camino. Sólo puede sacar y usar atajos que te llevará a una variedad de lugares que son de hasta cinco unidades astronómicas, que sale a Júpiter ".
La propulsión iónica incluso ha impulsado las posibilidades de la exploración espacial humana. En futuras misiones, que podría ser utilizado para enviar suministros de ida y vuelta a los astronautas en Marte o en otros lugares distantes.
Sin embargo, los motores de iones impulsados sólo son útiles para ciertos tipos de misiones espaciales. Para el transporte de seres humanos a otros mundos, es demasiado lento. Tomaría Amanecer cuatro días para acelerar de cero a 60 millas por hora. Diseñado para las misiones de los pacientes, propulsores iónicos son demasiado costosas y complejas para las misiones directas a destinos como Marte o Venus, dice Rayman.


Prototipo de TIE Fighter de Star Wars. Torley través de Flickr CC BY SA 2.0

"TIE" significa gemelo Ion Motores-el mismo tipo de tecnología de propulsión utiliza la nave espacial Dawn. Sin embargo, Dawn no lucha por el Imperio Galáctico, por lo que sabemos.
El uso de los sistemas de motor eléctrico en el espacio es más de un siglo en la fabricación. Robert Goddard, pionero cohete estadounidense, menciona por primera vez la idea de la propulsión eléctrica en 1906. Llevó a cabo experimentos sobre una década más tarde, pero propulsores de iones de trabajo no apareció en la NASA hasta la década de 1960 cuando los investigadores realizaron pruebas suborbitales. Finalmente, Deep Space 1 puso en marcha en 1998 y demostró que la propulsión iónica trabaja en la nave espacial. Aunque DS1 inicialmente estaba destinado a probar 12 tecnologías experimentales, gracias a sus propulsores de iones, se llegó a completar sobrevuelos exitosos del asteroide 9969 Braille y el cometa Borrelly, volviendo las mejores imágenes y los datos que la humanidad había visto en su vida en el momento de cometas. Amanecer, que se lanzó en 2007, es la primera misión de la ciencia pura a utilizar la tecnología.
Los satélites comerciales han estado usando propulsores de iones desde 1979. Así que ¿por qué tomó tanto tiempo para que los científicos los pusieron en una nave espacial? Puede haber sido porque no había fin a gran escala de este tipo de tecnología de nicho hasta ahora. "No desarrollamos tecnologías sólo para desarrollar la tecnología", dice Green. "Es realmente todo sobre el tipo de ciencia que queremos hacer, y qué tecnologías son casi listo."

Un paso hacia Marte

Ahora, al parecer, el mundo está listo para poner la propulsión iónica para trabajar en la exploración espacial. Redirect Misión Asteroide de la NASA será el primero en mover un asteroide cercano a la Tierra a una órbita estable alrededor de la Luna. La nave llegará a un asteroide aún está por determinar, mediante propulsión iónica, capturar en una bolsa, de-giro utilizando la propulsión química, y por último, orientar de nuevo a la órbita de la Luna. La misión sería inasequible con combustible regular. "La única tecnología que puede hacer es de alta potencia de propulsión con energía eléctrica", dice Brophy. "Sabemos que trabaja en la escala de la Aurora, y lo que necesitamos es un sistema de energía mucho mayor para Marte. El redireccionamiento Misión asteroide está en el medio como un buen trampolín para llegar allí ".