La propulsión que estamos proporcionando es electrizante.
Desde el comienzo del programa espacial, la gente ha sido cautivada por cohetes grandes y poderosos, como el cohete Saturno V de la NASA que envió al Apolo a la superficie lunar, o el Sistema de Lanzamiento Espacial que producirá millones de libras de empuje mientras envía a los astronautas Artemis de regreso a la Luna.
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| Un propulsor de efecto Hall de propulsión solar eléctrica está siendo probado en condiciones de vacío en la NASA. Créditos: NASA |
Pero, ¿qué pasa si el sistema de propulsión más poderoso en la caja de herramientas de la NASA produce menos de una libra de empuje mientras alcanza velocidades de hasta 200.000 mph? ¿Qué pasa si cuesta menos, lleva más y usa menos combustible?
Este sistema radical es la propulsión eléctrica en el espacio. Puede reducir la cantidad de combustible o propulsor necesario hasta en un 90% en comparación con los sistemas de propulsión química, lo que ahorra millones en costos de lanzamiento y proporciona una mayor flexibilidad de la misión.
La Tercera ley de Newton en el espacio.
La propulsión química usa un combustible y un oxidante, convirtiendo la energía almacenada en los enlaces químicos de los propulsores, para producir un empuje corto y poderoso, o lo que vemos como fuego. Es ruidoso y emocionante, pero no tan eficiente.
Un sistema de propulsión eléctrica utiliza energía recolectada por paneles solares (propulsión eléctrica solar) o un reactor nuclear (propulsión eléctrica nuclear) para generar empuje, eliminando muchas de las necesidades y limitaciones de almacenar propelentes a bordo.
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| Una simple ilustración de cómo funcionan los sistemas de propulsión eléctrica. Créditos: NASA / ATS Lisa Liuzzo. |
Luego, ese poder se convierte y se usa para ionizar, o cargar positivamente, propelentes de gas inerte como Xenon y Krypton (no, no es del planeta natal de Superman). Una combinación de campos eléctricos y magnéticos (propulsor de efecto Hall) o un campo electrostático (iones en cuadrícula) acelera los iones y los empuja fuera del propulsor que impulsa la nave espacial a tremendas velocidades con el tiempo. Y en lugar de fuego, su escape es un rastro azul verdoso brillante, como algo sacado directamente de la ciencia ficción.
Carrera de arrastre contra viaje por carretera.
Una nave espacial química es un dragster de combustible superior cuando sale de la órbita de la Tierra hacia su destino. La ráfaga inicial es bastante poderosa, pero en realidad solo puede ir en la dirección que apunta cuando pisa el acelerador. La nave espacial se dispara como una bala, pero una vez que se agota su suministro de combustible, hay poca capacidad para acelerar, reducir la velocidad o cambiar de dirección. Por lo tanto, la misión está bloqueada en ventanas de lanzamiento específicas y períodos de tiempo de salida orbital, y solo puede hacer correcciones mínimas en el camino.
Una nave espacial de propulsión eléctrica, una vez que está en el espacio, sale para un viaje a campo a través, limitado solo por la gasolina en el tanque. El empuje inicial es bastante bajo, pero puede continuar acelerándose durante meses o incluso años, y también puede desacelerar y cambiar de dirección.
La misión Dawn de la NASA es un ejemplo perfecto. Después del lanzamiento, aceleró hacia Vesta en el cinturón de asteroides. Debido a los pequeños paneles solares de la nave, le tomó más de cinco años llegar allí, pero a medida que se acercaba, la nave dio un giro de 180 grados, encendió sus propulsores para reducir la velocidad y orbitó durante un año. Cuando terminó, volvió a disparar y viajó a Ceres, donde todavía orbita hoy. Esto no sería posible con naves espaciales propulsadas químicamente.
Los sistemas como el de Dawn se utilizan ampliamente en la NASA y el sector comercial, y generalmente operan en el rango de 1 a 10 kilovatios (kW). Pero a medida que nos preparamos para utilizar la propulsión eléctrica en misiones científicas y tecnológicas más complejas y en misiones humanas por primera vez, necesitaremos más energía.
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| Una ilustración del PPE-HALO en órbita lunar. Créditos: NASA. |
¡Más poder para la gente!
El elemento de potencia y propulsión (PPE) para Gateway demostrará una avanzada propulsión eléctrica solar de alta potencia alrededor de la Luna. Es una nave espacial de clase 60kW, 50 de los cuales pueden dedicarse a la propulsión, lo que la hace aproximadamente cuatro veces más poderosa que las naves espaciales de propulsión eléctrica actuales. Hacemos esto no construyendo un gran propulsor, sino combinando varios en una cadena con paneles solares gigantes.
Este sistema avanzado permitirá que nuestra plataforma orbital respalde la exploración lunar durante 15 años dada su alta economía de combustible, y su capacidad para moverse mientras está en órbita permitirá a los exploradores aterrizar prácticamente en cualquier lugar de la superficie de la Luna.
Si bien es una pieza fundamental de nuestros planes de exploración lunar de Artemis, el PPE también ayudará a impulsar las inversiones comerciales de los EE. UU. En sistemas de propulsión eléctrica de mayor potencia, como los que podrían usarse para llegar a Marte.
Siguiente parada, Marte.
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| Ilustración de un hábitat de tránsito de Marte y un sistema de propulsión nuclear que algún día podría llevar a los astronautas a Marte. Créditos: NASA. |
No importa cómo lleguemos a la Luna y eventualmente a Marte, una cosa es segura ... el futuro de la exploración espacial es emocionante, incluso se podría decir que es electrizante.
Jimi Russell
Centro de Investigación Glenn de la NASA
Última actualización: 23 de octubre de 2020, enlace publicación.
Montaje: Kelly Sands
