Idean una nave espacial de fusión nuclear que acorta el viaje a Marte a un mes

Idean una nave espacial de fusión nuclear que acorta el viaje a Marte a un mes

17 marzo, 2021 Desactivado Por Alejandro

 Foto: Concepto de la nave con motor de fusión nuclear. (ITER)Foto: Concepto de la nave con motor de fusión nuclear. (ITER)

Concepto de la nave con motor de fusión nuclear. (ITER)

Acaban de anunciar un reciente concepto de motor de fusión que usa los mismos principios que las erupciones solares para propulsar naves espaciales 10 veces más veloz que los motores actuales. Si tiene éxito, permitirá la exploración y colonización de todo el sistema solar en tiempo récord, convirtiendo a la sociedad en una especie interplanetaria.

Esto sería prácticamente imposible con los procedimientos de propulsión actuales. Viajar a Marte puede tomar de siete a cinco meses, dependiendo de lo en las proximidades que estemos del mundo rojo. Es un viaje muy largo. Más allá, es humanamente imposible.

Foto: Las baterías de un coche eléctrico de General Motors. (GM)

Omar Kardoudi

Con este reciente motor, el tiempo se podría reducir a un mes, abriendo la probabilidad de que entes humanos viajaran a las lunas de Jupiter y Saturno sin contratiempos.

El motor de fusión ideado por la Dra. Fátima Ebrahimi —una científica iraní que en 1993 se licenció en Física en la Universidad de Teherán anteriormente de emigrar a Estados Unidos para doctorarse en Física de Plasma en la Universidad de Wisconsin-Madison— utiliza el comienzo de reconexión magnética.

  La Dra. Ebrahimi, del Princeton Plasma Physics Laboratory. (PPPL)

La Dra. Ebrahimi, del Princeton Plasma Physics Laboratory. (PPPL)

Este es un fenómeno que sucede por todo el cosmos: en la superficie de los astros, líneas de fuertes campos magnéticos convergen para separarse de repente y unirse de reciente, causando lenguas de plasma que se disparan a velocidades de 20 a 2.000 kilómetros por segundo.

igualmente ocurre en los tokamaks, un tipo de reactor que usa fuertes campos magnéticos para contener la reacción de fusión que alimenta a los astros.

La génesis del “Ebrahimi Drive”

Ebrahimi —que acaba de publicar su trabajo en el periódico investigador ‘Journal of Plasma Physics‘— cuenta que arribó a “esta idea en 2017 mientras meditaba sobre las semejanzas entre el tubo de escape de un coche y las partículas de alta velocidad creadas en el National Spheric Torus Experiment” (NSTX) del laboratorio de Física de Plasma de la Universidad de Princeton en el que trabaja.

Estos reactores son una de las grandes esperanzas de la sociedad para obtener energía limpia e infinita a partir de deuterio y tritio, dos isótopos del hidrógeno. Por actualmente, aun no hemos conseguido producir más energía que la que necesitamos para fusionar los isótopos y contener la reacción. Se supone que el experimento europeo ITER pudiera ser el primero en crear más energía de la que se gasta. Estados Unidos además está en la carrera con sus propios tokamaks.

La clave del motor de fusión sugerido por Ebrahimi es que no precisa contener la reacción, sino utilizarla para la propulsión. El motor se podría fabricar con tecnología que existe y sin la necesidad de poner las 23.000 toneladas de un tokamak en el cosmos.

  Experimento de plasma de Princeton. (PPPL)

Experimento de plasma de Princeton. (PPPL)

Según Ebrahimi, “durante su operación, [el NSTX] produce burbujas magnéticas llamadas plasmoides que se desplazan a en torno de 20 kilómetros por segundo”. Teóricamente, la velocidad típica de un motor de esta clase estaría en 150 a 350 kilómetros por segundo, inclusive más. Una velocidad que hará factible misiones interplanetarias tripuladas con garantías de éxito, reduciendo de forma radical las necesidades logísticas de los viajes y la exposición de los cosmonautas a la letal radiación cósmica.

La científica iraní no es la primera en proponer motores que usan plasma para la propulsión, pero su versión es radicalmente distinto a las actuales. Hay motores de plasma que usan campos eléctricos para expulsar los iones de plasma, que pueden usar distintas combustibles, desde gases como el argón hasta la orina de los cosmonautas. igualmente hay motores de iones, como el que la NASA va a utilizar en su sonda Deep Space I, que además usan campos eléctricos para incrementar la velocidad y expulsar electrones de gases pesados como el xenón.

Aceleración y velocidad

Estas dos tecnologías son ideales para satélites o pequeñas sondas interplanetarias. Su empuje es el similar al peso de una hoja de papel, pero la velocidad producto del impulso acumulado sería exageradamente grande mas tarde de mucho tiempo. Como ejemplo, un motor de iones puede incrementar la velocidad la masa de un coche a 100 kilómetros por hora en dos días. Pero, si le das unos años, una nave espacial con un ‘ion thruster’ podría incrementar la velocidad hasta los 90 kilómetros por segundo.

Desgraciadamente, no son tecnologías prácticas para misiones tripuladas. Para viajar de forma práctica a Marte y diferentes planetas más allá del cinturón de asteroides, hay que poder incrementar la velocidad velozmente y seguir incrementando la velocidad de forma constante anteriormente de tener que hacer la maniobra inversa para disminuir la velocidad y entrar en órbita planetaria.

  Los motores químicos como los del Starship no pueden llevarnos más allá de Marte. (SpaceX)

Los motores químicos como los del Starship no pueden llevarnos más allá de Marte. (SpaceX)

Esto tampoco es factible con cohetes químicos, que pueden incrementar la velocidad una gran masa velozmente, pero durante un lapso muy corto de tiempo debido a que el combustible se acaba velozmente, lo que al final limita la velocidad punta. Según Ebrahimi, “los viajes de larga separación toman meses o años debido a que el impulso determinado de los cohetes químicos es muy bajo […], pero si hacemos motores basados en la reconexión magnética, por lo tanto podremos completar misiones de larga separación en un lapso de tiempo más corto”.

Hay otro motor de fusión en desarrollo denominado Direct Fusion Drive. Este motor no utilizaría deuterio y tritio como los tokamaks actuales, sino deuterio y helio-3. No solamente estos elementos son estables, sino que además son abundantes (el tritio es extraño en la Tierra y además es radioactivo).

Según sus promotores —que además han salido del mismo laboratorio de Princeton—, el DFD no produciría neutrones altamente nocivos para los cosmonautas, sino que la reacción sería aneutrónica y por tanto no necesitaria de blindajes antiradiación. Si bien manifiestan que tendrán un prototipo para 2028, es complicado de predecir si lo van a lograr o no. Según el ITER, para poder fusionar los núcleos de deuterio y helio-3, necesitas niveles de energía “10 veces más altos que los de un sistema de fusión D-T”.

Clave para la expansión interplanetaria

La propuesta de Ebrahimi, en cambio, no tiene ni ese hándicap ni el inconveniente con la radiación. Su motor de campos magnéticos podría utilizar átomos pesados o ligeros. Según la científica, “si bien diferentes impulsores requieren de gas pesado, como el xenón, en este concepto puedes utilizar cualquier tipo de gas”.

Las simulaciones realizadas en el laboratorio de física de plasma en Princeton y el centro de computación del departamento de energía norteamericano en el Lawrence Berkeley National Laboratory parecen concluyentes. El motor de fusión de Ebrahimi, que utiliza tanto la eyección de plasma como los plasmoides, alcanzaría velocidades de más de 300 kilómetros por segundo, 10 veces más veloz que cualquier sistema de impulso por plasma.

  El motor de iones de la NASA no sirve para misiones tripuladas en el sistema solar. (NASA/JPL)

El motor de iones de la NASA no sirve para misiones tripuladas en el sistema solar. (NASA/JPL)

Actualmente, como ella apunta, solo hace falta edificar el prototipo que demuestre que el motor funciona como predicen las simulaciones.

No tendrá inconveniente en conseguir subvención. Todas las agencias espaciales del planeta están en una carrera para conseguir un propulsor alternativo que pueda llevar a sus naves a cualquier mundo. China ya ha mencionado que tendrá una flota de naves nucleares para 2040. Tanto Estados Unidos como Rusia han puesto recursos en estas nuevas maneras de propulsión. Los europeos además estamos trabajando en un motor espacial de fusión abierto.

Todos conocen que, sin acortar el tiempo de viaje —y por tanto rebajar la cantidad de comida, agua y, aun más crítico aun, la exposición a la radiación solar y cósmica o los daños psicológicos— jamás podremos convertirnos en una especie interplanetaria. Y quien domine esa nueva manera de propulsión será quien lidere los próximos 10.000 años de civilización.