Sabías que hay los motores de iones?

Sabías que hay los motores de iones?

17 abril, 2021 Desactivado Por Alejandro

Cuando se trata de propulsores iónicos o motores de iones, el ideario público salta directamente a la ciencia ficción más optimista. Son autenticos, si bien los cohetes que usamos en el presente, de combustible líquido son tecnología de 1926 de Robert Goddard, ¡patentada en 1914!

El combustible químico, incluido los que usan los cohetes de propulsión líquida y sólida, poseen el inconveniente de que deben de subir la masa del combustible. A más peso, más combustible, que a su vez añade más peso. La mayoria del cohete se repleta de combustible para poder llevar combustible. Ya es hora de cambiar.

Qué son los motores de iones y cómo funcionan

Los propulsores de iones o ion propulsion no requieren incendiar nada. El comienzo usa solo electricidad de cualquier fuente (pongamos nuclear) y gases como el xenón. El resultado de usar esta clase de motores es que podemos reducir notablemente el peso de las naves espaciales.

Una nave más liviana tendrá menos dificultades en el momento de salir de la atmósfera terrestre. Si bien el cohete requerirá la misma velocidad de escape para huir del campo gravitatorio [v=(2gR)-1], siendo R el radio terrestre y g la aceleración de la gravedad; la energía empleada debería ser mas pequeño [E=GMm/R], siendo G una constante y M la masa de la Tierra.

motor ionico next

Hay diversos tipos de motores iónicos, si bien todos funcionan bajo el siguiente patrón. La energía eléctrica generada por una fuente en el interior de la nave crea campos magnéticos con los que se ionizan pequeñas proporciones de gases. Como resultado, los iones de estos gases salen despedidos a grandes velocidades.

Varios ‘problemillas’ de los ‘ion thruster’

Agencias espaciales como la NASA o la ESA llevan decenios investigando los ion thruster o propulsores iónicos. En realidad su origen data de 1929 y su primer uso fue en 1960 en la NASA. Incluso así incluso no se ha adelantado tanto como bastantes quisieran. De instante los propulsores iónicos no generan muy empuje.

La velocidad de escape en la superficie de la Tierra es de 11.200 m/s, y con propulsores de iones se han conseguido velocidades de 29.000 m/s (con un vasto asterisco). Sucede que el tiempo de aceleración es inmenso comparado con motores de combustión sólida, y eso es un inconveniente.

Como ejemplo la vehículo espacial Dawn (NASA, 2007) llevaba tres propulsores iónicos redundantes y necesitó 15.000 horas (más de un año y ocho meses) en variar su velocidad en 43.000 m/s. Si una nave propulsada solamente por iones quisiese llegar a los 100.000 m/s (es una velocidad gran cantidad baja para el cosmos) requeriría 26 veces su masa seca en propelente como el xenón. Hoy los motores de combustible requieren menos.

motor combustible spacex

Si en combustible sólido la analogía clásica es ir montado sobre explosivos en combustión, en motores iónicos sería cabalgar sobre una lámpara muy, muy, muy poderosa. Pero no tan poderosa (incluso) como para aguantar tanto peso. Los motores iónicos suelen usarse para realizar que los satélites se mantengan en ciertas órbitas, y ya.

asimismo de alcanzar velocidades muy bajas, esta clase de motor tiene el inconveniente añadido de que los iones de escape tienden a destrozar la rejilla que los acelera. Esto reduce notablemente la duración de estos motores, con excepciones como la de la sonda Hayabusa (Japón, 2003), con cierta resistencia a la erosión.

Las grandes ventajas de los motores iónicos

Por contra,  los motores iónicos parecen perfectos para viajes no tripulados entre órbitas planetarias. Sí, su potencia es exageradamente baja y todo se demora notablemente con esta clase de motores, pero las sondas espaciales no poseen desmesurada prisa. Quizá tampoco las muestras a analizar.

Cuando las misiones espaciales se dilatan decenios, que una roca de Titán llegue 10 años más tarde tampoco parece un precio muy alto a pagar si con ello logramos una misión más asequible. Y es que los motores iónicos pueden ser más baratos debido al bajo peso.

Incluso así, recientes ensayos con propulsores iónicos están dando muy buenos resultados y en unas decenios podríamos plegar su potencia prescindiendo de un poco de su eficiencia, como sucede con el X3. observemos varios sucesos de éxito internacional.

GOCE, el satélite de la ESA

GOCE estacion esa motor ionico

En 2009 la ESA lanzaba GOCE (Explorador de la Circulación Oceánica y de Gravedad, por sus iniciales en inglés). Medía cinco metros de lado y usaba dos propulsores iónicos para maniobrar. Tras el agotamiento del tanque de xenón se destruyó en la atmósfera alta en 2013.

El motor X3 de la NASA

En 2017 la NASA anunciaba las primeras evidencias del motor iónico X3. Por lo menos en laboratorio la conducta era inverosimil. Si la generación anterior de estos motores solo rozaba los 3,3 N (newtons) de empuje, esta llegaba a los 5,4 N. El X3 forma porción de la generación NEXT (NASA Evolutionary Xenon Thruster) y podríamos estar a escasas decenios de usarlos en viajes a Marte.

NASA’s Deep Space 1

motor ionico deep space 1 nasa

¿Y qué hay de los viajes interplanetarios?”, podríamos cuestionarnos. En 1999 la sonda Deep Space 1 probó por vez primera la propulsión iónica NSTAR en su aproximación a un cometa (el 19P/Borrelly). Fue un éxito rotundo y demostró la eficiencia de la tecnología iónica, si bien el xenón duró poco.

De instante hay dos grandes barreras con los motores iónicos en su empleo para viajes espaciales no tripulados, y son la necesidad de xenón u otro gas al igual que el deterioro de la rejilla de aceleración. Para viajes tripulados habrán de incrementar mucho más su empuje si queremos que el viaje resulte rentable. Escasas misiones serán más caras que aquellas que envíen cosmonautas al cosmos.