Propulsor por plasma como nueva opción para la exploración del espacio profundo
por Christopher Plain
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| Crédito: eurekalert.org |
Los investigadores han desarrollado un nuevo diseño de propulsor de plasma que, según dicen, puede abrir la puerta a misiones de mayor alcance dentro de nuestro sistema solar, así como en el espacio profundo. El nuevo diseño mejora los modelos anteriores al aumentar el empuje y la eficiencia, al mismo tiempo que reduce los "eructos" en la corriente de plasma que ha afectado a los propulsores anteriores basados en el efecto Hall desde sus inicios.
Antecedentes: los propulsores de plasma enfrentan actualmente limitaciones
Los satélites, los humanos y los rovers todavía se lanzan al espacio utilizando propulsores químicos. Desafortunadamente, este tipo de propulsión tiene sus límites, especialmente para misiones más allá de la Luna o Marte. Se han propuesto métodos novedosos como velas solares, imanes de plasma e incluso motores warp para ayudar a la humanidad a explorar el cosmos, pero la mayoría siguen siendo de naturaleza teórica.
La propulsión por plasma es una alternativa cada vez más viable y ya se ha utilizado en misiones de demostración. El tipo más común es el propulsor de efecto Hall, que utiliza el poder del plasma para impulsar satélites y misiones robóticas a lugares con los que los cohetes químicos solo pueden soñar. Desafortunadamente, estos sistemas de propulsión también tienen sus defectos, que hasta ahora han limitado su aplicación más amplia.
Ahora, un equipo del Laboratorio de Física del Plasma de Princeton (PPPL) del Departamento de Energía (DOE) ha abordado esos problemas de frente, ofreciendo a los planificadores de misiones una nueva herramienta para explorar más allá del vecindario local de nuestro sistema solar.
Análisis: el nuevo diseño resuelve antiguos problemas
Según el comunicado de prensa que anuncia el nuevo diseño del propulsor, su modelo "elimina las paredes alrededor del propulsor de plasma para crear configuraciones de propulsor innovadoras".
Esta innovación, explica el comunicado, ayuda a “reducir la erosión del canal causada por las interacciones de la pared de plasma que limitan la vida útil del propulsor, un problema clave para los propulsores Hall anulares o en forma de anillo convencionales y especialmente para los propulsores miniaturizados de baja potencia para aplicaciones en pequeños satélites".
Desafortunadamente, la eliminación de las paredes en un propulsor de plasma también hace que la pluma de empuje se extienda, reduciendo su eficiencia.
“En resumen, los propulsores Hall sin paredes, aunque prometedores, tienen un penacho desenfocado debido a la falta de paredes de canal”, dijo Jacob Simmonds, estudiante graduado del Departamento de Ingeniería Mecánica y Aeroespacial de la Universidad de Princeton. "Entonces, necesitábamos encontrar una manera de enfocar la pluma para aumentar el empuje y la eficiencia y convertirla en un mejor propulsor general para las naves espaciales".
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| Crédito: thedebrief.org |
Con los resultados publicados en la revista Applied Physics Letters, el equipo logró este objetivo al agregar otra actualización de diseño, un diodo eléctrico segmentado. Sorprendentemente, además de resolver por completo el problema del enfoque de la pluma, su nuevo diseño resolvió otro problema conocido como oscilaciones respiratorias, o más simplemente, "hipo", que ha perseguido a los propulsores Hall anteriores.
"Esta innovación no solo reduce la divergencia y ayuda a intensificar el empuje del cohete", dijo el físico de PPPL Yevgeny Raitses en el mismo comunicado, "sino que también suprime los contratiempos de los plasmas propulsores Hall de tamaño pequeño que interrumpen el suministro fluido de energía".
Perspectivas: propulsores de plasma para Cube Sats y exploración del espacio profundo
Los investigadores detrás del nuevo diseño señalan que la física real que rige sus mejoras aún necesita más investigación para comprenderse por completo. Pero los beneficios de una menor erosión, un mayor empuje, una mayor eficiencia y la eliminación del hipo son reales y medibles.
En el futuro, el equipo dice que su diseño puede ser particularmente útil en dos áreas. El primero son los satélites cúbicos diminutos, o satélites cúbicos, que han sufrido más contratiempos que los sistemas más grandes. El segundo son las misiones en el espacio profundo, donde un sistema hipereficiente como este puede ayudar a impulsar a la humanidad más profundamente en el cosmos.
“En los últimos dos años hemos publicado tres artículos sobre la nueva física de los propulsores de plasma que llevaron al propulsor dinámico descrito en este”, dijo Raitses. "Describe un efecto novedoso que promete nuevos desarrollos en este campo".
Bussard Ramjet interestelar se somete a un nuevo análisis
por Christopher Plain
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| Crédito: thedebrief.org |
El concepto de propulsión avanzado conocido como Bussard Ramjet se ha sometido a un nuevo análisis para determinar su viabilidad. Y según el equipo detrás de la segunda mirada, el concepto es sólido. Pero, añaden, las dimensiones físicas del innovador impulso interestelar pueden convertirlo en una hazaña imposible de ingeniería.
Antecedentes: Bussard Ramjet y el problema de la distancia interestelar
El espacio es increíblemente vasto, con distancias entre sistemas estelares medidas en años luz. Como tal, las esperanzas de los humanos que viajan por el cosmos se han encontrado con la cruda realidad de la propulsión, el tiempo y la distancia. En la década de 1960, Robert Bussard propuso un tipo de estatorreactor que podría recolectar el átomo de hidrógeno ocasional que cuelga en el espacio interestelar y usarlo para la propulsión nuclear. La idea era particularmente atractiva ya que no necesitaba traer combustible, sino que recogía combustible en el camino.
Ahora, un grupo de investigadores ha revisado el Bussard Ramjet para ver si este tipo de sistema de propulsión nuclear podría realmente llevar humanos al cosmos.
Análisis: el concepto principal es sólido pero la ingeniería es probablemente imposible
“Desde (el artículo de Bussard de 1960), la idea no solo ha entusiasmado a los fanáticos de la ciencia ficción”, dice el profesor Peter Schattschneider, uno de los coautores del estudio en un comunicado de prensa que anuncia su análisis, “sino que también ha generado un gran interés en la comunidad astronáutica técnica y científica".
"En el espacio interestelar hay gas muy diluido, principalmente hidrógeno, alrededor de un átomo por centímetro cúbico", explica Schattschneider. "Si recolectaras el hidrógeno frente a la nave espacial, como en un embudo magnético, con la ayuda de enormes campos magnéticos, podrías usarlo para hacer funcionar un reactor de fusión y acelerar la nave espacial".
Para realizar su análisis de este concepto altamente teórico, Schattschneider y su colega investigador Albert Jackson utilizaron un software desarrollado por la Universidad Técnica de Viena para calcular campos electromagnéticos en microscopía electrónica.
Y como señala el comunicado de prensa, “los físicos pudieron usarlo para demostrar que el principio básico de atrapamiento de partículas magnéticas realmente funciona. Las partículas pueden recogerse en el campo magnético propuesto y guiarse a un reactor de fusión".
"De esta manera, se puede lograr una aceleración considerable, hasta velocidades relativistas", agrega el comunicado.
Desafortunadamente, cuando esos investigadores trataron de calcular el tamaño real del embudo magnético necesario para hacer funcionar la unidad, el concepto comenzó a desmoronarse.
Específicamente, determinaron que para lograr un empuje de 10 millones de newtons, que es aproximadamente el doble de la propulsión principal del transbordador espacial retirado de la NASA, el embudo magnético que recolecta los átomos de hidrógeno interestelar necesitaría un diámetro de casi 4.000 kilómetros.
Una civilización que sea lo suficientemente avanzada técnicamente podría sacar provecho de la gigantesca hazaña, admiten los investigadores. Sin embargo, también encontraron que la longitud de ese embudo tendría que estar en algún lugar cercano a los 150 kilómetros de longitud. A modo de comparación, esa es aproximadamente la misma distancia que la Tierra al Sol.
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| Crédito: thomasbwalden |
Perspectivas: parece que necesitarán un disco espacial más pequeño
Con los resultados publicados en la revista Acta Astronautica, los investigadores determinaron que un impulsor espacial de 150 kilómetros de largo es casi imposible de considerar, y mucho menos de construir. Dicho de manera más simple, como lo hizo el par de investigadores que realizaron el análisis en el mismo comunicado de prensa, "ahora es evidente que el propulsor de estatorreactor, aunque es una idea interesante, seguirá siendo simplemente parte de la ciencia ficción".
El dúo de investigadores también señala que esto no descarta completamente los viajes interestelares, sino simplemente el Bussard Ramjet. "Si queremos visitar a nuestros vecinos cósmicos algún día", dicen, "tendremos que pensar en otra cosa".
Afortunadamente para los lectores de Debrief, los conceptos avanzados de propulsión se tratan con regularidad. Entonces, incluso si esta unidad espacial en particular es imposible, algún otro concepto revolucionario puede convertirse en realidad algún día, incluidos diseños exóticos que incluso pueden enviar humanos a las estrellas.
Modificado por orbitaceromendoza
Perdón por el idioma ser un poco difícil pero acá estoy en Brasil. Escucha, para lograr una viage interplanetaria, considerando el tamaño de la espacionave, habría riesgo de tener una pane seca y derivarse en espacio? Pero debería haber una fuente auxiliar como energía solar aunque se navegación hacia en el sistema solar.
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