Científicos franceses del Centro Nacional de Investigación Científica (CNRS) están trabajando en un motor de plasma que podría llevar seres humanos a Marte sin necesidad de repostar.Se trata de una evolución del motor conocido como propulsores 'Hall' que ya utiliza la NASA para mantener a satélites y sondas espaciales en órbita. Los investigadores han adaptado los propulsores de cohetes eléctricos para que tengan el potencial suficiente como para alimentar todo un viaje.
Estos propulsores son motores de cohetes eléctricos que utilizan un flujo de 45.000 mph de plasma para empujar la nave espacial hacia adelante. Debido a que consumen 100 millones de veces menos combustible que los cohetes químicos convencionales, son ideales para explorar Marte, asteroides y el borde del sistema solar.
Los expertos señalan, además, que al ahorrar combustible no son necesarias cargas de fuel para el aparato, lo que supondría mayor espacio libre en el interior. De este modo, se podría cargar la misión con una gran cantidad de carga de apoyo para los astronautas.
Pero, según el trabajo, que ha sido publicado en 'Applied Physics Letters', existe un problema en el que aún hay que trabajar: la vida actual de este tipo de propulsores es de alrededor de 10.000 horas de funcionamiento, un tiempo demasiado corto para la mayoría de las exploraciones espaciales, que requieren, al menos, 50.000 horas de vida.
ALARGAR LA VIDA DEL MOTOR
Para prolongar la vida útil de los propulsores 'Hall', el equipo del CNRS está trabajando en algo conocido como propulsores 'sin paredes'.
Los expertos explican que los 'Hall' convencionales funcionan mediante la creación de una descarga de plasma de baja presión en unos campos magnéticos y eléctricos. Utilizan un cátodo hueco situado en el perímetro de la corriente que provoca la hélice del motor para generar electrones. El ánodo --o canal-- del propulsor se carga positivamente por la fuente de alimentación del propulsor, mientras que los electrones son atraídos por las paredes del canal y aceleran en la dirección contraria a la corriente.
A medida que los electrones se mueven hacia el canal, vienen a través de un campo magnético generado por electroimanes de gran alcance de la hélice del motor. El campo magnético de alta resistencia atrapa los electrones, haciendo que se forme un anillo circular en el extremo de la corriente bajo la hélice.
El propelente, por lo general un gas inerte, similar al xenón o criptón, se inyecta en el canal de la hélice. Cuando se generan los iones propulsantes, éstos experimentan el campo eléctrico producido entre el canal (positivo) y el anillo de electrones (negativo) y aceleran la creación de un haz de iones. El empuje se genera a partir de la fuerza que los iones imparten a la nube de electrones.
Esta fuerza se transfiere al campo magnético, que, a su vez, se transmite al circuito magnético del propulsor. "El principal inconveniente de los 'Hall' es que los materiales de la pared del canal de descarga determinan en gran medida las propiedades de descarga, y, en consecuencia, el nivel de rendimiento y el tiempo de funcionamiento", ha explicado uno de los autores, Julien Vaudolon.
El científicos ha indicado que los materiales de la pared juegan "un papel principal en las propiedades del plasma a través de la emisión de electrones secundarios".
Este es un fenómeno donde los iones de alta energía golpean la superficie de la pared de canal e inducen la emisión de electrones secundarios. Además de esto, la erosión de las paredes de la cavidad de descarga debido al bombardeo de iones de alta energía acorta la vida de la hélice.
LAS VENTAJAS DEL NUEVO MOTOR
Sin embargo, en los propulsores 'sin paredes' se pueden superar estos problemas. Según apunta el CNRS, el año pasado, el equipo desarrolló una pequeña escala, prototipo de propulsor 'sin paredes' en base al clásico 'Hall'.
"El nuevo propulsor permitió a los científicos observar regiones del plasma previamente escondidas detrás de las paredes del canal", ha señalado Vaudolon.
En su primer intento, el rendimiento de la hélice de pequeña escala fue bajo, debido a las líneas de campo magnético que cruzan el eje de la hélice. Posteriormente, el equipo mejoró el prototipo mediante la rotación de la barrera magnética en 90 grados, de modo que inyecta las líneas de campo magnético en paralelo con el eje.
"A pesar de décadas de investigación, la física de los propulsores 'Hall' está todavía lejos de ser entendida y los métodos de caracterización de dispositivos todavía se basan en ensayos y pruebas, lo que lleva a costosos esfuerzos", ha declarado el autor.
A su juicio, "la mayor dificultad en el desarrollo de simulaciones predictivas se encuentra en el modelado de la interacción entre el plasma y la pared. "El diseño de los propulsores 'sin pared' sería una solución eficaz, que podría hacer futuras simulaciones predictivas factibles y fiables", ha concluido.
