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11 enero 2006.
La agencia espacial europea y la universidad nacional de Australia han probado con éxito un nuevo diseño de motor de iones para naves espaciales que mejora drásticamente el desempeño sobre los impulsores actuales y marca un gran paso hacia

Impulsor DS4G - Crédito: ESA.- Pulsa aquí para agrandar.

Los motores de iones son una forma de propulsión eléctrica y trabajan mediante la aceleración de un rayo cargado de partículas positivas (o iones) que se aleja de la nave utilizando un campo eléctrico. La ESA está usando actualmente la propulsión eléctrica en su misión de la Luna, SMART –1. El nuevo motor es más de diez veces más eficiente en combustible, que el utilizado en la SMART –1. “Utilizando una carga similar de propulsor a la del SMART –1, con la aplicación exacta de energía, una futura nave espacial que usase nuestro nuevo diseño de motor, no solo alcanzaría la Luna, si no que sería de capaz de salir totalmente del propio sistema solar”, dice el Dr. Roger Walker del equipo de conceptos avanzados de la ESA, investigador en propulsión avanzada y director técnico del proyecto.

El Nuevo motor experimental, denominado impulsor de iones de rejilla-4 de doble etapa (definido como DS4G por sus iniciales en inglés), fue diseñado y construido bajo un contrato con la ESA en el tiempo, extremadamente corto de cuatro meses por un equipo avocado a ello de la universidad nacional australiana. “El éxito del prototipo del DS4G muestra lo que puede lograrse con la pasión y las capacidades de un equipo dedicado y capacitado. Fue una experiencia fabulosa trabajar con la ESA para transformar una idea elegante en una realidad en tiempo record”, dice el Dr. Orson Sutherland, diseñador del motor y cabeza del equipo de desarrollo en la ANU. Durante noviembre del 2005, el motor DS4G se probó por vez primera en el laboratorio de propulsión eléctrica de la ESA en ESTEC en Holanda, con el apoyo del Dr. Sutherland y de los ingenieros de pruebas de la ESA.

Impulsor DS4G – Pruebas de encendido en la cámara al vacío. Crédito: ESA. Pulsa aquí para agrandar.

Los motores iónicos tradicionales usan tres rejillas perforadas cercanas separadas, que contienen miles de agujeros milimétricos fijas a una cámara que contiene una reserva de las partículas cargadas. La primera rejilla recibe una aplicación de miles de voltios y la segunda rejilla funciona a bajo voltaje. La diferencia en voltaje en el hueco entre las dos rejillas, crea un campo eléctrico que actúa para extraer y acelerar simultáneamente los iones hacia fuera de la cámara y hacia el espacio en un solo paso. Entre mayor sea la diferencia en voltaje, más rápidamente se expelen los iones y mayor la eficiencia de combustible del impulsor. Sin embargo, en diferencias mayores de voltaje acercándose a los cinco mil voltios (5kV), algunos de los iones colisionan con la segunda rejilla a medida que son acelerados, erosionando y dañando la rejilla y por lo mismo limitando su tiempo de vida en el espacio.

El motor de iones DS4G utiliza un concepto diferente propuesto inicialmente en el año 2001 por David Fearn, un pionero de la propulsión iónica en el Reino Unido, que resuelve esta limitación llevando a cabo un proceso de doble fase para desacoplar la extracción y aceleración de los iones usando cuatro rejillas. En la primera etapa, los dos primeras rejillas esta ligeramente separadas y ambas están operadas a muy alto voltaje con una diferencia de bajo voltaje entre las dos (3 kV), que permite que los iones sean extraídos con seguridad de la cámara sin golpear a las rejillas. Después, en la segunda fase, dos rejillas adicionales se colocan a una distancia mucho mayor de la salida del flujo y funcionan a bajos voltajes. La diferencia del alto voltaje entre los dos pares de rejillas acelera poderosamente a los iones extraídos.

El modelo de prueba alcanzó diferencias hasta de 30kV y formó un penacho de escape de iones que viajó a 210 000 m /s, que es más de cuatro veces más rápido que lo obtenido con las últimas novedades desarrolladas hasta hoy día. Esto lo convierte en cuatro veces más eficiente en uso de combustible y también permite un diseño del motor que es mucho más compacto que los actuales impulsores, permitiendo que el diseño se haga a escala del tamaño para operar a mayor potencia y empuje. Debido a la gran aceleración, el chorro de escape de iones fue muy Delgado, teniendo una divergencia de solo 3 grados, la cual es 5 veces más estrecha que los sistemas actuales. Esto reduce el combustible necesario para corregir la orientación de la nave espacial cuando hay ciertas correcciones que realizar para la dirección de empuje.

Pruebas de encendido del DS4G durante las pruebas en las instalaciones de ESTEC Electric Propulsion (cámara de vacío CORONA) - Crédito: ESA

Por supuesto que aún existe una gran cantidad de trabajo por delante antes de que el Nuevo motor pueda volar en el espacio. “Trabajar con nuestros socios industriales, el siguiente reto es convertir el diseño de este prometedor motor de pruebas de laboratorio en un modelo para vuelo en una nave espacial y definir apropiadamente las nuevas misiones que le permitirá realizar”, dice José González del Amo, jefe de la propulsión eléctrica en la ESA. Los motores adecuados para vuelo deberán ser probados: y para los motores de iones, esto es un proceso largo.

Ya que deben de operar de forma continua en el espacio por decenas de miles de horas, proveyendo un pequeño impulso, deben realizarse pruebas en tierra en al vacío que deberán durar varios miles de horas para demostrar su funcionamiento. Solamente después de que se realice esto, podrán lanzarse los primeros modelos de vuelo.

Cuando estén listos, estos motores serán capaces de impulsar a naves espaciales a los planetas más lejanos, a los recientemente descubiertos planetoides más allá de Plutón y aún más lejos, hacia el reino de lo desconocido del espacio interestelar más allá del sistema solar. Más cerca de casa, estos motores iónicos súper cargados podrían figurar prominentemente en la exploración humana del espacio. Con un soporte de energía eléctrica apropiado, un pequeño cúmulo o más grande, las versiones de mayor potencia del Nuevo motor podrían aportar suficiente empuje para propulsar a una nave tripulada a Marte y de regreso.

“Este es un motor ultra-iónico. Ha excedido a los actuales por mucho y abre una nueva frontera a las posibilidades de la exploración”, dice el Dr. Walker.

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Artículo de - ESA News -
Aportación de Liberto