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miércoles, 26 de agosto de 2015

VASIMR: El motor supersonico que pondra a la NASA en Marte.

La NASA ha alcanzado un acuerdo con la compañía privada Ad Astra Rocket, dedicada al desarrollo de su motor de magnetoplasma VASIMR, con el que será posible realizar viajes espaciales superrápidos, como una travesía a Marte en poco más de un mes.
 
El contrato de un año fue firmado el 7 de agosto y contempla dos ampliaciones de un año en función de la realización mutua del acuerdo. El documento fija unas inversiones totales de más de 9 millones de dólares, según un comunicado de prensa publicado por Ad Astra Rocket:
El Motor de Magnetoplasma de Impulso Específico Variable (VASIMR®, por sus siglas en inglés) es un nuevo tipo de propulsor espacial eléctrico, con muchas ventajas únicas. En el VASIMR®, un gas como el argón, xenón, o el hidrógeno se inyecta en un tubo rodeado por un magneto y una serie de dos antenas de ondas de radio (RF) (llamados "acopladores" en este contexto). Los acopladores trasforman el gas frío en plasma super calentado, y el campo magnético en expansión al final del cohete (la tobera magnética) convierte el movimiento térmico de las partículas del plasma en un flujo dirigido.
Principios de operación

El principal propósito del primer acoplador RF es convertir el gas en plasma por ionización, es decir, sacarle un electrón a cada átomo del gas. Esta es conocida como la sección Helicon, ya que su acoplador tiene una forma tal que puede ionizar el gas al inyectarle ondas helicoidales. Las antenas Helicon son un método común de generación de plasma. Ver la sección de lectura adicional para más información sobre las antenas Helicon.
Después de la sección de Helicon se tiene un "plasma frío", pese a que su temperatura se aproxima a la de la superficie del sol. Esta sopa compuesta de electrones y los átomos de los que fueron despojados (iones), se prepara para la aceleración en la segunda etapa. Donde había átomos de un gas neutro, ahora hay iones y electrones, eléctricamente cargados, y tales partículas con carga en movimiento interactúan con los campos magnéticos. El campo magnético puede visualizarse como líneas que atraviesan el cohete con iones en órbita alrededor de cada línea.
El segundo acoplador de RF se llama sección de calentamiento ión ciclotrón (ICH, por sus siglas en inglés). ICH es una técnica utilizada en los experimentos de fusión para calentar el plasma a temperaturas similares a la del núcleo del sol. Las ondas de radio impactan los iones y electrones a lo largo de sus órbitas alrededor de las líneas de campo, en resonancia, de forma similar a una persona que empuja otra en un columpio, resultando en un movimiento acelerado y a mayor temperatura. La sección VASIMR® ICH calienta el plasma a más de un millón de grados Kelvin, o 200 veces la temperatura de la superficie del sol.
El movimiento térmico de los iones en torno a las líneas de campo es sobre todo perpendicular a la dirección de avance del cohete, y no contribuye a la propulsión. El cohete depende de su tobera magnética para convertir el momento orbital de los iones en momentum lineal útil para la propulsión. Conforme las líneas de campo magnético se expanden, las rutas espirales de los iones en torno a sus líneas de campo se alargan, resultando en velocidades de iones del orden de 100,000 mph (50,000 m/s).
VASIMR® comparado con otros propulsores eléctricos
El VASIMR® tiene tres características importantes que lo distinguen de otros sistemas de propulsión de plasma:
VASIMR® tiene la capacidad de variar sus parámetros de escape (empuje e impulso específico) con el fin de cumplir de forma óptima con los requerimientos de la misión, lo cual se traduce en un tiempo mínimo de viaje, con la máxima carga útil entregada, para una determinada masa de combustible.
VASIMR® utiliza ondas electromagnéticas (RF) para crear y energizar el plasma dentro de su núcleo. De esta manera, VASIMR® no tiene electrodos de ningún material en contacto con el plasma caliente. Esto se traduce en una mayor fiabilidad y una vida útil más larga, y permite una densidad de potencia muy superior a los propulsores iónicos u otros diseños de cohetes de plasma de la competencia.
VASIMR® es capaz de procesar una gran cantidad de potencia, lo cual significa que puede generar entonces una mayor cantidad de empuje. Esta mayor capacidad de empuje haría el VASIMR® útil para mover grandes cargas alrededor de la órbita terrestre baja, para la transferencia de cargas de la Tierra a la Luna, y para la transferencia de cargas entre la Tierra y el sistema solar exterior. VASIMR® también es altamente escalable, lo que significa que otras versiones de mayor potencia se pueden diseñar fácilmente, haciendo una realidad las misiones tripuladas con seres humanos y que utilicen la propulsión eléctrica.
Fuentes de energía
Uno de los retos críticos en el desarrollo de VASIMR® es su suministro de energía. Un propulsor eléctrico de alta potencia requiere una gran cantidad de electricidad, y generarla en el espacio puede requerir de algunas innovaciones en ingeniería. A continuación se muestra un análisis de dos opciones.
Energía solar
Puede ser utilizada de manera eficiente para misiones del VASIMR® cercanas a la Tierra, como compensación de arrastre para estaciones espaciales, transporte de carga lunar y recarga de combustible en el espacio. Avances recientes en la tecnología solar prometen aumentos en la utilización de energía hasta en un orden de magnitud.
Un modelo de remolque lunar , que utiliza 2 motores VASIMR®, es alimentado por un panel solar.
La energía nuclear
Un reactor nuclear produce una gran cantidad de energía por unidad de masa. De todas las fuentes de energía útil en la tierra, el núcleo de un reactor tiene la mayor densidad de energía. Esta alta densidad de energía y su escalabilidad hacen que los reactores nucleares sean una fuente de potencia ideal para aplicaciones en el espacio. Una nave que utlice energía nuclear podría reducir drásticamente los tiempos de tránsito humano entre los planetas (menos de 3 meses a Marte) e impulsar misiones robóticas con una fracción muy grande de carga útil. Los tiempos de viaje y la carga útil son las principales limitaciones de los cohetes convencionales y termonucleares, debido a su impulso específico inherentemente bajo (menos de 1000 segundos). Una nave que utilice energía nuclear e impulsada por VASIMR®, convertiría en realidad las misiones rápidas y tripuladas por humanos.