Una tecnología que podría impulsar misiones tripuladas a Marte y naves espaciales robóticas por todo el sistema solar fue puesta a prueba recientemente en el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la Nasa en el sur de California. El 24 de febrero, por primera vez en años y con niveles de potencia que superan cualquier prueba anterior en EEUU, un equipo encendió un propulsor electromagnético que funciona con vapor de litio metálico.
Este prototipo alcanzó niveles de potencia superiores a los de los propulsores eléctricos de mayor potencia de cualquiera de las naves espaciales actuales de la agencia. Los valiosos datos obtenidos del primer encendido de este propulsor servirán de base para una próxima serie de pruebas.
“En la Nasa trabajamos en muchos proyectos a la vez y no hemos perdido de vista Marte. El buen desempeño de nuestro propulsor en esta prueba demuestra un progreso real hacia el envío de un astronauta estadounidense al Planeta Rojo”, declaró el administrador de la Nasa, Jared Isaacman. “Esta es la primera vez en EEUU que un sistema de propulsión eléctrica opera a niveles de potencia tan altos, alcanzando hasta 120 kilovatios. Continuaremos realizando inversiones estratégicas que impulsarán ese próximo gran salto”.
Durante cinco encendidos, el electrodo de tungsteno en el centro del propulsor brilló con una luz blanca intensa, alcanzando más de 5.000 grados Fahrenheit (2.800 grados Celsius). El trabajo se llevó a cabo en el Laboratorio de Propulsión Eléctrica del JPL, sede de la instalación de vacío para propulsores metálicos condensables, un recurso nacional único para probar de forma segura propulsores eléctricos que utilizan propulsores de vapor metálico a niveles de potencia de hasta megavatios.
Encendido
La propulsión eléctrica utiliza hasta un 90% menos de propelente que los cohetes químicos tradicionales de alto empuje. Los propulsores eléctricos actuales, como los que impulsan la misión Psyche de la Nasa, utilizan energía solar para acelerar los propelentes, produciendo un empuje bajo y continuo que alcanza altas velocidades con el tiempo. El JPL de la Nasa está probando un propulsor magnetoplasmodinámico (MPD) alimentado con litio, una tecnología que se ha investigado desde la década de 1960 pero que nunca se ha probado operativamente. El motor MPD se diferencia de los propulsores existentes al utilizar altas corrientes que interactúan con un campo magnético para acelerar electromagnéticamente el plasma de litio.
Durante la prueba, el equipo alcanzó niveles de potencia de hasta 120 kilovatios. Esto representa más de 25 veces la potencia de los propulsores de Psyche, que actualmente cuenta con los propulsores eléctricos de mayor potencia de cualquier nave espacial de la Nasa. En el vacío del espacio, la fuerza suave pero constante que proporcionan los propulsores de Psyche acelera la nave espacial hasta alcanzar las 124.000 millas por hora.
“El diseño y la construcción de estos propulsores durante los últimos dos años han supuesto un largo proceso previo a esta primera prueba”, declaró James Polk, científico investigador sénior del JPL. “Es un momento crucial para nosotros, ya que no solo demostramos que el propulsor funciona, sino que también alcanzamos los niveles de potencia previstos. Y sabemos que contamos con una buena plataforma de pruebas para empezar a abordar los retos que plantea la ampliación de escala”.
Pasarse a la electricidad
Para observar la prueba, Polk miró a través de una pequeña abertura hacia la cámara de vacío refrigerada por agua de 8 metros de largo. En su interior, el propulsor cobró vida, su electrodo exterior en forma de boquilla brillaba incandescentemente mientras emitía una intensa columna de humo rojo. Polk ha investigado los propulsores MPD alimentados con litio durante décadas, habiendo trabajado en la misión Dawn de la Nasa y en Deep Space 1 de la misma agencia, la primera demostración de propulsión eléctrica más allá de la órbita terrestre.
El equipo aspira a alcanzar niveles de potencia de entre 500 kilovatios y un megavatio por propulsor en los próximos años. Dado que el hardware opera a temperaturas tan elevadas, demostrar que los componentes pueden soportar el calor durante muchas horas de pruebas será un desafío clave. Una misión tripulada a Marte podría requerir entre dos y cuatro megavatios de potencia, lo que exigiría múltiples propulsores MPD, que tendrían que funcionar durante más de 23.000 horas.
Los propulsores MPD alimentados con litio tienen el potencial de operar a altos niveles de potencia, utilizar el propelente de manera eficiente y proporcionar un empuje significativamente mayor que los propulsores eléctricos que se utilizan actualmente. Completamente desarrollados y combinados con una fuente de energía nuclear, podrían reducir la masa de lanzamiento y soportar las cargas útiles necesarias para las misiones tripuladas a Marte.
El trabajo en el propulsor MPD, en desarrollo durante los últimos dos años y medio, está liderado por el JPL en colaboración con la Universidad de Princeton en Nueva Jersey y el Centro de Investigación Glenn de la Nasa en Cleveland. Está financiado por el proyecto de Propulsión Nuclear Espacial de la NASA, que en 2020 comenzó a respaldar un programa de propulsión eléctrica nuclear de clase megavatio para misiones tripuladas a Marte, centrándose en cinco elementos tecnológicos críticos, entre los que se encuentra el subsistema de propulsión eléctrica. El proyecto, con sede en el Centro de Vuelos Espaciales Marshall de la agencia en Huntsville, Alabama, forma parte de la Dirección de Misiones de Tecnología Espacial de la Nasa.
