11 jul 2020

Anar al contingut

MISSIONS ESPACIALS

Un motor iònic per anar a Mart

Un propulsor experimental desenvolupat per la NASA aconsegueix un rècord de potència i empenta

Sistemes d'aquest tipus evitaran haver de carregar des de la Terra una gran quantitat de combustible

Antonio Madridejos

Un motor iònic per anar a Mart

Davant els tradicionals combustibles químics, els motors iònics ja han demostrat les seves possibilitats com a mètode de propulsió en naus espacials com la nord-americana 'Down', que està als voltants del planeta nan Ceres, o l'europea 'Smart', que va impactar a la Lluna fa 11 anys. Ara, no obstant, la NASA prepara un salt de qualitat amb un nou prototip que podria servir de base per a futures missions tripulades a Mart. Es diu X3.

Els motors iònics, els primers conceptes dels quals ja tenen cinc dècades, són elèctrics i poden obtenir l'energia primària del Sol mitjançant panells fotovoltaics, per exemple, cosa que, entre altres avantatges, significa no haver de transportar grans dipòsits de combustible des de la Terra, resumeix Eduardo Ahedo, catedràtic d'Enginyeria Aeroespacial a la Universitat Carles III de Madrid (UC3M) i participant en diversos projectes europeus sobre propulsors iònics. No obstant, per a zones molt allunyades del Sol, més enllà del cinturó d'asteroides, molt possiblement els panells serien insuficients i s'hauria de recórrer a petits generadors de radioisòtops o nuclears.

En la tecnologia iònica més habitual s'aprofita el conegut com a efecte Hall, un procés físic descobert a finals del segle XIX: l'energia obtinguda en els panells solars alimenta una cambra magnètica en què s'injecten partícules (generalment d'un gas noble com el xenó) que queden ionitzades -carregades elèctricament- i surten disparades a gran velocitat. Aquest és el cas del propulsor X3, dissenyat per investigadors de la Universitat de Michigan en cooperació amb la NASA i la Força Aèria dels EUA, que recentment va aconseguir en un assaig els rècords de potència màxima, empenta i corrent operatiu aconseguits fins ara per un propulsor Hall.

El desavantatge dels propulsors iònics és que la quantitat d'empenta produïda és minúscula, però el rendiment és de 10 a 12 vegades més gran que amb propel·lents químics. És a dir, que com que s'aconsegueix una acceleració contínua, permanent, a la llarga es pot arribar a velocitats superiors a les de la propulsió convencional.

En declaracions al portal Space.com, el cap del projecte X3, Alec Gallimore, va detallar que es va aconseguir desenvolupar una potència de més de 100 kW i es van generar 5,4 newtons d'empenta, davant la marca anterior de 3,3 newtons. L'any que ve, l'equip de la NASA i la Universitat de Michigan faran una prova encara més gran, que té com a objectiu demostrar que el propulsor pot funcionar a màxima potència durant 100 hores. 

Encara llunyà

No obstant, per a l'exploració humana a l'espai es requeririen almenys 500 kW o més, adverteix Gallimore, ja que no només es tracta d'impulsar una nau, sinó també de mantenir els equips de la tripulació. Una de les alternatives és incloure múltiples canals de plasma en un mateix propulsor, tot i que "sembla clar que encara queden uns anys per a una missió tripulada a Mart", assumeix Ahedo. "Tot i que els èxits conviden a ser optimistes, es necessita un cert temps per implementar aquestes tecnologies", afegeix.

En qualsevol, tot el que signifiqui portar menys quantitat de combustible serà un gran avenç perquè és precisament aquest pes un dels impediments principals per als vols de gran distància. "El que guanyes amb el motor elèctric és que gastes menys combustible i pots destinar l'espai a altres coses. Aconseguim molt amb poc", diu el professor de la UC3M. Tradicionalment, l'energia dels panells solars s'ha utilitzat per al funcionament d'equips i sistemes, mentre que la propulsió ha sigut sempre química.

Ahedo recorda que les coses estan canviant i que tecnologies iòniques similars ja funcionen en el 30% dels satèl·lits geoestacionaris, que representen el 70% del mercat espacial. "Airbus Space and Defense va llançar recentment el primer satèl·lit de telecomunicacions d'alta potència totalment elèctric", assenyala.

Una missió tripulada de només tres mesos de durada

Franklin Chang-Díaz, físic i astronauta retirat de la NASA i ara empresari del sector aeroespacial, està convençut que es pot arribar a Mart en tres mesos, en lloc dels nou que necessiten actualment les sondes no tripulades amb un motor convencional, gràcies a un motor iònic de plasma dissenyat pel seu equip d'investigació. La NASA ha arribat a un acord amb Chang-Díaz per finançar el desenvolupament de l'equip, conegut en sigles com a VASIMR. Al trigar a aconseguir l'acceleració, l'exastronauta considera que el seu motor de plasma seria imbatible per a trajectes prolongats.

Pioneres en la propulsió

Smart-1. El petit enginy va ser un prototip de l'Agència Espacial Europea (ESA) per provar un propulsor iònic alimentat amb energia solar. Va ser llançada el 2003 i es va estavellar a la Lluna tres anys després.


Down. La sonda de la NASA va ser llançada amb l'objectiu d'estudiar dos objectes del cinturó d'asteroides: Vesta (2011) i Ceres (a partir del 2015). Per a la ionització porta un tanc de xenó de 425 quilos.


BepiColombo. Missió a Mercuri desenvolupada per l'ESA en col·laboració amb el Japó. Serà llançada l'any que ve -si es compleixen les previsions- equipada també amb un propulsor iònic d'efecte Hall.