Universidad autónoma de Ciudad Juárez

INFORMATICA Y SOCIEDAD

MOTOR DE IONES

Motor de iones

¿Qué es un motor de iones?

Un propulsor iónico o motor iónico es uno de los distintos tipos de propulsión espacial, específicamente del tipo eléctrica. Una forma de impulsar un cohete es la de emplear un haz de partículas cargadas. Se utiliza un haz de iones (moléculas o átomos con carga eléctrica) para la propulsión. El método preciso para acelerar los iones puede variar, pero todos los diseños usan la ventaja de la relación carga-masa de los iones para acelerarlos a velocidades muy altas utilizando un campo eléctrico. Gracias a esto, los propulsores iónicos pueden alcanzar un impulso específico alto, reduciendo la cantidad de masa necesaria, pero incrementando la cantidad de potencia necesaria comparada con los cohetes convencionales. Los motores iónicos pueden desarrollar un orden de magnitud mayor de eficacia de combustible que los motores de cohete de combustible líquido, pero restringidos a aceleraciones muy bajas por la relación potencia-masa de los sistemas disponibles.

¿Qué es la propulsión iónica?

Los propulsores iónicos, tal y como su nombre lo indica, contienen un haz de iones (moléculas o átomos con carga eléctrica) que sale de una boquilla a alta velocidad y se utiliza para la propulsión. En el caso de NEXT, la operación es bastante simple. El xenón, un gas noble, se rocía en una cámara. Un cañón (similar al tubo de rayos catódicos de un televisor) dispara electrones contra los átomos de xenón, creando un plasma de iones negativos y positivos. Los iones positivos se difunden en la parte baja de la cámara, donde las rejillas del acelerador altamente cargadas captan los iones y los impulsan fuera del motor, creando un empuje. La energía para accionar el 'cañón iónico' puede ser generada por paneles solares o por un generador termoeléctrico de radioisótopos; es decir, una batería nuclear como en la nave Curiosity. 

Tipo de motores de iones

Existe varios tipos de motores iónicos en desarrollo: algunos son utilizados, mientras que otros aún no han sido probados en naves espaciales. Algunos de los tipos son:

Propulsor coloidal Propulsor iónico electrostático Propulsor de efecto Hall (HET). Propulsor helicoidal de doble capa (HDLT). Propulsor inductivo pulsante (PIT). Propulsor magnetoplasmadinámico (MPD).

Ventajas y desventajas

La desventaja de los propulsores iónicos es que la cantidad de empuje producido es minúscula. Los propulsores de este tipo más avanzados son capaces de generar un empuje total de 0,5 newtones (equivalente al empuje de unas monedas en una mano), mientras que los propulsores químicos (que portan casi todas las naves espaciales lanzadas) o de los satélites o sondas espaciales alcanza cientos miles de newtones. 

Sin embargo, y esto es lo que hace a los propulsores iónicos tan interesantes, el rendimiento de este tipo de combustible que es de 10 a 12 veces mayor que los propelentes químicos. Obviamente, para los viajes espaciales largos, la eficiencia del combustible es muy importante. 

Por ello su uso para lanzar las naves espaciales desde la Tierra es imposible. Sin embargo, en condiciones de ingravidez es posible acelerar una nave hasta velocidades inalcanzables por otros tipos de plantas propulsoras existentes. 

Motor de iones

Los motores iónicos se emplean en el espacio exterior, cuando se precisan pequeños empujes para corregir la altitud o trayectoria de los satélites.

Los científicos responsables de la prueba detendrán voluntariamente el motor en unos días, a pesar de que sigue plenamente operativo. El NEXT es un tipo de propulsor eléctrico que utiliza la energía generada por los paneles solares de una nave espacial para acelerar los iones y producir una propulsión que puede llegar a velocidades de 40.000 metros por segundo. Casi nada. Este tipo de propulsores serán los que nos lleven en unas décadas a lugares del espacio donde jamás habíamos estado antes.

Dado que un propulsor iónico tiene un empuje muy bajo, tiene que funcionar más de 10.000 horas para acelerar lentamente una nave espacial a las velocidades necesarias para alcanzar el cinturón de asteroides o más allá. 

El propulsor iónico NEXT ha sido operado por más de 43.000 horas, es decir la hélice ha procesado más de 770 kilogramos de xenón y puede proporcionar a la nave un empuje total de 30 millones de newtones por segundo. Es una buena noticia, aunque la velocidad máxima eventual de una nave espacial propulsada por un motor de iones ronda unos 321.000 kilómetros por hora. 

El nuevo motor del Tecnológico de Georgia permite que desde el Control de Tierra se ajuste la "marcha" a que está operando el motor, basándose en la necesidad inmediata de propulsión del satélite. Esto permite al motor quemar el combustible a plena capacidad sólo durante los momentos cruciales y ahorrar así una cantidad importante del mismo.

El motor del Tecnológico de Georgia opera con un sistema eficiente de propulsión por iones. Los átomos de xenón (un gas noble) se inyectan en la cámara de descarga. Los átomos se ionizan (son despojados de los electrones de su capa exterior), lo que forma iones de xenón. Los electrones, de muy baja masa, son retenidos por el campo magnético, mientras los pesados iones se aceleran hacia fuera, al espacio, por un campo eléctrico, propulsando el satélite a altas velocidades.

El significativo perfeccionamiento del Tecnológico de Georgia sobre los sistemas existentes de propulsión por xenón, se debe a un nuevo diseño de los campos eléctricos y magnéticos que ayuda al mejor control de las partículas que son expelidas. Desde el Control en Tierra es posible entonces ejercer este control de manera remota para ahorrar combustible.