Los ingenieros de la NASA han terminado las pruebas de un nuevo sistema de propulsión por iones para su uso en naves en la órbita terrestre y a nivel interplanetario. El sistema es más potente y tiene una mayor eficiencia de combustible que sus predecesores, lo que permite viajar más lejos de lo que hasta ahora se podía.

La propulsión por iones funciona mediante la carga eléctrica, o ionización, de un gas mediante el uso de potencia procedente de paneles solares, y la emisión del gas ionizado para propulsar a la nave en la dirección opuesta. El concepto fue desarrollado por primera vez hace 50 años, y la primera nave que utilizó la tecnología fue la Deep Space 1 (DS1) en 1998. Desde entonces, hay otra nave que también ha usado la propulsión por iones: la misión Dawn a las afueras del sistema solar, lanzada en 2007

Para construir el nuevo sistema de propulsión por iones bajo el programa NEXT de la NASA (NASA’s Evolutionary Xenon Thruster), los ingenieros del Centro de Investigación Glenn de la NASA en Cleveland, Ohio, modificaron y mejoraron el diseño de los motores utilizados en la DS1 y en Dawn. “Los hicimos físicamente más grandes, aunque más ligeros, redujimos la complejidad del sistema para extender su ciclo vital y, en general, logramos mejorar su eficiencia,” afirma Michael Patterson, investigador principal del proyecto.

Patterson presentó un estudio describiendo el motor en la Joint Propulsion Conference and Exhibit celebrada esta semana en Denver. Afirma que su equipo podría empezar a construir una versión lista para ser usada en misiones en enero de 2010, y que tardaría alrededor de 36 meses en completarse.

Los sistemas de propulsión química se usan más comumente en naves espaciales, aunque necesitan grandes cantidades de combustible y no son eficientes para las misiones en el espacio profundo. “Lo que puedes llevarte al espacio es limitado puesto que tienes que cargar con un cohete que es mayormente combustible,” afirma Alexander Bruccoleri, investigador del departamento de aeronáutica y astronáutica en MIT. Además, señala, “para compensar el peso y el tamaño de los tanques de propulsión, hay que construir naves que sean muy ligeras o que no tengan muchas estructuras que las refuercen.”

Como alternativa, varios grupos de investigación están explorando los sistemas de propulsión eléctricos. Aunque estos motores proporcionan mucho menos empuje que los motores químicos, son muy eficientes, lo que los hace ideales para los viajes de larga distancia a asteroides, cometas o planetas como Júpiter y Mercurio. Sin embargo, “uno de los mayores retos de la propulsión eléctrica es la elevada potencia y el ciclo vital del sistema,” afirma Daniel Brent White, otro investigador de aeronáutica y astronáutica de MIT.

El nuevo motor de iones se ha construido a partir de los sistemas de propulsión eléctricos utilizados tanto por la DS1 como Dawn, señala Patterson. Utiliza el mismo método para conseguir el empuje: un gas de xenon fluye hacia una cámara de reacción dentro del motor y es ionizado por electrones; unos electroimanes posicionados alrededor de la cámara ayudan a mejorar la eficiencia de la ionización. Los electrodos posicionados cerca de los propulsores del motor (conocidos como ópticas de iones) se utilizan para acelerar los iones de forma electroestática y dispararlos a través del tubo de escape para empujar la nave hacia delante.

Los ingenieros del Centro de Investigación Glenn han optimizado el diseño de los imanes del motor y de las ópticas de iones, además de llevar a cabo otras modificaciones, incluyendo la reducción del número de propulsores, para hacer que el sistema sea más potente y eficiente. “El motor tiene un nivel de potencia más alto y un rango dinámico de aceleración mayor—es capaz de ir desde una potencia muy alta a una muy baja—para poder operar durante periodos de tiempo más largos y ejecutar mejor su misión,” señala Patterson.

Michael Huggins, del consejo de administración de propulsión espacial y de misiles del Laboratorio de Investigación de la Fuerza Aérea en la Base de las Fuerzas Aéreas Edwards, en California, señala que es importante encontrar formas para hacer que los sistemas de propulsión sean más eficientes, pequeños y más económicos. El hecho es que la NASA esté a la búsqueda de dispositivos más eficientes para sus misiones interplanetarias “es, decididamente, la respuesta acertada,” afirma.

Sin embargo, existen problemas en potencia relacionados con la propulsión iónica. Por ejemplo, la energía solar no se puede utilizar muy lejos del sol. “La energía solar simplemente no funcionaría en distancias como la de Neptuno,” afirma White, que presentó un estudio en la misma conferencia basado en la energía nuclear como fuente de potencia para las misiones en el espacio profundo. Aunque este método nos proporcionaría potencia de sobra en el espacio profundo, existen una serie de preocupaciones relacionadas con la seguridad que hacen que, a nivel político, resulte complicado el lanzamiento de una nave basada en energía nuclear.

“El único competidor que tenemos realmente es la tecnología química avanzada,” afirma Patterson. “La ventaja con la que partimos es que poseemos una alta eficiencia de combustible.” Por tanto, para aquellas misiones planetarias complejas que requieran mucha energía, señala Patterson, los Estados Unidos y sus socios internacionales, incluidos Japón y los países europeos, están en fase de transición hacia los motores de propulsión por iones.”