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04jun21
China está desarrollando motores de iones para ir a Marte en 39 días
La estación espacial china es ya la primera en la historia que usa motores de iones para mantenerse en órbita. Pero la agencia espacial del país asiático quiere ir mucho más allá y desarrollar esta tecnología de propulsión para viajar a Marte en un tiempo récord: solo 39 días.
La Agencia Espacial Nacional China (CNSA) ha batido a la NASA, que usará propulsores de iones en su estación espacial Lunar Gateway para mantenerla en órbita sobre nuestro satélite natural. La Lunar Gateway está diseñada para hacer de estación de tránsito que facilite la exploración a la Luna y Marte.
El módulo principal de la estación china —llamado Tianhe— tiene cuatro propulsores de iones. Tianhe —que ya ha recibido la primera visita de una nave de carga como se puede ver en el vídeo bajo estas líneas— usará estos motores para corregir y mantener la órbita de toda la estación alrededor de la Tierra.
Cómo funcionan
Estos motores utilizan partículas cargadas —iones— para impulsar una masa, un efecto descubierto en los años 30 por el físico norteamericano Edwin Herbert Hall. Hall —cuyo apellido da nombre a estos motores— observó que era posible acelerar partículas de un elemento y moverlas, generando una fuerza.
Los propulsores de iones usan un campo magnético que limita el movimiento de los electrones de un elemento —xenón o kriptón— y los ioniza para acelerarlos y producir una fuerza para impulsar la aeronave.
Estos motores se llevan usando desde los años 70, cuando la Unión Soviética empezó a utilizarlos para mantener sus satélites Meteor en órbita. Actualmente, la tecnología se usa constantemente, incluyendo muchos de los satélites Starlink de Elon Musk, que utilizan motores de iones con gas krypton para mantener su posición en el espacio o hacerlos caer a la Tierra cuando alcanzan el fin de su vida útil.
Los motores de iones son también muy eficientes y requieren muy poco combustible. El cálculo de la CNSA es usar 400 kilogramos de combustible para mantener su estación en órbita durante un año. La ISS, sin embargo, requiere de 400 toneladas anuales de combustible químico.
Pero la CNSA tiene planes mucho más ambiciosos que amenazan los planes de Musk para llegar antes que nadie a Marte: los ingenieros chinos quieren desarrollar un motor de iones de 200 megavatios capaz de impulsar una nave tripulada a Marte en solo 39 días.
Es un objetivo de locos cuando observas la potencia típica de un motor de iones en estos momentos, que va de uno a siete kilovatios. El empuje resultante —de 25 a 250 milinewtons— no es suficiente para empujar una gran masa a la velocidad necesaria para enviar una nave tripulada a otro planeta. Esa es la razón de su uso habitual en satélites y ahora en estaciones espaciales.
La NASA y la Universidad de Míchigan han desarrollado el X3 Nested Hall Thruster, que actualmente alcanza 30 kW en el laboratorio. El plan es que llegue a 100 kW. Los motores de la Lunar Gateway alcanzarán los 50 kW, según la NASA y las compañías privadas Maxar Technologyes y Busek Co.
Destino Marte y Neptuno
Según Hang Guanrong, uno de los ingenieros del Shanghai Space Station Institute, China está desarrollando un motor de 50 kW “diseñado principalmente para misiones tripuladas a gran escala y misiones de transporte a la Luna y Marte”. Todo esto está muy lejos de los 200 megavatios necesarios para impulsar una nave tripulada.
La NASA ha conseguido operar motores experimentales a un megavatio durante un tiempo limitado. Otros equipos de investigación han logrado más potencia con otros diseños. Otro grupo de la NASA ha llegado a 10 MW, mientras que investigadores de la Universidad de Osaka University consiguieron 6 MW y en Princeton llegaron a 15 MW. El récord lo tiene un propulsor coaxial desarrollado en el Laboratorio Nacional de Los Alamos, en Estados Unidos, que llega 40 megavatios.
Todavía queda mucho por hacer para llegar a los 200 megavatios. Uno de los problemas más importantes es su durabilidad. Los expertos afirman que las partículas dañan el motor a medida que salen del propulsor y esto afecta a su vida útil. Para evitar el daño, hace falta utilizar campos magnéticos y desarrollar nuevos materiales. Según la Academia de Ciencias china, después de décadas de investigación, sus científicos han creado un nuevo material cerámico que, supuestamente, es capaz de aguantar el calor extremo y la radiación generados por sus motores de iones durante los largos periodos de tiempo necesarios para una misión interplanetaria.
Sin embargo, y siguiendo con el típico hermetismo chino, no hay detalles sobre este material. Solo sabemos que su actual motor de iones fue probado de forma continuada durante 11 meses, suficiente tiempo como para garantizar la órbita de su estación espacial por un periodo de 15 años de vida.
Habrá que esperar a los próximos cinco años para ver dónde se quedan las promesas chinas, igual que las de Musk. Por el momento, antes de ese motor de 200 MW para batir a Musk en la llegada a Marte, China planea lanzar una misión a Neptuno en 2028 usando un motor de iones de 20 kW con un motor nuclear para generar los campos eléctricos que ionicen el combustible.
[Fuente: Por Jesús Díaz, El Confidencial, Madrid, 04jun21]
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