Sunday, July 10, 2005

Propulsiones de satélites

Cuando se lanza un satélite típicamente la mitad de su peso es combustible que se usa en el espacio para maniobras de todo tipo, desde fijar correctamente la órbita, mantenerla, o, en el caso de misiones interplanetarias hacer maniobras para mantener un rumbo.
Teniendo en cuenta que entre el 20-50% del coste total de una misión es el lanzamiento, es más que importante ahorrar en peso del combustible, y por tanto es muy importante buscar combustibles muy eficientes.

Combustiles químicos
Los combustibles más clásicos son los químicos. Poco eficientes pero baratos, fiables, y sencillos de implementar. Normalmente se usaban combustibles líquidos o gaseosos cuando eran elementos que se debían encender y apagar varias veces, como aquellos propulsores dedicados a mantener la órbita. Y se usaban combustibles sólidos para aquellos propulsores que solo se encendían una vez y consumían todo el combustible, como los que se usan para pasar de órbita de transferencia a geosincrona (GTO es una orbita elíptica que cuando esta lejos esta a unos 30.000 Km y cuando esta cerca de unos 1.000).

Motores ionicos
Últimamente en cambio se han puesto bastante de moda los motores iónicos.


Ion-engine
Motor iónico

Estos motores se basan en acelerar iones mediante campos mágnéticos producidos por energía eléctrica. Al lanzar iones a gran velocidad, para mantener la cantidad de movimiento la nave se desplaza hacia delante (este concepto es el mismo con el que funcionan los cohetes, expulsas gases hacia detrás y asi te mueves hacía delante).
Daros cuenta que estos motores solo deben almacenar depositos con iones para acelerarlos, pero realmente la energía utilizada es la eléctrica no quimica, y la obtienen de los paneles solares.
Estos motores comenzaron usandose como motores de posicionamiento y mantenimiento de órbitas, pero el Smart-1 de la ESA demostró en su misión a la luna que podían ser usados como motores interplanetarios.

Smart-1
Smart-1

En este sentido estos motores tienen la desventaja frente a los químicos de que su aceleración es MUCHO más lenta, sin embargo, al ser tan eficientes pueden estar encendidos muchisimo más tiempo de manera que en largas distancias permiten que la nave tenga mucha mayor velocidad.

Motores ionicos alimentados con reactores nucleares
No obstante, los motores ionicos dependen solo de energía electrica. Esto no es problema en las misiones cercanas al sol donde los paneles solares recogen mucha energía, sin embargo para misiones en planetas alejados del Sol sería un problema.

solar flux
Disminución del flujo solar con la distancia al sol

No obstante, incluso en ese caso, el problema se reduciría a conseguir energía electrica. Bueno, aunque yo tengo mis reservas la NASA ya ha hecho alguna mision con éxito en la que ha equipado la nave con un reactor nuclear de manera que podían tener toda la energía que fuera necesaria. Un ejemplo de este tipo de misiones era la mision ESA/NASA Cassini-Huygens en la que la nave Cassini llevaba 72 Kg de plutonio (Pongo este ejemplo porque todo el mundo parecía haberse olvidado de la controversia que causó en 1997 y lo contentos que estaban este enero con el éxito de la misión).

Cassini-Huygens
Visión del artista de la mision Cassini-Huygens

Evidentemente esto tiene su coste en peso, pero ya que normalmente el reactor es necesario para alimentar los equipos electronicos, simplemente se le da una utilidad más para la propulsión.

Prometheus
Futura misión Prometheus, que llevará un ractor nuclear que alimentará más de una tonelada de instrumentos que estudiarán varias lunas de jupiter.

Es por esto que los motores ionicos son ahora mismo la principal opción de futuro.

Motores ionicos alimentados por reactores de materia antimateria
Llevando este último concepto más allá, estan los motores basados en materia antimateria. Recientemente, el instituto de la NASA de conceptos avanzados (NIAC) ha decidido investigar este concepto en una propuesta apoyada entre otros desde Stanford por uno de los grupos que trabaja en el acelerador líneal de partículas (SLAC).
El concepto es el siguiente, supongo que todo el mundo sabe lo que son los electrones, partículas de con carga eléctrica que rodean al núcleo de los átomos. Pues bien, existen otras partículas llamadas positrones que son lo que se conocen como antipartículas de los electrones (también existen antiprotones y antineutrones). Cuando un electrón entra en contacto con un positrón ambos desaparecen y se convierten en energía emitida en forma de rayos gamma. Estos rayos gamma pueden ser convertidos en energía eléctrica, o calorífica etc, etc…
Dicho esto el uso es evidente si tenemos en cuenta que la densidad de energía almacenada en forma de materia antimateria es 10 veces mayor que en combustibles químicos, y 3 veces mayor que la producida por fisión nuclear.
Por tanto, bastarían con pocos gramos de materia antimateria para poder producir la energía electrica necesaria para impulsar los iones del motor ionico. Por tanto ahorraríamos mucho peso respecto a cargar un reactor nuclear.
Hay otros proyectos en que se usan los antiprotones, como el que se explica en esta web

Nave con motor de materia antimateria
Concepto de ave espacial basada en materia antimateria

El problema principal es la producción y almacenamiento de materia antimateria. Los positrones son muy raros en la naturaleza, solo se producen en las cercanías de los agujeros negros, y en en ciertas ocasiones cuando rayos gamma impactan en las capas altas de la atmosfera. Además inmediatamente se combinan con electrones desapareciendo.
De manera que debemos producirlos artificialmente. Pero esto no es nada sencillo. Los métodos actuales consisten en acelerar electrones en aceleradores de partículas hasta velocidades relativistas, y hacerlos impactar con tungsteno, esto produce fotones de lata energía que hacen a su vez que se produzcan positrones. (si alguien experto en el tema lee esto me corta las pelotas, pero bueno…)
Estos positrones hay que decelerarlos y almacenarlos sin que puedan entrar en contacto con electrones. Actualmente los procesos para esto son altamente ineficientes y apenas sobreviven positrones, de manera que estamos muy lejos de conseguir suficiente combustible para un simple satélite.

Velas solares
Este es un concepto mucho más “ecologico” que los previamente mencionados. Se basa simplemente en que la nave en cuestión despliegue una vela que capte las partículas despedidas por el sol, lo que se conoce como viento solar. Estas partículas al chocar con la vela impulsarían la nave acelerándola.
Este concepto se intentó probar recientemente mediante un proyecto de iniciativa parcialmente privada rusa llamado Cosmos 1.

Cosmos 1
Nave Cosmos 1

Desgraciadamente, como pasa muchas veces el lanzador falló y no puso la nave en la órbita adecuada. También es cierto que hay más posibilidades de que falle si tu lanzador es un simple misil intercontinental sin apenas adaptar lanzado desde un submarino sustituyendo simplemente la carga explosiva por la nave. Ahora mismo, ni siquiera saben si el satelite esta en una orbita baja o se ha estrellado jejeje.
Pero independientemente de el fracaso de esta misión, sigue siendo un concepto curioso, que además en cierto modo tendría un resultado similar al del motor ionico en el sentido de que la aceleración es muy lenta, pero al ser continua se podrían lograr grandes velocidades, si bien se tiene muy poco control sobre la dirección, podría servir para ciertas aplicaciones, o para complementar otros sistemas.


Estos son los metodos de propulsión más famosos reunidos en 4 grupos, si bien esta es una de las áreas donde más se invierte en investigación pues sigue siendo uno de los limitantes de la investigación espacial.

6 comments:

nacho said...

Oye, ya tienes PR2, a ver si asi te indexa mas.
Un abrazo.

Kidnova said...

En las 6 pelis de star wars salen todos estos tipos de impulsión estelar :·}

Zimmer said...

supe hace muy poco que la mision para ver si hay vida en la luna europa va hacer a base del reactor nuclear asi que por lo visto dar respuesta a la antimateria se les vio dificil je je

Argamofe said...

Buenas, soy un escritor amater que esta en la busca de imagenes para un blog de cienca-ficción que a creado, me interesaria poner tu imagen de motor ionico, por favor respondeme al correo argamofe@hotmail.com

Ejaculation Control said...

Hola, apoyo el comentario que dice "...En las 6 pelis de star wars salen todos estos tipos de impulsión estelar...", es cierto , yo soy fan de la guerra de las galaxias, y me parece una observación bastante valida y un poco curiosa =D

Kamagra said...

Yo sé que la tecnología es muy importante y nosotros debemos de avanzar para conseguir nuestras metas, pero ustedes no creen que esto es deamsaida contaminación para el planeta y el espacio?