El Motor de Magnetoplasma de Impulso Específico Variable (VASIMR), representa el futuro de la propulsión en la órbita terrestre así como del transporte translunar e interplanetario. Su eficiencia, excelente en comparación con la de un cohete químico convencional, permite el doble de la masa de carga útil para la entrega en la Luna y reduce a la mitad el tiempo de tránsito a Marte. Su diseño robusto permite niveles de potencia mucho mayores a los actuales sistemas de propulsión eléctrica y promete una vida útil más extensa.
Existen varios tipos de propulsión de cohetes. Ls más común y bien conocida es la llamada química o propulsión convencional de cohetes. Un cohete químico se basa en una reacción química altamente explosiva dentro de un tubo para forzar la salida de masa de combustible hacia abajo e impulsar el cohete hacia arriba. El Transbordador Espacial de la NASA y los cohetes “Saturn” utilizados en las misiones Apolo son sistemas totalmente químicos.
Otro tipo de propulsión es la eléctrica. Un cohete eléctrico utiliza la energía eléctrica para acelerar un agente propulsor no volátil por la parte trasera del motor.
Empuje e impulso específico
Las dos características más importantes de un cohete son su empuje y su impulso específico. El empuje es una medida de cuánta fuerza el cohete puede ejercer. Si se quisiera despegar desde la superficie de la Tierra, el empuje del cohete debe ser mayor que la fuerza de la gravedad ejercida sobre él. En términos de ingeniería, la razón empuje / peso debe ser mayor que uno.
El impulso específico puede pensarse como "el rendimiento en millas" del cohete. Mide la velocidad que se puede llegar a obtener a partir de una unidad de masa de propelente. Se relaciona con la velocidad del escape del cohete.
Los cohetes químicos son útiles porque su empuje es extremadamente alto. En la actualidad, los cohetes químicos son la única tecnología de propulsión que se ha utilizado para llegar a la órbita de la Tierra. No se ha concebido todavía un propulsor eléctrico que tenga una razón empuje / peso mayor que uno. Sin embargo, los propulsores eléctricos tienen un impulso específico mucho mayor que los cohetes convencionales, y por lo tanto pueden impulsar una nave espacial utilizando una cantidad de propelente mucho menor, una vez que la nave ha alcanzado la órbita de la Tierra.
La siguiente tabla compara el empuje y el impulso específico de varios sistemas de propulsión diferentes.
Propulsor tipo Empuje(lbf) Impulso Específico (s) Vida útil
Saturn V F-1 (1x) Químico 1.700.000 298 minutos
Shtulle (1x) Químico 500.000 440 minutos
Motor Iónico NSTAR Eléctrico 0.02 3300 años
Motor Iónico NEXT Eléctrico 0.07 4300 años
VASIMR VX-200 Eléctrico ~1 5000 años
En el VASIMR, un gas como el argón, xenón, o el hidrógeno se inyecta en un tubo rodeado por un magneto y una serie de dos antenas de ondas de radio (RF) (llamados "acopladores" en este contexto). Los acopladores trasforman el gas frío en plasma super calentado, y el campo magnético en expansión al final del cohete (la tobera magnética) convierte el movimiento térmico de las partículas del plasma en un flujo dirigido.
Principios de operación
El principal propósito del primer acoplador RF es convertir el gas en plasma por ionización, es decir, sacarle un electrón a cada átomo del gas. Esta es conocida como la sección Helicon, ya que su acoplador tiene una forma tal que puede ionizar el gas al inyectarle ondas helicoidales. Las antenas Helicon son un método común de generación de plasma.
Después de la sección de Helicon se tiene un "plasma frío", pese a que su temperatura se aproxima a la de la superficie del sol. Esta sopa compuesta de electrones y los átomos de los que fueron despojados (iones), se prepara para la aceleración en la segunda etapa. Donde había átomos de un gas neutro, ahora hay iones y electrones, eléctricamente cargados, y tales partículas con carga en movimiento interactúan con los campos magnéticos. El campo magnético puede visualizarse como líneas que atraviesan el cohete con iones en órbita alrededor de cada línea.
El segundo acoplador de RF se llama sección de calentamiento ión ciclotrón (ICH, por sus sigals en inglés). ICH es una técnica utilizada en los experimentos de fusión para calentar el plasma a temperaturas similares a la del núcleo del sol. Las ondas de radio impactan los iones y electrones a lo largo de sus órbitas alrededor de las líneas de campo, en resonancia, de forma similar a una persona que empuja otra en un columpio, resultando en un movimiento acelerado y a mayor temperatura. La sección VASIMR, ICH calienta el plasma a más de un millón de grados Kelvin, o veinte veces la temperatura de la superficie del sol.
El movimiento térmico de los iones en torno a las líneas de campo es sobre todo perpendicular a la dirección de avance del cohete, y no contribuye a la propulsión. El cohete depende de su tobera magnética para convertir el momento orbital de los iones en momentum lineal útil para la propulsión. Conforme las líneas de campo magnético se expanden, las rutas espirales de los iones en torno a sus líneas de campo se alargan, resultando en velocidades de iones del orden de 100,000 mph (50,000 m/s).
Existen varios tipos de propulsión de cohetes. Ls más común y bien conocida es la llamada química o propulsión convencional de cohetes. Un cohete químico se basa en una reacción química altamente explosiva dentro de un tubo para forzar la salida de masa de combustible hacia abajo e impulsar el cohete hacia arriba. El Transbordador Espacial de la NASA y los cohetes “Saturn” utilizados en las misiones Apolo son sistemas totalmente químicos.
Otro tipo de propulsión es la eléctrica. Un cohete eléctrico utiliza la energía eléctrica para acelerar un agente propulsor no volátil por la parte trasera del motor.
Empuje e impulso específico
Las dos características más importantes de un cohete son su empuje y su impulso específico. El empuje es una medida de cuánta fuerza el cohete puede ejercer. Si se quisiera despegar desde la superficie de la Tierra, el empuje del cohete debe ser mayor que la fuerza de la gravedad ejercida sobre él. En términos de ingeniería, la razón empuje / peso debe ser mayor que uno.
El impulso específico puede pensarse como "el rendimiento en millas" del cohete. Mide la velocidad que se puede llegar a obtener a partir de una unidad de masa de propelente. Se relaciona con la velocidad del escape del cohete.
Los cohetes químicos son útiles porque su empuje es extremadamente alto. En la actualidad, los cohetes químicos son la única tecnología de propulsión que se ha utilizado para llegar a la órbita de la Tierra. No se ha concebido todavía un propulsor eléctrico que tenga una razón empuje / peso mayor que uno. Sin embargo, los propulsores eléctricos tienen un impulso específico mucho mayor que los cohetes convencionales, y por lo tanto pueden impulsar una nave espacial utilizando una cantidad de propelente mucho menor, una vez que la nave ha alcanzado la órbita de la Tierra.
La siguiente tabla compara el empuje y el impulso específico de varios sistemas de propulsión diferentes.
Propulsor tipo Empuje(lbf) Impulso Específico (s) Vida útil
Saturn V F-1 (1x) Químico 1.700.000 298 minutos
Shtulle (1x) Químico 500.000 440 minutos
Motor Iónico NSTAR Eléctrico 0.02 3300 años
Motor Iónico NEXT Eléctrico 0.07 4300 años
VASIMR VX-200 Eléctrico ~1 5000 años
En el VASIMR, un gas como el argón, xenón, o el hidrógeno se inyecta en un tubo rodeado por un magneto y una serie de dos antenas de ondas de radio (RF) (llamados "acopladores" en este contexto). Los acopladores trasforman el gas frío en plasma super calentado, y el campo magnético en expansión al final del cohete (la tobera magnética) convierte el movimiento térmico de las partículas del plasma en un flujo dirigido.
Principios de operación
El principal propósito del primer acoplador RF es convertir el gas en plasma por ionización, es decir, sacarle un electrón a cada átomo del gas. Esta es conocida como la sección Helicon, ya que su acoplador tiene una forma tal que puede ionizar el gas al inyectarle ondas helicoidales. Las antenas Helicon son un método común de generación de plasma.
Después de la sección de Helicon se tiene un "plasma frío", pese a que su temperatura se aproxima a la de la superficie del sol. Esta sopa compuesta de electrones y los átomos de los que fueron despojados (iones), se prepara para la aceleración en la segunda etapa. Donde había átomos de un gas neutro, ahora hay iones y electrones, eléctricamente cargados, y tales partículas con carga en movimiento interactúan con los campos magnéticos. El campo magnético puede visualizarse como líneas que atraviesan el cohete con iones en órbita alrededor de cada línea.
El segundo acoplador de RF se llama sección de calentamiento ión ciclotrón (ICH, por sus sigals en inglés). ICH es una técnica utilizada en los experimentos de fusión para calentar el plasma a temperaturas similares a la del núcleo del sol. Las ondas de radio impactan los iones y electrones a lo largo de sus órbitas alrededor de las líneas de campo, en resonancia, de forma similar a una persona que empuja otra en un columpio, resultando en un movimiento acelerado y a mayor temperatura. La sección VASIMR, ICH calienta el plasma a más de un millón de grados Kelvin, o veinte veces la temperatura de la superficie del sol.
El movimiento térmico de los iones en torno a las líneas de campo es sobre todo perpendicular a la dirección de avance del cohete, y no contribuye a la propulsión. El cohete depende de su tobera magnética para convertir el momento orbital de los iones en momentum lineal útil para la propulsión. Conforme las líneas de campo magnético se expanden, las rutas espirales de los iones en torno a sus líneas de campo se alargan, resultando en velocidades de iones del orden de 100,000 mph (50,000 m/s).
VASIMR, comparado con otros propulsores eléctricos.
El VASIMR tiene tres características importantes que lo distinguen de otros sistemas de propulsión de plasma:
VASIMR tiene la capacidad de variar sus parámetros de escape (empuje e impulso específico) con el fin de cumplir de forma óptima con los requerimientos de la misión, lo cual se traduce en un tiempo mínimo de viaje, con la máxima carga útil entregada, para una determinada masa de combustible.
VASIMR utiliza ondas electromagnéticas (RF) para crear y energizar el plasma dentro de su núcleo. De esta manera, VASIMR no tiene electrodos de ningún material en contacto con el plasma caliente. Esto se traduce en una mayor fiabilidad y una vida útil más larga, y permite una densidad de potencia muy superior a los propulsores iónicos u otros diseños de cohetes de plasma de la competencia.
VASIMR es capaz de procesar una gran cantidad de potencia, lo cual significa que puede generar entonces una mayor cantidad de empuje. Esta mayor capacidad de empuje haría el VASIMR útil para mover grandes cargas alrededor de la órbita terrestre baja, para la transferencia de cargas de la Tierra a la Luna, y para la transferencia de cargas entre la Tierra y el sistema solar exterior. VASIMR también es altamente escalable, lo que significa que otras versiones de mayor potencia se pueden diseñar fácilmente, haciendo una realidad las misiones tripuladas con seres humanos y que utilicen la propulsión eléctrica.
El VASIMR tiene tres características importantes que lo distinguen de otros sistemas de propulsión de plasma:
VASIMR tiene la capacidad de variar sus parámetros de escape (empuje e impulso específico) con el fin de cumplir de forma óptima con los requerimientos de la misión, lo cual se traduce en un tiempo mínimo de viaje, con la máxima carga útil entregada, para una determinada masa de combustible.
VASIMR utiliza ondas electromagnéticas (RF) para crear y energizar el plasma dentro de su núcleo. De esta manera, VASIMR no tiene electrodos de ningún material en contacto con el plasma caliente. Esto se traduce en una mayor fiabilidad y una vida útil más larga, y permite una densidad de potencia muy superior a los propulsores iónicos u otros diseños de cohetes de plasma de la competencia.
VASIMR es capaz de procesar una gran cantidad de potencia, lo cual significa que puede generar entonces una mayor cantidad de empuje. Esta mayor capacidad de empuje haría el VASIMR útil para mover grandes cargas alrededor de la órbita terrestre baja, para la transferencia de cargas de la Tierra a la Luna, y para la transferencia de cargas entre la Tierra y el sistema solar exterior. VASIMR también es altamente escalable, lo que significa que otras versiones de mayor potencia se pueden diseñar fácilmente, haciendo una realidad las misiones tripuladas con seres humanos y que utilicen la propulsión eléctrica.
Fuentes de energía
Uno de los retos críticos en el desarrollo de VASIMR es su suministro de energía. Un propulsor eléctrico de alta potencia requiere una gran cantidad de electricidad, y generarla en el espacio puede requerir de algunas innovaciones en ingeniería. A continuación se muestra un análisis de dos opciones.
Energia solar
Puede ser utilizada de manera eficiente para misiones del VASIMR cercanas a la Tierra, como compensación de arrastre para estaciones espaciales, transporte de carga lunar y recarga de combustible en el espacio. Avances recientes en la tecnología solar prometen aumentos en la utilización de energía hasta en un orden de magnitud.
La energía nuclear
Un reactor nuclear produce una gran cantidad de energía por unidad de masa. De todas las fuentes de energía útil en la tierra, el núcleo de un reactor tiene la mayor densidad de energía. Esta alta densidad de energía y su escalabilidad hacen que los reactores nucleares sean una fuente de potencia ideal para aplicaciones en el espacio. Una nave que utlice energía nuclear podría reducir drásticamente los tiempos de tránsito humano entre los planetas (menos de 3 meses a Marte) e impulsar misiones robóticas con una fracción muy grande de carga útil. Los tiempos de viaje y la carga útil son las principales limitaciones de los cohetes convencionales y termonucleares, debido a su impulso específico inherentemente bajo (menos de 1000 segundos). Una nave que utlice energía nuclear e impulsada por VASIMR, convertiría en realidad las misiones rápidas y tripuladas por humanos.
Existe una versión del motor VASIMR de versión de pruebas que es la denominada VX-200 y en estos momentos se está construyendo la versión de vuelo VF-200 que será enviada a la estación espacial internacional para poder probar su eficacia en su entorno natural, el espacio.
El motor VASIMR VF-200 irá acompañado de una bateria para poder almacenar la energía necesaria para poder poner en funcionamiento el motor, es decir, 200 Kw.
No obstante también están construyendo otro motor VF-200, (siempre se construyen dos objetos de cualquier cosa que se vaya a lanzar al espacio, pura previsión...), este seguramente si todo sale bien, también irá al espació, pero está vez en forma de sonda espacial, con sus propios paneles solares, que serán proporcionados por BOEING.
“Ha habido un acercamiento de las grandes compañías hacia nosotros, particularmente de Boeing, para el uso de un panel solar que ella estaba desarrollando junto con DARPA (la Agencia de proyectos de investigación avanzada en defensa de los Estados Unidos) y por pura casualidad es de 200 kilovatios”, dijo Chang.
En los planos, el motor funciona con paneles solares que generan los 200 kW que necesita el motor, pero, hasta ahora, esos paneles no se han creado.
“Nosotros estábamos preparados para invertir parte de nuestro dinero en el desarrollo de paneles solares, pero ahora resulta que probablemente estos paneles están listos”, agregó el físico.
Dichos paneles pesan menos de la mitad que los paneles solares que se utilizan hoy en proyectos espaciales; además, son de un sexto de su tamaño y toleran mejor la radiación cósmica.
Así, la alianza entre Ad Astra Rocket y Boeing resulta perfecta para ambas partes. Boeing desea probar una porción de sus paneles en la Estación Espacial Internacional (ISS). Según la propuesta, los paneles alimentarían las baterías que dan la energía al motor.
“Estamos interesados en eso porque, conectando un panel solar, nosotros podríamos cargar nuestras baterías con más potencia, más energía, y recargarlas más rápidamente, en solo un día en lugar de dos”, explicó Chang.
Una vez superada la prueba en la ISS, el interés de Boeing es unir su panel completo, el de 200 kW, a un motor. Ese motor podría ser el VASIMR.
En estos momentos, Ad Astra Rocket construye dos motores para el vuelo de prueba; uno de ellos es de reemplazo en el caso de que algo ocurra con el primero. El plan, explicó Chang, es que el segundo motor se use en la prueba con los paneles solares de Boeing.
“Vemos la posibilidad de usar este segundo motor con el panel para hacer un vuelo de demostración muy emocionante: un vuelo a un asteroide”, dijo Chang.
“Yo todo esto lo veo con cierto granito de sal: son puras posibilidades. El ambiente que estamos viviendo en muy emocionante, con más posibilidades de las que yo me esperaba”, confesó Chang.
En los planos, el motor funciona con paneles solares que generan los 200 kW que necesita el motor, pero, hasta ahora, esos paneles no se han creado.
“Nosotros estábamos preparados para invertir parte de nuestro dinero en el desarrollo de paneles solares, pero ahora resulta que probablemente estos paneles están listos”, agregó el físico.
Dichos paneles pesan menos de la mitad que los paneles solares que se utilizan hoy en proyectos espaciales; además, son de un sexto de su tamaño y toleran mejor la radiación cósmica.
Así, la alianza entre Ad Astra Rocket y Boeing resulta perfecta para ambas partes. Boeing desea probar una porción de sus paneles en la Estación Espacial Internacional (ISS). Según la propuesta, los paneles alimentarían las baterías que dan la energía al motor.
“Estamos interesados en eso porque, conectando un panel solar, nosotros podríamos cargar nuestras baterías con más potencia, más energía, y recargarlas más rápidamente, en solo un día en lugar de dos”, explicó Chang.
Una vez superada la prueba en la ISS, el interés de Boeing es unir su panel completo, el de 200 kW, a un motor. Ese motor podría ser el VASIMR.
En estos momentos, Ad Astra Rocket construye dos motores para el vuelo de prueba; uno de ellos es de reemplazo en el caso de que algo ocurra con el primero. El plan, explicó Chang, es que el segundo motor se use en la prueba con los paneles solares de Boeing.
“Vemos la posibilidad de usar este segundo motor con el panel para hacer un vuelo de demostración muy emocionante: un vuelo a un asteroide”, dijo Chang.
“Yo todo esto lo veo con cierto granito de sal: son puras posibilidades. El ambiente que estamos viviendo en muy emocionante, con más posibilidades de las que yo me esperaba”, confesó Chang.
Existe un buen y enorme futuro para el motor VASIMR, esto realmente es el comienzo de una revolución, una revolución que nos llevará a todos, a la humanidad, a ir más rápido donde queremos ir, al espacio, a Marte, al Sistema Solar.
Esto sin duda es el principio de una gran aventura espacial.
Pruebas del motor VX-200
Cámara de vacío, para las pruebas del VASIMR
Introducción del motor en la cámara de vacío.
Motor VASIMR VX-200, calibración del láser.
Lugar de la ubicación del motor VASIMR VF-200 en la ISS.
El VF-200 en la ISS.
Pero los proyectos actuales para el VASIMR no se quedan en la ISS o incluso transportar carga a la Luna, como hemos visto en los dos videos anteriores, sinó que también podría ser posible un viaje tripulado a Marte, con una potencia de 12 megavatios se podría ir a Marte en menos de 4 meses, pero con 200 megavatios de potencia, se llegaría en tan sólo 39 DÍAS.
Esquema de viaje a Marte con VASIMR.
Fuente principal, de donde se ha extraído la información para el articulo: Página web de AdAstraRocket.
para aumentar el empuje necita bovinas en corriente altera en la salida de la tovera
ResponderEliminary porque no se hase prueva con un sistema de comprecion e ionisacion de aire o de recoleccion de gases en el medio al que se va explora como el aire en caso de la tierra y el co2 en caso de marte comvirtiendo despues de su filtracion en plasma
Para aumentar el empuje se necesita potencia, este motor está diseñado exclusivamente para funcionar en el vacio, es decir en el espacio, por lo que únicamente tiene relevancia su ISP, y este motor supera con creces a los motores químicos.
ResponderEliminarEs ahí donde reside su importancia.