Un investigador de la Universidad de Stuttgart, en Alemania, ha desarrollado un motor de plasma capaz de utilizar el aire enrarecido de la alta atmósfera como propelente, una tecnología pensada para mantener satélites durante largos periodos en órbitas terrestres muy bajas. El sistema, descrito por Francesco Romano en su tesis doctoral disponible en arXiv, intenta resolver uno de los principales problemas de estas misiones: la resistencia atmosférica obliga a corregir continuamente la órbita y termina agotando combustibles como el xenón.
La propuesta pertenece a la denominada propulsión eléctrica que respira atmósfera, conocida por las siglas ABEP. En lugar de transportar todo el propelente desde tierra, una toma situada en la parte frontal de la nave captura las escasas moléculas presentes a entre 100 y 450 km de altitud. Ese gas entra después en un propulsor eléctrico, donde se transforma en plasma y se expulsa a gran velocidad para producir empuje. El planteamiento permitiría aprovechar precisamente las partículas responsables del rozamiento que hace perder altura al satélite.
El desafío está en que ese aire no resulta especialmente amable con un motor convencional. A esas alturas aparece oxígeno atómico, generado cuando la radiación ultravioleta rompe las moléculas de oxígeno, y su elevada capacidad oxidante puede degradar electrodos, rejillas y cátodos. Romano planteó por ello un propulsor helicón de radiofrecuencia sin contacto y sin neutralizador, evitando algunos de los componentes que más sufren bajo estas condiciones y adaptando el dispositivo a una atmósfera cuya densidad cambia con la latitud, el ciclo día-noche y la actividad solar.
Una toma que captura el 94,3% del aire
El investigador probó tres sistemas diferentes para introducir ese gas extremadamente disperso en el propulsor. El diseño más eficaz fue una toma especular con geometría parabólica, recubierta de grafito o dióxido de silicio para dirigir las partículas hacia el interior. En los ensayos con oxígeno atómico, argón y nitrógeno alcanzó una eficiencia de captación cercana al 94,3%. Incluso cuando el dispositivo se inclinó 15 grados respecto al flujo, la eficiencia cayó únicamente ocho puntos porcentuales, un margen relevante para un satélite que no mantenga una orientación perfecta.
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El propio motor adopta una solución inspirada en los equipos médicos de resonancia magnética. Una antena de tipo jaula de pájaro transfiere la energía de radiofrecuencia al plasma, mientras un solenoide genera el campo magnético que guía el chorro hacia la salida. Según los ensayos descritos en la tesis, alrededor del 99% de la potencia eléctrica suministrada alcanzó el propulsor. Las pruebas efectuadas en una cámara de vacío consiguieron mantener corrientes estables de plasma con apenas 50-60 W de potencia de radiofrecuencia.
Los cálculos posteriores apuntan a que esta arquitectura podría sostener un satélite de forma continuada entre 190 y 250 km sobre la Tierra consumiendo menos de 1,6 kW, energía que podría ser suministrada por paneles solares convencionales. Romano aplicó el modelo incluso al caso del satélite GOCE, cuya misión terminó después de agotar su xenón, y estudió también su posible uso alrededor de Marte, donde aprovecharía su atmósfera rica en dióxido de carbono a alturas de entre 120 y 160 km. La tecnología, no obstante, permanece en fase experimental: los ensayos demuestran su funcionamiento en laboratorio, pero todavía falta comprobar si un motor de plasma alimentado únicamente por la tenue atmósfera puede mantener una nave real en órbita durante una misión prolongada.
Un investigador de la Universidad de Stuttgart, en Alemania, ha desarrollado un motor de plasma capaz de utilizar el aire enrarecido de la alta atmósfera como propelente, una tecnología pensada para mantener satélites durante largos periodos en órbitas terrestres muy bajas. El sistema, descrito por Francesco Romano en su tesis doctoral disponible en arXiv, intenta resolver uno de los principales problemas de estas misiones: la resistencia atmosférica obliga a corregir continuamente la órbita y termina agotando combustibles como el xenón.
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