Cuando pensamos en los viajes espaciales, tendemos a imaginar un cohete masivo despegando de la Tierra, con enormes ráfagas de fuego y humo saliendo del fondo, mientras la enorme máquina lucha por escapar de la gravedad de la Tierra. Pero una vez que una nave espacial ha roto su vínculo gravitacional con la Tierra, tenemos otras opciones para alimentarlos. La propulsión iónica, soñada durante mucho tiempo en la ciencia ficción, ahora se usa para enviar sondas y naves espaciales en viajes largos a través del espacio.
La NASA comenzó a investigar la propulsión de iones en la década de 1950. En 1998, la propulsión iónica se utilizó con éxito como el sistema de propulsión principal en una nave espacial, impulsando el Deep Space 1 (DS1) en su misión al asteroide 9969 Braille y al cometa Borrelly. DS1 fue diseñado no solo para visitar un asteroide y un cometa, sino también para probar doce tecnologías avanzadas de alto riesgo, entre ellas el sistema de propulsión iónica.
Los sistemas de propulsión iónica generan una pequeña cantidad de empuje. Sostén nueve cuartos en tu mano, siente cómo la gravedad de la Tierra tira de ellos y tienes una idea del poco empuje que generan. No se pueden usar para lanzar naves espaciales desde cuerpos con gravedad fuerte. Su fuerza radica en continuar generando empuje con el tiempo. Esto significa que pueden alcanzar velocidades máximas muy altas. Los propulsores iónicos pueden impulsar a las naves espaciales a velocidades superiores a 320,000 kp / h (200,000 mph), pero deben estar en funcionamiento durante mucho tiempo para alcanzar esa velocidad.
Un ion es un átomo o una molécula que ha perdido o ganado un electrón y, por lo tanto, tiene una carga eléctrica. Entonces, la ionización es el proceso de cargar un átomo o una molécula, agregando o eliminando electrones. Una vez cargado, un ion querrá moverse en relación con un campo magnético. Eso está en el corazón de las unidades de iones. Pero ciertos átomos son más adecuados para esto. Las unidades de iones de la NASA generalmente usan xenón, un gas inerte, porque no hay riesgo de explosión.
En una unidad de iones, el xenón no es un combustible. No tiene combustión y no tiene propiedades inherentes que lo hagan útil como combustible. La fuente de energía para un accionamiento de iones tiene que venir de otro lugar. Esta fuente puede ser electricidad de células solares o electricidad generada por el calor de descomposición de un material nuclear.
Los iones se crean bombardeando el gas xenón con electrones de alta energía. Una vez cargados, estos iones son atraídos a través de un par de rejillas electrostáticas, llamadas lentes, por sus cargas, y son expulsados de la cámara, produciendo empuje. Esta descarga se llama haz de iones, y nuevamente se inyecta con electrones, para neutralizar su carga. Aquí hay un breve video que muestra cómo funcionan las unidades de iones:
A diferencia de un cohete químico tradicional, donde su empuje está limitado por la cantidad de combustible que puede transportar y quemar, el empuje generado por un motor de iones solo está limitado por la fuerza de su fuente eléctrica. La cantidad de propulsor que puede transportar una nave, en este caso xenón, es una preocupación secundaria. La nave espacial Dawn de la NASA usó solo 10 onzas de propulsor de xenón, que es menos que una lata de refresco, durante 27 horas de operación.
En teoría, no hay límite para la fuerza de la fuente eléctrica que alimenta el variador, y se está trabajando para desarrollar propulsores de iones aún más potentes que los que tenemos actualmente. En 2012, el Evolutionary Xenon Thruster (NEXT) de la NASA funcionó a 7000w durante más de 43,000 horas, en comparación con el accionamiento de iones en DS1 que solo usaba 2100w. SIGUIENTE, y los diseños que lo superarán en el futuro, permitirán que las naves espaciales realicen misiones extendidas a múltiples asteroides, cometas, los planetas exteriores y sus lunas.
Las misiones que utilizan propulsión iónica incluyen la misión Dawn de la NASA, la misión japonesa Hayabusa al asteroide 25143 Itokawa y las próximas misiones de la ESA Bepicolombo, que se dirigirá a Mercurio en 2017, y LISA Pathfinder, que estudiará ondas gravitacionales de baja frecuencia.
Con la mejora constante en los sistemas de propulsión iónica, esta lista solo crecerá.
