Una investigación de la Universidad Carlos III de Madrid (UC3M) analiza cómo mejorar los motores cohete que se utilizarán en futuras naves espaciales

Un proyecto científico, que se lleva a cabo en el seno del departamento de Bioingeniería e Ingeniería Aeroespacial de la UC3M, se centra en el desarrollo de sistemas de propulsión por plasma. Éstos utilizan la energía electromagnética para acelerar el propulsante, previamente ionizado, a diferencia de un cohete químico común que se basa en el calor generado por la combustión del propulsante.

El funcionamiento es relativamente sencillo. “Se genera un plasma confinado en una cámara mediante un campo magnético; a continuación, se le acelera al aplicarle un campo eléctrico de gran potencia; y después, se expulsa en chorro a alta velocidad para generar un empuje capaz de impulsar el sistema”, explica Yacine Babou, que investiga este tema en el marco de Conex (CONnecting EXcellence), un programa de atracción de talento de la UC3M que cuenta con el apoyo de la Unión Europea (acciones Marie Curie del 7PM), del Ministerio de Economía y Competitividad, del Ministerio de Educación, Cultura y Deporte, y del Banco Santander.

Motor de plasma. Foto: UC3M.

Los sistemas de propulsión por plasma son una gran solución para la propulsión en el vacío espacial. El proyecto de investigación CRARF (‘Collisional Radiative models development and validation for Aerospace Reactive Flows’; ‘Desarrollo de modelos de colisión radiativa y validación para los flujos reactivos aeroespaciales’) liderado por Yacine Babou, se centra en el desarrollo de herramientas experimentales y de modelado que sirvan para caracterizar el chorro de plasma producido por estos propulsores y evaluar su rendimiento. Con esas herramientas se podría conocer mejor, por ejemplo, su temperatura o su densidad electrónica.

“El mayor rendimiento del motor permite un ahorro importante de propulsante, pero no es el único aspecto que requiere mejoras sustanciales. Una mayor operatividad, el aumento de la vida útil o la simplificación del sistema son características cruciales que no se pueden ignorar a la hora de desarrollar propulsores de plasma fiables”, detalla el investigador.

“La evaluación del rendimiento de un prototipo de propulsión por plasma es una tarea decisiva antes de que se pueda aplicar con éxito en el espacio”, indica este científico. Para poder llevar a cabo esta tarea, se necesitan unas instalaciones capaces de recrear en la Tierra las condiciones del espacio. El departamento de Bioingeniería e Ingeniería Aeroespacial de la UC3M ha diseñado e inaugurado hace unos meses una instalación de altas prestaciones, consistente en una cámara y un completo equipo de diagnosis, capaz de mantener unas condiciones de alto vacío similares a las condiciones del espacio, donde ensayar los propulsores de plasma.

Cámara de vacío. Foto: UC3M.

Algunos sistemas de propulsión eléctrica se emplean ya de forma habitual en naves espaciales en misiones tanto científicas como comerciales. Varias sondas espaciales a asteroides y otros cuerpos celestes han usado motores iónicos, una tecnología muy sofisticada y eficiente, pero compleja y cara de operar. En los años 70, la Unión Soviética fue pionera en el uso de la tecnología de propulsión por plasma y efecto Hall, que es actualmente la tecnología de plasma más utilizada en misiones comerciales.

El éxito del uso de la propulsión eléctrica ha propiciado en los ingenieros espaciales la exploración de conceptos novedosos que sean más eficaces, más sencillos de operar y más duraderos. “Una tecnología especialmente prometedora es el motor de plasma Helicón, que se está desarrollando en la actualidad en mi departamento junto con la empresa Sener y que se postula como uno de los conceptos más relevantes para ser implementado en los cruceros interplanetarios”, apunta Yacine Babou.