Propulsión espacial

Propulsión espacial

PROPULSIÓN ESPACIAL

Propulsión espacial es cualquier sistema que permita poner una nave en órbita o, una vez allí, maniobrar para cambiar su velocidad.

En el espacio exterior no existe rozamiento como en la superficie terrestre que nos permite desplazarnos mediante ruedas, por ejemplo. Tampoco es un medio fluido como la atmósfera o el mar en el podemos movernos desplazando el aire o el agua en la dirección contraria a la del movimiento como hacen aviones o barcos con sus hélices.

Todos los sistemas de propulsión se basan en la tercera ley de Newton o Ley de acción y reacción, que dice que: «por cada fuerza que actúa sobre un cuerpo, éste realiza una fuerza de igual intensidad pero de sentido contrario«.

La mayor parte de los sistemas de propulsión espacial utilizan la expulsión de parte de la masa de la nave en una dirección para que el resto se desplace en sentido contrario.

La ecuación de cohete de Tsiolkovski nos dice que el empuje obtenido es proporcional a la masa eyectada y su velocidad.

El sistema más empleado en las naves espaciales es el motor cohete.

En él se quema una mezcla de un propelente y un oxidante generando gases que salen expulsados a gran velocidad proporcionando un gran empuje.

Actualmente son los empleados para poner en órbita todas las naves espaciales.

Estos motores funcionan durante un tiempo bastante corto, generalmente minutos y luego la nave sigue su viaje gracias al impulso adquirido puesto que, una vez en el espacio, donde prácticamente no hay rozamiento, mantendrá la velocidad adquirida sin necesidad de consumir más energía.

Para misiones planetarias se utiliza también otro sistema de propulsión llamado Asistencia Gravitacional que utiliza el paso de la nave cerca de un planeta o satélite para ganar o perder velocidad. Para ello se calculan largas y complicadas trayectorias que permiten alcanzar los planetas exteriores como en el caso de la misión Cassini a la que se le hizo pasar cerca de Venus, luego de la Tierra, luego otra vez de Venus, y por fin de Júpiter para poder llegar al final a Saturno.

Actualmente se están desarrollando otros sistemas de propulsión que permitan acelerar las naves durante más tiempo para alcanzar las velocidades necesarias para viajes tripulados a los planetas exteriores o a otras estrellas.

Estos sistemas son:

Motores Iónicos. Este tipo de motor fue propuesto en 1929 por Herman Oberth y se basa en la utilización de un haz de iones o moléculas cargadas eléctricamente a las que se les imprime una gran velocidad mediante sistemas magnéticos y electrostáticos. Esta mayor velocidad de salida permite que estos motores sean más eficientes que los cohetes convencionales aunque carecen, por el momento, de suficiente impulso como para poner naves en órbita y por tanto se utilizarían una vez situada la nave en el espacio.

En un motor iónico la velocidad de salida es de unos 30.000 m/s, que es mucho mayor que los 3.000-4.500 m/s de los cohetes convencionales. Esto permite reducir la cantidad de propelente utilizado y por tanto el peso total de la nave.

En estos motores se usan generalmente gases nobles, como el argón, como propelentes. Como fuente de energía se utilizan placas solares y se ha propuesto, para sistemas más potentes, el uso de reactores nucleares.

Hasta ahora se ha usado este motor en sondas espaciales de pequeño tamaño como la Deep Space 1 de la NASA, en 1998 y la SMART-1 de la ESA que completó su misión en 2006 en una colisión controlada con la Luna.

Otras sondas que han utilizado esta tecnología han sido la sonda Dawn que fue lanzada en 2007 para explorar el planeta enano Ceres y el asteroide Vesta y la sonda Hayabusa de la Agencia Japonesa de Exploración Aeroespacial, que se lanzó en 2003 y se acercó con éxito al asteroide Itokawa.

Motores Nucleares.

Parecidos al motor cohete, estos usan la energía atómica para calentar a muy altas temperaturas el propelente. En los años 60 se desarrolló un motor llamado Nerva pero la idea fue abandonada tras la llegada del hombre a la Luna y por razones mediambientales.

Velas Solares.

El efecto de la presión solar fue señalado por primera vez por Johannes Kepler, al observar que la cola de los cometas siempre apuntaba en la dirección opuesta al Sol.

Hay dos tipos de velas solares, las fotónicas y las de plasma según usen la radiación solar o el viento solar. Producen un impulso reducido pero no requieren propelentes por lo que la masa de la nave se reduce drásticamente.

Las velas fotónicas consisten en una gran superficie compuesta por una o varias láminas reflectantes muy ligeras, capaces de aprovechar la presión lumínica de la radiación solar. También pueden diseñarse para aprovechar cualquier otro tipo de ondas electromagnéticas generadas por el hombre, tales como rayos láser o microondas.

Las velas de plasma consisten en grandes mallas o redes en las que se genera un campo eléctrico o magnético capaz de interceptar el plasma del viento solar para obtener impulso.

La agencia japonesa del espacio lanzó el 20 de mayo de 2010, conjuntamente con el satélite PLANET-C, una vela de 20 m de diámetro llamada IKAROS, que se desplegó correctamente.

En enero de 2011 la NASA consiguió por primera vez desplegar con éxito una vela solar en órbita con el segundo minisatélite NanoSail-D.

Futuros sistemas de propulsión.

Propulsión térmica transmitida.

Recientemente propuesta, funcionaría enviando a la nave una gran cantidad de energía laser o de microondas, mediante potentes emisores en tierra, que calentaría el propelente a gran temperatura por lo que sería necesario menos cantidad del mismo con el consiguiente ahorro de peso.

Ascensores espaciales.

Consistiría en la construcción de estructuras verticales o cables de más de 36.000 kilómetros de longitud que uniría puntos situados en el ecuador con grandes satélites en órbita geoestacionaria actuando como contrapesos.

Este sistema permitiría colocar en el espacio cualquier nave con un coste muy inferior al de los sistemas actuales. El principal problema a resolver es el de la resistencia de los materiales debido a las grandes tensiones que tendría que resistir la estructura. Se está estudiando el uso de nanotubos de carbono porque parecen tener el peso y la resistencia adecuados para tal fin.

Agujeros de gusano y Motores de curvatura.

Se especula con que podríamos viajar a velocidades superiores a la de la luz si pudiéramos utilizar algunas propiedades topológicas de espacio-tiempo. Una de las opciones sería crear “agujeros de gusano” que permitirían viajar de una parte a otra del universo a través una cuarta dimensión.

Otra opción sería crear lo que se llaman “motores de curvatura”, que consistiría en un sistema que contraería el espacio-tiempo delante de la nave y lo expandiría detrás lo que permitiría también las velocidades ultralumínicas necesarias para explorar la galaxia.

Pero de momento, todo esto es especulación y, de realizarse, sería en un futuro lejano.