hasta el infinito y sin repostar: Motor de Iones

4ª semana (no pensé que durara tanto y no pensé que fuera tan difícil mantener el ritmo) de esta tontería. Hoy toca uno de los motores más interesantes:

El Motor de Iones:

¿Funcionamiento?
Para empezar hay que decir que no hay un único tipo de motor de iones, hay muchísimos. Tantos que casi me planteo escribir 2 post de motores iónicos. Pero tranquilos, que no caerá esa breva.
El motor de iones es un motor eléctrico* que genera un impulso acelerando iones y expulsándolos. Así de fácil. Las diferencias vienen en cómo se aceleran los iones:


- Los propulsores ionicos electroestáticos aceleran los iones en la dirección del campo eléctrico que generan valiéndose de la Ley de Culomb**, vamos que usan 2 electrodos de alto voltaje. Dentro de este grupo encontramos:

-- Propulsor de Rejilla Electroestática:Clásico-Básico. Usamos gas Xenon, que es eléctricamente neutro y lo cargamos bombardeandolo con electrones que salen de un cátodo. Se aceleran gracias al campo eléctrico (oscilante, por cierto) generado por el campo magnético de una bobina. Fácil, sencillo y para toda la familia.
-- Propulsores de Efecto Hall: Igual que el anterior, solo que atrapa electrones usando un campo magnético. Esos electrones ionizan el combustible y al expulsarlo 'recogen' parte de la energía al final del proceso.
-- Propulsores de Emisión de Campo Eléctrico: Usando como combustible un metal líquido (iridio o cesio) consta de un emisor y un electrodo acelerador. Si se aplica una diferencia de potencial entre ambos (uns 10kV) se extraen iones de la superficie del metal liquido y se aceleran a velocidades del orden de (100 m/s). Pero requiere de una fuente externa de electrones para mantener el combustible eléctricamente neutro... si no, es un poco estúpido.

-Mientras que los propulsores ionicos electromagnéticos o de plasma se aprovechan de la Ley de Lorentz (que indica como aparece la Fuerza de Lorentz, resultado de la interacción de un campo eléctrico y otro magnético) para ionizar y
-- Propulsor de Dinámica Magnetoplásmica: En este caso el propelente (en estado gaseoso: xenon, argon, neón o litio) se ioniza y calienta mediante ondas de radio; tras lo que la combinación de campos eléctricos y magnéticos aceleran en una cámara especial. Consigue un rendimiento enorme, lo malo de este sistema es que necesita muuucha potencia para alcanzar el rendimiento óptimo.
-- Propulsor de Plasma 'sin electrodos': Aún en investigación este método de propulsión es similar al siguiente, se bombardea un gas y luego se calienta y se acelera, solo que en este caso solo es un campo magnético el que se encarga del trabajo. Este sistema produce mucho empuje en comparación con los demás.
-- Propulsor Inductivo de Pulsos: Este sistema tampoco necesita electrodos (que dicho sea de paso, son muy susceptibles al desgaste). Usa un campo eléctrico perpendicular a otro magnético para acelerar el gas (que se 'expulsa' en forma de pequeñas nubes) a través de una bobina. El efecto es que la nave se propulsa a 'tirones' o a pulsos.


¿Qué hacemos con esto?
Una vez más, tercera ley de Newton y pálante (nunca mejor dicho). el chorro de Iones generado nos da un empuje (leve pero constante hacia delante). Lo importante de este sistema es que el empuje es 'pequeño' en comparación con, por ejemplo, los cohetes químicos. Estos motores no podrían generar la aceleración suficiente como para transportar cargas desde la superficie. Pero tienen un rendimiento muy superior a estos. Aceleración constante y poco desgaste de los motores. Esto es posible porque una pequeña masa produce un empuje bastante gordo, el llamado impulso específico (ratio entre masa de combustible (masa reactiva) y el cambio en el momento (masa · velocidad))

¿Probable?
Mucho, actualmente varias misiones de la NASA y la ESA (la contrapartida Europea de la NASA, ceporrines) equipan a sus naves de misiones largas o de baja propulsión con motores de este tipo, dado su escasísimo desgaste, su alto rendimiento y 'simplicidad' en los mecanismos de control.
Aun así esta tecnología sólo está un escalón por encima del nivel de 'experimental' así que tardaremos un poco más en verla implantada en satélites estacionarios y demás. Esta propulsión es muy adecuada para misiones científicas que requieran gran precisión y para corrección de órbitas, tanto que se llevan usando en satélites rusos desde 1972.

Por poneros un ejemplo de uso en una misión de verdad - es un decir - os puedo dar el de la sonda europea SMART-1 (que era un compendio de tecnologías experimentales, un 'vamos-a-probarlo-todo'), o la sonda japonesa Hayabusa (para el estudio del asteroide 25143 Itokawa, para probar el 'vuelo rasante' con los motores de Efecto Hall de Xenon)


Ejemplos:
Prácticamente toda Nave Generacional de ciencia ficción cuenta con un sistema de propulsión de este tipo o similar.
¿Que qué es una nave generacional? ¡Muy buena pregunta! Se nota que aprendéis.
Una nave de este tipo es, lamentablemente, lo más cercano de viajar entre las estrellas que podríamos tener con las previsiones de avance tecnológico actuales. Dado que los motores de iones producen un impulso pequeño pero constante, estas naves no pueden alcanzar grandes velocidades y serán muy lentas.
De hecho es muy difícil que alcancen velocidades cuasilumínicas. En esta nave (gigantesca, por cierto) viven cientos de seres humanos; el motivo es que al ser el viaje tan largo (cientos de años) deberán 'perpetuar' la tripulación. Aparte de esto, la nave deberá ser autónoma y autosuficiente; con capacidad para unas 160 personas mínimo.
Digo mínimo porque se estima que este es el valor mínimo para que haya una diversidad genética suficiente para que los herederos de los tripulantes no tengan enfermedades congénitas, aunque los bancos de óvulos y esperma harían que el número se redujese muchísimo.

Desde el punto de vista ingenieril esto es más que un reto imposible. Exige una tolerancia a fallos impresionante. En fin, el ejemplo que os pongo es la nave Agronos de la novela de Richard Paul Russo 'Dentro del Leviatán'***; un novelón de Sci-fi que recomiendo desde este rinconcito.

Un ejemplo pequeñín y querido son los Cazas estelares del Imperio de Star Wars, los TIE. No en vano, TIE es el acrónimo de Twin Ion Engine ó Motor Doble de Iones. Eso si, el yayo Lucas se flipó mucho, un motor de iones no puede dar una aceleración tan grande como la que parecen tener esos bichos... pero bueno, es de una galaxia muy lejana hace mucho tiempo. Igual saben algo que nosotros no ;)


Y la semana que viene, misma bat-hora y mismo bat-canal, toca uno que es 'ligeramente' controvertido: El motor de pulsos nucleares. Espero tenerlo a tiempo, porque con este he estado hasta el último momento.
Nos vemos, pasadlo bien. No os toqueis xP







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*[me sigue pareciendo ridículo que una nave espacial pueda tener un motor eléctrico y que un coche tenga tanto rechazo. No me mireis mal, en 1900 el estandar era 'coche eléctrico']

**[...que tan buenos momentos de risa nos hizo pasar en las clases de fisica del insti]

***['ship of fools' en el original. Es lo que tiene el ser reeditado bajo el titulo de 'Unto Leviathan' y luego ser publicado en España, esta vez no ha sido un caso de 'Aventuras Superdivertidas 2']