Un nuevo tipo de propulsor de cohete que podría llevar a la humanidad a Marte y más allá ha sido propuesto por un físico del Laboratorio de Física del Plasma de Princeton (PPPL) del Departamento de Energía de EE. UU. (DOE).

El dispositivo aplicaría campos magnéticos para causar partículas de plasma, gas cargado eléctricamente también conocido como el cuarto estado de la materia, disparar la parte trasera de un cohete y, debido a la conservación del impulso, Impulsar la nave hacia adelante. Los propulsores de plasma actuales, probados en el espacio, utilizan campos eléctricos para impulsar las partículas.

El nuevo concepto aceleraría las partículas mediante la reconexión magnética, un proceso que se encuentra en todo el universo, incluida la superficie del sol, en el que convergen las líneas del campo magnético, separarse de repente, y luego volver a unirnos, produciendo mucha energía. La reconexión también ocurre dentro de dispositivos de fusión en forma de rosquilla conocidos como tokamaks.

"He estado cocinando este concepto por un tiempo, "dijo la física investigadora principal de PPPL, Fatima Ebrahimi, inventor del concepto y autor de un artículo que detalla la idea en el Revista de física del plasma . "Tuve la idea en 2017 mientras estaba sentado en una terraza y pensaba en las similitudes entre el escape de un automóvil y las partículas de escape de alta velocidad creadas por el Experimento Nacional de Torus Esférico (NSTX) de PPPL, "el precursor de la actual instalación insignia de fusión del laboratorio". Durante su funcionamiento, este tokamak produce burbujas magnéticas llamadas plasmoides que se mueven a unos 20 kilómetros por segundo, que me pareció mucho a estocada ".

Fusión, el poder que impulsa el sol y las estrellas, combina elementos ligeros en forma de plasma:el calor, estado cargado de la materia compuesta de electrones libres y núcleos atómicos que representa el 99% del universo visible, para generar cantidades masivas de energía. Los científicos buscan replicar la fusión en la Tierra para obtener un suministro de energía virtualmente inagotable para generar electricidad.

Los propulsores de plasma actuales que utilizan campos eléctricos para impulsar las partículas solo pueden producir un impulso específico bajo, o velocidad. Pero las simulaciones por computadora realizadas en computadoras PPPL y el Centro Nacional de Computación Científica de Investigación Energética, una instalación para usuarios de la Oficina de Ciencias del DOE en el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley en Berkeley, California, demostró que el nuevo concepto de propulsor de plasma puede generar gases de escape con velocidades de cientos de kilómetros por segundo, 10 veces más rápido que los de otros propulsores.

Esa velocidad más rápida al comienzo del viaje de una nave espacial podría poner los planetas exteriores al alcance de los astronautas, Dijo Ebrahimi. "Los viajes de larga distancia llevan meses o años porque el impulso específico de los motores de cohetes químicos es muy bajo, por lo que la nave tarda un poco en ponerse al día, ", dijo." Pero si hacemos propulsores basados ​​en la reconexión magnética, entonces posiblemente podríamos completar misiones de larga distancia en un período de tiempo más corto ".

Hay tres diferencias principales entre el concepto de propulsor de Ebrahimi y otros dispositivos. La primera es que cambiar la fuerza de los campos magnéticos puede aumentar o disminuir la cantidad de empuje. "Al utilizar más electroimanes y más campos magnéticos, en efecto, puede girar una perilla para ajustar la velocidad, "Dijo Ebrahimi.

Segundo, el nuevo propulsor produce movimiento al expulsar partículas de plasma y burbujas magnéticas conocidas como plasmoides. Los plasmoides añaden potencia a la propulsión y ningún otro concepto de propulsor los incorpora.

Tercera, a diferencia de los conceptos actuales de propulsores que se basan en campos eléctricos, los campos magnéticos en el concepto de Ebrahimi permiten que el plasma dentro del propulsor consista en átomos pesados ​​o ligeros. Esta flexibilidad permite a los científicos adaptar la cantidad de empuje para una misión en particular. "Mientras que otros propulsores requieren gas pesado, hecho de átomos como el xenón, en este concepto puede utilizar cualquier tipo de gas que desee, "Dijo Ebrahimi. Los científicos podrían preferir gas ligero en algunos casos porque los átomos más pequeños pueden moverse más rápidamente.

Este concepto amplía la cartera de investigación de propulsión espacial de PPPL. Otros proyectos incluyen el Experimento Hall Thruster que fue iniciado en 1999 por los físicos de PPPL Yevgeny Raitses y Nathaniel Fisch para investigar el uso de partículas de plasma para mover naves espaciales. Raitses y los estudiantes también están investigando el uso de pequeños propulsores Hall para dar a los pequeños satélites llamados CubeSats una mayor maniobrabilidad mientras orbitan la Tierra.

Ebrahimi enfatizó que su concepto de propulsor proviene directamente de su investigación sobre la energía de fusión. "Este trabajo se inspiró en trabajos de fusión anteriores y esta es la primera vez que se proponen los plasmoides y la reconexión para la propulsión espacial, "Dijo Ebrahimi." ¡El siguiente paso es construir un prototipo! "