26/Oct/07

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El motor de iones

La noticia de que la sonda Dawn ha probado su motor iónico nos lleva a preguntarnos sobre que son y como funcionan este tipo de motores y porque su desarrollo es tan importante para la carrera espacial. En este artículo se tratará de explicarlo.

Para entender la importancia de los motores iónicos, primero es preciso entender el funcionamiento general de los motores cohete.

Un motor cohete se basa en el principio de acción y reacción descubierto por Isaac Newton; para ser mas precisos, la velocidad que puede alcanzar un cohete viene determinada por la cantidad de movimiento generado por el chorro de gas, que se transferirá al cohete.

La cantidad de movimiento de un objeto se define como la masa de dicho objeto multiplicada por su velocidad, de manera que si queremos saber la velocidad que puede alcanzar un cohete, la fórmula será: Mc*Vc=Mg*Vg; siendo Mc la masa del cohete, Vc la velocidad del cohete, Mg la masa del chorro de gas y Vg la velocidad del chorro de gas.

Explicado con un ejemplo, si el cohete pesa 10 toneladas y lanza un chorro de gas de 1 tonelada a una velocidad de 10km/s, entonces el cohete acelerará a 1km/s. Del mismo modo, si este mismo cohete lanza un chorro de gas de 1 kilo de peso a 10.000km/s, su velocidad también se situará en 1km/s.

En este último parrafo es donde está la clave; cuanto mayor sea la velocidad a la que salgan expulsados los gases de escape, menor cantidad de gas será preciso lanzar al espacio. Este dato es muy importante, ya que la cantidad de propulsante que puede transportar una nave espacial es limitada, por tanto cuanto mayor sea la velocidad de escape, mayor será la velocidad máxima que podrá alcanzar la nave.

Y aquí es donde está la diferencia entre los motores convencionales y los iónicos; mientras los primeros lanzan su chorro de gas a una velocidad de unos pocos kilómetros por segundo, los segundos los lanzan a una velocidad de decenas de kilómetros por segundo, con lo que la velocidad final que puede alcanzar la nave se multiplica en proporción. Ademas, la cantidad de propulsor que los motores iónicos expulsan es ínfima, de manera que pueden estar funcionando durante meses, mientras que los cohetes convencionales agotan su combustible en unos minutos.

¿Como funcionan los motores de iones? La característica mas importante es que no queman combustible; los motores iónicos funcionan con energía eléctrica, que en las naves actuales se produce mediante paneles fotovoltaicos. Luego, en sus depósitos transportan una carga de algún elemento susceptible de ser evaporado e ionizado; el preferido es el Xenon, pero también puede utilizarse Argon e incluso Mercurio.

El elemento propulsante se inyecta a través del conducto P hasta llegar al elemento S donde se evapora e ioniza, dándole carga positiva. El gas se acelera en el camino entre los anillos A y B debido a la diferencia de cargas eléctricas y antes de salir al exterior por la tobera pasa por el anillo F donde el chorro de gas (de carga positiva) recibe electrones, con lo que su carga vuelve a ser neutra. Una vez cruzado el anillo F, el gas es expulsado al exterior.

Actualmente, los motores ionicos ya se han utilizado en algunas naves espaciales, de las cuales la mas conocida es la SMART, de la Agencia Espacial Europea. Las naves de propulsión ionica tienen la peculiaridad de que su potencia es minúscula, pero su motor puede estar meses en marcha; en el caso de la nave SMART, necesitó nueve meses para llegar a la Luna; respecto a la DAWN, necesitará 8 años para llegar al cinturón de asteroides. El motivo de esta escasa potencia es que los motores iónicos se alimentan de la energía producida por los paneles solares; el problema es que la potencia que producen es muy escasa, con lo que la potencia de propulsión también lo será.

De todas formas, hay que aclarar que una nave iónica no tiene que propulsarse obligatoriamente mediante paneles solares, es perfectamente posible producir la electricidad mediante energía nuclear; en este caso sería posible lanzar el chorro a velocidades mucho mayores, con lo que la potencia aumentaría en consonancia.

En resumen, los motores iónicos (al menos los actuales) proporcionan un empuje muy pequeño, pero pueden estar funcionando durante periodos de tiempo muy largos lo que los hace especialmente aptos para maniobrar una nave en el espacio. Sin embargo, su escasa potencia hace imposible utilizarlos en el lanzamiento, para lo que seguirán siendo necesarios los cohetes convencionales.

Fuente: Teleobjetivo . Aportado por Gustavo Courault