Se acercan avances de propulsión avanzada. Las naves espaciales han estado atascadas a velocidades lentas de cohetes químicos durante años y un impulso iónico débil durante décadas. Sin embargo, son posibles velocidades de más de un millón de millas por hora antes de 2050. Hay nuevas innovaciones sorprendentes con proyectos técnicamente viables.
El Instituto de Conceptos Avanzados de la NASA (NIAC) está financiando dos conceptos de alto potencial. Las nuevas unidades de iones podrían tener diez veces mejores en términos de ISP y niveles de potencia diez mil veces más altos. Se están desarrollando propulsión de antimateria y unidades de iones de varios megavatios.
Esto está escrito por Brian Wang de Nextbigfuture. Brian escribirá artículos de invitado habituales para Universe Today.
Propulsión y velocidad en el espacio
¿Cuáles son las naves espaciales más rápidas que hemos construido?
La nave espacial Voyager 1 se mueve a 38.000 mph (61.000 km / h). Esto se logró principalmente con un cohete químico, pero también con una honda gravitacional. Las naves espaciales Juno, Helios I y Helios II alcanzaron velocidades en el rango de 150,000 mph usando impulsos gravitacionales. La sonda solar Parker, lanzada recientemente, alcanzará las 430.000 mph utilizando la gravedad del Sol.
La aceleración gravitacional puede aumentar muchas veces la velocidad de una nave espacial. Sin embargo, usar la gravedad de Júpiter y el Sol para obtener más velocidad desperdicia mucho tiempo. La nave espacial tarda muchos meses en dar la vuelta al Sol y ganar velocidad antes de comenzar la misión real.
Mejores velocidades y tiempos de cohetes químicos
Repostar un cohete grande como el SpaceX BFR puede producir tiempos de viaje sorprendentemente buenos a Marte.
Múltiples repostajes orbitales del SpaceX BFR en una órbita alta pueden maximizar la velocidad del BFR. Un SpaceX BFR completamente alimentado acortaría el viaje de ida a Marte a tan solo 40 días. Se utilizaría una órbita parabólica en lugar de una transferencia de Hohmann.
Las misiones espaciales a Marte han sido pequeñas naves espaciales. Toda la misión se lanzó desde la Tierra. Esto significa que la mayor parte del combustible se utilizó para sacar el sistema de la Tierra. La etapa final es diminuta y lenta.
Al repostar el SpaceX BFR en órbita, es posible realizar una gran misión espacial impulsada químicamente con hasta 10,0 kilómetros por segundo delta-V. Esto es aproximadamente cien veces más grande que las misiones anteriores de la Tierra a Marte y tres veces más rápido.
Tabla de velocidades de conducción
Las velocidades del propulsor se comparan a continuación. La propulsión avanzada puede ir de veinte a cincuenta veces más rápido que los cohetes químicos y los impulsores de iones existentes.
|_+_|Propulsión avanzada: unidades de iones de litio de varios megavatios
JPL (Jet Propulsion Lab) probará un propulsor de iones de litio 50000 ISP en 4 meses. Esto es parte de un estudio de fase 2 del NIAC de la NASA para usar láseres para transmitir 10 megavatios de potencia a nuevos impulsores de iones.
Mucha gente no está al tanto de los avances recientes con láseres más potentes. El ejército de los EE. UU. Está desarrollando conjuntos de láseres que pueden producir 100 kilovatios en los próximos 2 años. Los militares deberían tener matrices láser de megavatios alrededor de 2025.
Las unidades de iones de litio alimentadas por rayo láser son diez veces más rápidas que cualquier unidad de iones anterior. Una nave espacial con este sistema tardaría menos de un año en llegar a Plutón.
JPL está construyendo y probando los diversos componentes de este sistema. La vela y los motores de iones se están uniendo. La parte difícil son los láseres de matriz en fase.
Están aumentando el voltaje de prueba hasta 6000 voltios para que los accionamientos de iones de litio puedan accionarse directamente. La transmisión directa elimina la necesidad de una gran cantidad de componentes electrónicos pesados que matarían el rendimiento.
La densidad de energía será cien veces mayor que la energía solar basada en el sol. Reducirán el tamaño del sistema utilizando una longitud de onda láser de 300 nanómetros en lugar de 1063 nanómetros.
La unidad de iones de litio de varios megavatios presenta desafíos técnicos. Sin embargo, un proyecto bien financiado puede tener éxito antes de 2040.
Propulsión avanzada: Dinámica de positrones - Unidad de fusión catalizada por positrones
Positron Dynamics ha actualizado el NIAC y Brian Wang ha entrevistado al director ejecutivo de Positron Dynamics, Ryan Weed.
Se evitan los problemas para crear y almacenar antimateria. Los isótopos de criptón se utilizan para generar positrones calientes. Se pueden fabricar más isótopos utilizando reactores productores de neutrones. Esto evita el problema de crear antimateria.
La antimateria no se almacena, lo cual es genial porque no sabemos cómo almacenar la antimateria. Los positrones se crean y luego se dirigen a un proceso que produce propulsión de fusión. Esto también resuelve el problema de usar antimateria para generar propulsión.
Positron Dynamics ralentiza los positrones que se generan. Tienen un pequeño dispositivo moderador. Utiliza varias capas de película de carburo de silicio para extraer positrones individuales. Un campo eléctrico hace que las partículas se desplacen a la superficie de cada capa donde pueden enfriarse. Los positrones catalizan reacciones de fusión en un denso bloque de deuterio. Esto produce propulsión.
Por: Brian Wang de Nextbigfuture.