El dispositivo aplicaría campos magnéticos para hacer que las partículas de plasma, un gas cargado eléctricamente también conocido como el cuarto estado de la materia, salieran disparados por la parte trasera de un cohete y, debido a la conservación del impulso, impulsaran 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 las líneas del campo magnético convergen, se separan repentinamente y luego se unen nuevamente, produciendo mucha energía. La reconexión también ocurre dentro de los dispositivos de fusión en forma de rosquilla conocidos como tokamaks.
"He estado cocinando este concepto por un tiempo", dijo en un comunicado Fatima Ebrahimi, física investigadora principal de PPPL, inventora del concepto y autora de un artículo que detalla la idea en el Journal of Plasma Physics. "Tuve la idea en 2017 mientras estaba sentada 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, lo que me pareció un empuje".
La fusión, el poder que impulsa al sol y las estrellas, combina elementos ligeros en forma de plasma, el estado caliente y 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 prácticamente inagotable para generar electricidad.
LOS MOTORES DE PLASMA ACTUALES USAN CAMPOS ELÉCTRICOS
Los propulsores de plasma actuales que usan campos eléctricos para impulsar las partículas solo pueden producir un impulso o velocidad específicos bajos. Pero las simulaciones por computadora realizadas en computadoras PPPL y el Centro Nacional de Computación Científica de Investigación Energética, una instalación de usuarios de la Oficina de Ciencias del DOE en el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley en Berkeley, California, mostraron 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 fabricamos propulsores basados en la reconexión magnética, 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 usar más electroimanes y más campos magnéticos, de hecho se puede girar una perilla para ajustar la velocidad", dijo Ebrahimi.
En segundo lugar, el nuevo propulsor produce movimiento al expulsar partículas de plasma y burbujas magnéticas conocidas como plasmoides. Los plasmoides agregan potencia a la propulsión y ningún otro concepto de propulsor los incorpora.
En tercer lugar, a diferencia de los conceptos de propulsores actuales 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 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 puedes usar cualquier tipo de gas que desees", dijo Ebrahimi. Los científicos pueden preferir el gas ligero en algunos casos porque los átomos más pequeños pueden moverse más rápidamente.
Este concepto amplía la cartera de PPPL de investigación en propulsión espacial. 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!".
Fuente CIENCIA PLUS