La propulsión eléctrica espacial mejorará su eficacia con las supercomputadoras

Las naves espaciales impulsadas por propulsión eléctrica pronto podrían estar mejor protegidas contra sus propios gases de escape, gracias a nuevas simulaciones de supercomputadoras.

La propulsión eléctrica es una alternativa más eficiente a los cohetes químicos tradicionales y se está utilizando cada vez más en misiones espaciales, comenzando con prototipos en Deep Space 1 de la NASA y Smart-1 de la Agencia Espacial Europea (ESA) en 1998 y 2003, respectivamente.

Luego han ido encontrando uso en misiones científicas emblemáticas como las misiones Dawn y Psyche de la NASA al cinturón de asteroides. Incluso hay planes para utilizar propulsión eléctrica en la estación espacial Lunar Gateway de la NASA. También emplea propulsión eléctrica el satélite español SpainSat NG I, que acaba de ser lanzado al espacio

La idea detrás de la propulsión eléctrica es que una corriente eléctrica ioniza (es decir, extrae un electrón de) los átomos de un gas neutro, como el xenón o el criptón, almacenados a bordo de una nave espacial. 

El proceso de ionización produce una nube de iones y electrones. Luego, un principio llamado efecto Hall genera un campo eléctrico que acelera los iones y electrones y los canaliza en una columna característicamente azul que emerge de la nave espacial a más de 60.000 kilómetros por hora. Por lo tanto, un sistema de propulsión eléctrica también se conoce como motor iónico.

Aunque la propulsión eléctrica está madurando y se está utilizando en una variedad de misiones, no es una tecnología perfecta. Un problema en particular es que la columna de iones puede dañar una nave espacial. 

Aunque la columna está orientada en dirección opuesta a la sonda, los electrones en la columna pueden ser redirigidos, moviéndose en dirección contraria a la de la columna e impactando la nave espacial, dañando los paneles solares, las antenas de comunicación y cualquier otro componente expuesto. Basta decir que esto no es bueno para la sonda.

"Para misiones que podrían durar años, los propulsores [de propulsión eléctrica] deben funcionar de manera suave y consistente durante largos períodos de tiempo", dijo a Space.Com Chen Cui, de la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de la Universidad de Virginia.

Antes de poder implementar soluciones para proteger una nave espacial de estos electrones retrodispersados, primero se debe comprender su comportamiento en una columna de humo de un motor iónico, y ahí es donde entran en juego Cui y Joseph Wang, de la Universidad del Sur de California. Ambos han realizado simulaciones por supercomputadora del escape de un motor iónico, modelando el comportamiento termodinámico de los electrones y cómo afectan a las características generales de la columna.

Ahora que los científicos comprenden mejor el comportamiento de los electrones en la columna de iones, pueden incorporarlo en los diseños de futuros motores de propulsión eléctrica, buscando formas de limitar la retrodispersión o quizás confinar los electrones más al núcleo del haz.