Cómo Funcionan Los Cohetes De Plasma

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¡y si pudiéramos llegar a marte en 40 días en lugar de siete meses! Podría pasar si usáramos cohetes de plasma. Obtenga más información en WordsSideKick.com.

Cinco. Cuatro Tres. Dos. Uno. ¡Despegar! Into the sky dispara una nave espacial, moviéndose rápidamente más allá de nuestra atmósfera y hacia el espacio exterior. En el último medio siglo, las personas pasaron de admirar asombradas las estrellas que brillan en el cielo nocturno a vivir en realidad durante meses en la Estación Espacial Internacional entre los cuerpos celestes. Y mientras que los humanos han puesto un pie en la luna, el aterrizaje en cualquier lugar más lejano se ha reservado solo para robots y naves no tripuladas.

Un lugar donde la gente está muy interesada en visitar es Marte. Aparte de los desafíos reales de aterrizar y pasar cualquier momento en un lugar tan poco acogedor como el planeta rojo, hay un gran obstáculo para llegar allí. En promedio, Marte está a unos 140 millones de millas (225.3 millones de kilómetros) de la Tierra. Incluso cuando está en su punto más cercano, todavía está a unos 35 millones de millas (56.3 millones de kilómetros) de nuestro planeta [fuente: St. Fleur]. El uso de cohetes químicos convencionales que normalmente nos transportan al espacio exterior tardaría al menos siete meses en llegar allí, no en un lapso de tiempo exacto [fuente: Verhovek]. ¿Hay alguna manera de que podamos hacerlo más rápido? Entra en el cohete de plasma!

En lugar de utilizar el combustible convencional para cohetes, los científicos e ingenieros han recurrido a la promesa de los cohetes de plasma para propulsarnos a los alcances más lejanos del espacio exterior. En este tipo de cohete, se utiliza una combinación de campos eléctricos y magnéticos para descomponer los átomos y las moléculas de un gas propulsor en una colección de partículas que tienen una carga positiva (iones) o una carga negativa (electrones). En otras palabras, el gas propulsor se convierte en plasma.

En muchas configuraciones de este motor, se aplica un campo eléctrico para expulsar los iones por la parte trasera del motor, lo que proporciona empuje a la nave en la dirección opuesta [fuente: Zyga]. Con esta tecnología optimizada, una nave espacial podría en teoría alcanzar una velocidad de 123,000 mph (198,000 kph) [fuente: Verhovek]. ¡A esa velocidad, podrías llegar de Nueva York a Los Ángeles en un minuto!

Plasma: el cuarto estado de la materia

Plasma: el cuarto estado de la materia

Un hombre visita el televisor LCD de alta definición más grande del mundo en una convención en Berlín. Los televisores de plasma son ahora muy comunes. snapshot-photography / ullstein bild a través de Getty Images

El mundo generalmente se divide en tres estados de materia: sólido, líquido y gas. Cuando la materia está fría, es sólida. A medida que se calienta, se convierte en un líquido. Cuando se aplica más calor, se obtiene un gas. Sin embargo, la historia no termina ahí. A medida que agrega más calor, obtiene plasma. La energía extra y el calor rompen los átomos neutros y las moléculas en el gas en iones típicamente cargados positivamente y electrones cargados negativamente. Las partículas cargadas le dan al plasma interesantes propiedades conductoras, por lo que la tecnología de plasma se usa para hacer todo tipo de artículos que usamos todos los días. Los chips de computadora, los letreros de neón, incluso el recubrimiento metálico en el interior de una bolsa de papas fritas se crean con tecnología de plasma. Y, por supuesto, está el televisor de plasma que usa plasma para liberar fotones de luz, lo que le brinda una pantalla a color de píxeles en su pantalla. De hecho, el 99 por ciento de la materia ordinaria en el universo está en estado de plasma [fuente: Charles].

La mayoría de las estrellas, incluido nuestro sol, están hechas de plasma. Si es tan frecuente en el universo, ¿por qué no lo vemos mucho en la Tierra? Bueno, en realidad, lo hacemos. Las luces del norte y del sur son creadas por los vientos solares. ¿Y qué son los vientos solares? ¡Plasma! De acuerdo, no todos tienen la suerte de ver estas espectaculares pantallas de luz, pero se puede ver el plasma en acción durante otra muestra de luz increíble que ofrece la naturaleza: una tormenta eléctrica. A medida que la electricidad en el rayo fluye a través del aire, proporciona tanta energía a las moléculas en su camino que los gases en el camino del rayo se transforman en plasma.

La tecnología de plasma también se ha utilizado en cohetes para ayudarnos a desplazarnos por el espacio exterior, y es la más prometedora para llevar a los humanos a lugares en los que antes solo podíamos soñar. Estos cohetes deben estar en el vacío del espacio exterior para funcionar, ya que la densidad del aire cerca de la superficie de la tierra disminuye la aceleración de los iones en el plasma necesarios para crear empuje, por lo que no podemos usarlos para el despegue. tierra. Sin embargo, algunos de estos motores de plasma han estado operando en el espacio desde 1971. La NASA normalmente los usa para el mantenimiento en la Estación Espacial Internacional y los satélites, así como la principal fuente de propulsión al espacio profundo [fuente: NASA].

Tipos de cohetes de plasma

Tipos de cohetes de plasma

El astronauta y físico costarricense Franklin Chang Díaz explica la evolución de su proyecto de motor de plasma. MAYELA LOPEZ / AFP / Getty Images

Todos los cohetes de plasma funcionan según el mismo tipo de principio: los campos eléctricos y los campos magnéticos trabajan lado a lado para transformar primero un gas, generalmente xenón o criptón, en plasma y luego aceleran los iones en el plasma para que salgan del motor a más de 45,000 mph ( 72,400 kph), creando un empuje en la dirección del viaje deseado [fuente: Science Alert]. Hay muchas formas en que se puede aplicar esta fórmula para crear un cohete de plasma funcional, pero hay tres tipos que se destacan como los mejores y más prometedores [fuente: Walker].

Propulsores de sala son uno de los dos tipos de motores de plasma que actualmente se usan regularmente en el espacio. En este dispositivo, los campos eléctricos y magnéticos se configuran de manera perpendicular en la cámara. Cuando la electricidad se envía a través de estos campos de duelo, los electrones comienzan a girar súper rápido en círculos.A medida que el gas propulsor se escurre en el dispositivo, los electrones de alta velocidad eliminan los electrones de los átomos del gas, creando un plasma que consiste en electrones libres (que llevan cargas negativas) y los átomos (iones) cargados positivamente ahora del propelente. Estos iones se disparan desde la parte trasera del motor y crean el empuje necesario para impulsar el cohete hacia adelante. Mientras que los dos procesos de ionización y aceleración de los iones ocurren en pasos, ocurren dentro del mismo espacio en este motor. Los propulsores Hall pueden generar una cantidad significativa de empuje para la potencia de entrada utilizada, por lo que pueden ir increíblemente rápido. Pero hay límites en su eficiencia de combustible.

Cuando la NASA está buscando un motor que sea más eficiente en el consumo de combustible, en lugar de eso, recurre a motores de iones cuadriculados. En este dispositivo comúnmente utilizado, los campos eléctricos y magnéticos están situados a lo largo de las paredes de la cámara del motor. Cuando se aplica energía eléctrica, los electrones de alta energía oscilan en y a lo largo de los campos magnéticos cerca de las paredes. De forma similar al propulsor Hall, los electrones son capaces de ionizar el gas propulsor en un plasma. Para realizar el siguiente paso de la creación de empuje, las rejillas eléctricas se colocan en el extremo de la cámara para acelerar la salida de los iones. En este motor, la ionización y la aceleración ocurren en dos espacios diferentes. Si bien el motor de iones cuadriculado es más eficiente en combustible que un propulsor Hall, el inconveniente es que no puede generar tanto empuje por unidad de área. Dependiendo del tipo de trabajo que desean realizar, los científicos y los ingenieros aeroespaciales eligen qué motor se adapta mejor a la misión.

Finalmente, está el tercer tipo de motor: VASIMR, abreviatura de Variable de impulso específico Magnetoplasma Rocket. Este cohete, desarrollado por el ex astronauta Franklin Chang Díaz, existe ahora solo en la fase de prueba. En este dispositivo, los iones se crean a través de ondas de radio generadas por una antena para formar el plasma. Otra antena aguas abajo agrega energía que hace que los iones giren en un círculo muy rápido. Un campo magnético proporciona direccionalidad para que los iones se liberen del motor en línea recta, lo que libera el empuje. Si funciona, este cohete tendrá un enorme rango de aceleración, algo que el propulsor Hall y el motor de rejilla de iones no pueden lograr tan fácilmente.

Siguiente parada... marte?

Los cohetes convencionales son geniales y nos han llevado lejos, pero tienen sus limitaciones. Estos cohetes también funcionan sobre la base del empuje: el motor quema combustible, creando un gas de alta presión que sale forzado de la boquilla del cohete a alta velocidad y el cohete se propulsa en la dirección opuesta [fuente: cerebro]. El combustible para cohetes, sin embargo, es muy pesado y muy ineficiente. No puede proporcionar suficiente poder para llegar a lugares rápidamente. El combustible para cohetes se quema en el esfuerzo por salir de la Tierra y entrar en órbita, y luego la nave espacial básicamente se ve obligada a simplemente a la costa [fuente: Verhovek].

Un cohete de plasma, por otro lado, usa mucho menos combustible que estos motores convencionales: 100 millones de veces menos combustible, de hecho [fuente: Science Alert]. Es tan eficiente en el consumo de combustible que puede pasar de la órbita de la Tierra a la de la Luna con unos 30 galones (113 litros) de gas [fuente: Charles]. Los cohetes de plasma se aceleran gradualmente y pueden alcanzar una velocidad máxima de 34 millas (55 kilómetros) por segundo durante 23 días, lo que es cuatro veces más rápido que cualquier cohete químico [fuente: Verhovek]. Menos tiempo de viaje significa menos riesgo de que la nave experimente fallas mecánicas y que los astronautas estén expuestos a la radiación solar, la pérdida de hueso y la atrofia muscular. Con VASIMR, la propulsión también estará disponible teóricamente durante todo el viaje, lo que significa que los cambios de dirección podrían ser posibles en cualquier momento.

Para ser realistas, en este punto, el viaje a Marte en poco tiempo todavía está muy lejos. Alcanzar estos tipos de distancias extremas requerirá mucha potencia. La mayoría de los propulsores Hall y los motores de iones reticulados funcionan con aproximadamente 5 kilovatios de potencia. Para alcanzar los niveles de potencia que necesitarías para llegar a Marte en unos 40 días, necesitarías al menos 200 veces esa cantidad [fuente: Walker]. La fuente de energía más viable para generar esta cantidad de energía mientras se está en el espacio exterior son las fuentes de energía nuclear integradas en el motor. En este momento, sin embargo, poner una fuente de energía nuclear en un cohete que arrojamos desde la Tierra al espacio representa una gran amenaza de exposición a la radiación en el caso de un choque.

Así que la fuente de energía para alcanzar esas distancias sigue siendo un gran desafío. Sin mencionar la incertidumbre de cómo reaccionaría el cuerpo humano al viajar a 34 millas (54 kilómetros) por segundo (a diferencia de las 4.7 millas o 7.5 kilómetros por segundo, los astronautas viajan para llegar a la órbita de la Tierra en cohetes convencionales) [fuentes: Verhovek, Grupo de razonamiento cualitativo de la Northwestern University]. Pero en teoría, con la potencia suficiente, estos motores tienen la capacidad de llegar a Marte en unos 40 días, una proeza que no nos hubiéramos atrevido a soñar con solo hace 50 años.

Nota del autor: Cómo funcionan los cohetes de plasma

Primero leí "El marciano", y ahora escribí este artículo. Nunca he estado tan entusiasmado con Marte! No estoy seguro de querer ir yo mismo, ¡sino más poder para los astronautas que pueden algún día caminar sobre el planeta rojo!


Suplemento De Vídeo: AHORA SÍ! El nuevo propulsor iónico X3 de la NASA permitirá viajes a Marte más rápidos y baratos.




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