Un nuevo motor que usa fusión nuclear para generar erupciones solares en miniatura recortaría los viajes interplanetarios de meses a semanas.

Concepto de la nave con motor de fusión nuclear

Acaban de anunciar un nuevo concepto de motor de fusión que usa los mismos principios que las erupciones solares para impulsar naves espaciales 10 veces más rápido que los motores actuales. Si tiene éxito, permitirá la exploración y colonización de todo el sistema solar en tiempo récord, convirtiendo a la humanidad en una especie interplanetaria.

Esto sería prácticamente imposible con los métodos de propulsión actuales. Viajar a Marte puede tomar de siete a cinco meses, dependiendo de lo cerca que estemos del planeta rojo. Es un viaje demasiado largo. Más allá, es humanamente imposible.

Con este nuevo motor, el tiempo se podría reducir a un mes, abriendo la posibilidad de que seres humanos viajaran a las lunas de Jupiter y Saturno sin problemas.

El motor de fusión ideado por la Dra. Fátima Ebrahimi —una científica iraní que en 1993 se licenció en Física en la Universidad de Teherán antes de emigrar a Estados Unidos para doctorarse en Física de Plasma en la Universidad de Wisconsin-Madison— utiliza el principio de reconexión magnética.

La Dra. Ebrahimi, del Princeton Plasma Physics Laboratory

Este es un fenómeno que ocurre por todo el universo: en la superficie de las estrellas, líneas de fuertes campos magnéticos convergen para separarse de repente y unirse de nuevo, provocando lenguas de plasma que se disparan a velocidades de 20 a 2.000 kilómetros por segundo.

También sucede en los tokamaks, un tipo de reactor que usa fuertes campos magnéticos para contener la reacción de fusión que alimenta a las estrellas.

La Génesis del “Ebrahimi Drive”

Ebrahimi —que acaba de publicar su trabajo en el diario científico ‘Journal of Plasma Physics‘— cuenta que llegó a “esta idea en 2017 mientras meditaba sobre las similitudes entre el tubo de escape de un coche y las partículas de alta velocidad creadas en el National Spheric Torus Experiment” (NSTX) del laboratorio de Física de Plasma de la Universidad de Princeton en el que trabaja.

Estos reactores son una de las grandes esperanzas de la humanidad para obtener energía limpia e infinita a partir de deuterio y tritio, dos isótopos del hidrógeno. Por ahora, todavía no hemos conseguido producir más energía que la que necesitamos para fusionar los isótopos y contener la reacción. Se supone que el experimento europeo ITER podría ser el primero en crear más energía de la que se gasta. Estados Unidos también está en la carrera con sus propios tokamaks.

La clave del motor de fusión propuesto por Ebrahimi es que no necesita contener la reacción, sino utilizarla para la propulsión. El motor se podría fabricar con tecnología existente y sin la necesidad de poner las 23.000 toneladas de un tokamak en el espacio.

                                                        Experimento de plasma de Princeton

Según Ebrahimi, “durante su operación, [el NSTX] produce burbujas magnéticas llamadas plasmoides que se mueven a alrededor de 20 kilómetros por segundo”. Teóricamente, la velocidad típica de un motor de esta clase estaría en 150 a 350 kilómetros por segundo, incluso más. Una velocidad que hará posible misiones interplanetarias tripuladas con garantías de éxito, reduciendo de forma radical las necesidades logísticas de los viajes y la exposición de los astronautas a la letal radiación cósmica.

 

La científica iraní no es la primera en proponer motores que utilizan plasma para la propulsión, pero su versión es radicalmente diferente a las actuales. Existen motores de plasma que utilizan campos eléctricos para expulsar los iones de plasma, que pueden usar diferentes combustibles, desde gases como el argón hasta la orina de los astronautas. También hay motores de iones, como el que la NASA va a utilizar en su sonda Deep Space I, que también usan campos eléctricos para acelerar y expulsar electrones de gases pesados como el xenón.

Aceleración y Velocidad

Estas dos tecnologías son ideales para satélites o pequeñas sondas interplanetarias. Su empuje es el equivalente al peso de una hoja de papel, pero la velocidad producto del impulso acumulado sería extremadamente grande después de mucho tiempo. Por ejemplo, un motor de iones puede acelerar la masa de un coche a 100 kilómetros por hora en dos días. Pero, si le das unos años, una nave espacial con un ‘ion thruster’ podría acelerar hasta los 90 kilómetros por segundo.

Desgraciadamente, no son tecnologías prácticas para misiones tripuladas. Para viajar de forma práctica a Marte y otros mundos más allá del cinturón de asteroides, hay que poder acelerar rápidamente y seguir incrementando la velocidad de forma constante antes de tener que realizar la maniobra inversa para disminuir la velocidad y entrar en órbita planetaria.

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Esto tampoco es posible con cohetes químicos, que pueden acelerar una gran masa rápidamente, pero durante un periodo muy corto de tiempo porque el combustible se acaba rápidamente, lo que al final limita la velocidad punta. Según Ebrahimi, “los viajes de larga distancia toman meses o años porque el impulso específico de los cohetes químicos es muy bajo […], pero si hacemos motores basados en la reconexión magnética, entonces podremos completar misiones de larga distancia en un periodo de tiempo más corto”.

Existe otro motor de fusión en desarrollo llamado Direct Fusion Drive. Este motor no utilizaría deuterio y tritio como los tokamaks actuales, sino deuterio y helio-3. No solo estos elementos son estables, sino que además son abundantes (el tritio es raro en la Tierra y además es radioactivo).

Según sus promotores —que también han salido del mismo laboratorio de Princeton—, el DFD no produciría neutrones altamente nocivos para los astronautas, sino que la reacción sería aneutrónica y por tanto no requeriría de blindajes antiradiación. Aunque dicen que tendrán un prototipo para 2028, es difícil de predecir si lo van a lograr o no. Según el ITER, para poder fusionar los núcleos de deuterio y helio-3, necesitas niveles de energía “10 veces más altos que los de un sistema de fusión D-T”.

Clave para la Expansión Interplanetaria

La propuesta de Ebrahimi, sin embargo, no tiene ni ese hándicap ni el problema con la radiación. Su motor de campos magnéticos podría utilizar átomos pesados o ligeros. Según la científica, “aunque otros impulsores requieren de gas pesado, como el xenón, en este concepto puedes utilizar cualquier tipo de gas”.

Las simulaciones realizadas en el laboratorio de física de plasma en Princeton y el centro de computación del departamento de energía norteamericano en el Lawrence Berkeley National Laboratory parecen concluyentes. El motor de fusión de Ebrahimi, que utiliza tanto la eyección de plasma como los plasmoides, alcanzaría velocidades de más de 300 kilómetros por segundo, 10 veces más rápido que cualquier sistema de impulso por plasma.

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Ahora, como ella apunta, solo hace falta construir el prototipo que demuestre que el motor funciona como predicen las simulaciones.

No tendrá problema en conseguir financiación. Todas las agencias espaciales del mundo están en una carrera para conseguir un propulsor alternativo que pueda llevar a sus naves a cualquier planeta. China ya ha dicho que tendrá una flota de naves nucleares para 2040. Tanto Estados Unidos como Rusia han puesto recursos en estas nuevas formas de propulsión. Los europeos también estamos trabajando en un motor espacial de fusión abierto.

Todos saben que, sin acortar el tiempo de viaje —y por tanto rebajar la cantidad de comida, agua y, aun más crítico todavía, la exposición a la radiación solar y cósmica o los daños psicológicos— nunca podremos convertirnos en una especie interplanetaria. Y quien domine esa nueva forma de propulsión será quien lidere los próximos 10.000 años de civilización.

 

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