Mario Merino UC3M motor de plama
El motor de plasma propuesto incorpora una cámara de ionización en forma de 'U'. (Imagen: UC3M).

Investigadores de la Universidad Carlos III de Madrid (UC3M) han patentado un nuevo motor espacial de plasma capaz de propulsar satélites y vehículos espaciales. Por su geometría y configuración de campo magnético, las pérdidas en las paredes y su erosión se minimizarían. La propuesta trata así de solucionar los problemas de eficiencia, durabilidad y restricciones operativas de los motores que actualmente se encuentran en órbita.

Como explica a Innovaspain Mario Merino, investigador del Departamento de Bioingeniería e Ingeniería Aeroespacial de la UC3M, el nuevo motor se encuentra aún en una fase muy inicial de su desarrollo. “El siguiente paso es estudiar su funcionamiento y sus actuaciones propulsivas de cara a validar el concepto y optimizarlo”.

Para ello, Merino apunta que es imprescindible seguir una doble vía. “Por un lado, es necesario modelar y simular numéricamente la física del plasma dentro y fuera del motor. Una operación que requiere códigos de simulación avanzados. Además, hay que desarrollar un primer prototipo y ensayarlo en cámara de vacío, para demostrar experimentalmente su operación”. En el grupo de investigación EP2 (Equipo de Propulsión Espacial y Plasmas) de la Universidad Carlos III de Madrid cuentan con las capacidades para atacar ambos estudios.

Resolver un problema

Los motores de plasma existentes hoy en día consumen menos propulsante que los cohetes de combustión química, lo que permite realizar misiones más ligeras y, por tanto, más baratas. Sin embargo, presentan problemas de complejidad y durabilidad. Para operar necesitan electrodos metálicos en contacto con el plasma, que con el tiempo se erosionan hasta que el dispositivo deja de funcionar.

Recientemente, se ha desarrollado una nueva familia de motores de plasma sin electrodos que soluciona parte de estos problemas, pero, al tratarse de una tecnología incipiente, añade otras complejidades. “Estos motores cuentan con una cámara de ionización cilíndrica abierta por un extremo, por donde el plasma se acelera gracias a un campo magnético aplicado. El hándicap es que el campo magnético también lanza parte del plasma contra la pared trasera de la cámara de ionización, lo que da lugar a pérdidas de eficiencia”, señala Mario Merino. 

Máxima innovación

El nuevo motor patentado por la UC3M solventa este problema al modificar su diseño. En lugar de una cámara cilíndrica, dispone de una cámara de ionización en forma de 'U' y un campo magnético diseñado en concordancia, que minimizaría las pérdidas de plasma en las paredes. “Los dos extremos de la 'U' expulsan sendos chorros de plasma con una configuración que hemos bautizado como ‘tobera magnética dual’”, explica Merino. 

Este motor resolvería algunos problemas de eficiencia y durabilidad de los motores espaciales ya existentes, y permitiría más flexibilidad de misión al deflectar el chorro de plasma magnéticamente, sin necesidad de usar partes móviles. Además, cubriría las necesidades de propulsión para realizar misiones espaciales entre distintas órbitas terrestres, así como a la Luna o Marte, "de una forma más barata, eficiente y duradera".

“La propulsión espacial no tiene una solución única para todos los casos”. Mario Merino detalla que distintas misiones propulsivas requieren de distintos tipos de cohetes químicos y motores de plasma, afinados para funcionar de forma óptima en esos escenarios. “No esperamos que unos sustituyan a otros, sino más bien que se complementen”.

Una industria compleja y el caso español

Una vez tengan listo el prototipo es de esperar que el nuevo motor emprenda camino para llegar al mercado, una ruta más tortuosa en el caso de la industria aeroespacial. “Se requiere de muchos años para el desarrollo y la aceptación de una nueva tecnología como la de nuestra patente. Empresas, agencias espaciales y universidades intentan agilizar estos procesos para minimizar los tiempos de llegada al mercado. Conviene no olvidar que en cuestión de vuelos espaciales, la seguridad es lo primero. Hay que hacer bien el trabajo, y eso requiere tiempo”, asegura Mario Merino.

En opinión del investigador de la UC3M, España tiene una "incipiente" pero "ilusionante y prometedora" ‘área’ de I+D en ingeniería aeroespacial. “Son varios los ejemplos de nuevas empresas y emprendedores. También grupos de investigación como el nuestro que trabajamos con otros colegas de cualquier rincón del mundo. Aún así, España y Europa están por detrás respecto a Estados Unidos en ingeniería espacial”.

Mari Merino se muestra categórico. “No voy a decir nada nuevo. Sostener y fomentar la investigación en esta área y en muchas otras es esencial para el futuro económico del país. Hacerlo requiere de un plan a largo plazo de financiación que, en una primera etapa, ha de ser fundamentalmente pública, abundante, y sostenida. Con cada crisis económica, si se reduce esta financiación se corre el riesgo de perder potencial humano clave y dar un gran paso atrás”, concluye el investigador.

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