Hacia Marte: la propulsión de yodo podría cambiar los viajes espaciales y los satélites – conocimiento

De vez en cuando, el ritmo del mundo moderno se acelera: cuando una tecnología existente de repente se vuelve tan barata que se puede utilizar mucho más ampliamente. La empresa espacial francesa «Thrust Me», una empresa derivada de la universidad francesa École Polytechnique en París, espera haber encontrado un futuro acelerador para los viajes espaciales. En un trabajo publicado el miércoles en la revista especializada Naturaleza El equipo de Dmytro Rafalsky informa que han desarrollado un motor eléctrico para satélites que funciona con yodo elemental como propulsor. Comparado con otros combustibles, el elemento es eficiente y, sobre todo, económico.

A principios de este año, Thrust Me afirmó haber encendido su motor recientemente desarrollado en un pequeño satélite chino durante un total de 180 minutos. El motor de aproximadamente 60 vatios movió la órbita del satélite en un total de 700 metros. 700 metros, que puede ser una distancia modesta. Pero la prueba podría marcar el comienzo de una nueva era en los viajes espaciales. Si la tecnología tiene éxito, no solo los satélites sino también las naves espaciales podrían volar al espacio de manera más económica y eficiente.

Los satélites orbitan la Tierra casi sin resistencia a la fricción. Pero ellos también tienen que corregir regularmente sus cuencas oculares. Los propulsores de las aeronaves no funcionan en el vacío, el movimiento solo se puede lograr manteniendo el impulso mediante el retroceso; para esto, la materia debe ser expulsada del motor con la mayor fuerza posible. Los motores químicos convencionales a menudo usan hidracina venenosa y tanques vacíos después de algunos años. Además, los vapores restantes pueden explotar, lo que agrava aún más el grave problema de los desechos espaciales en las órbitas de la Tierra.

Por lo tanto, los operadores de satélites de todo el mundo utilizan cada vez más propulsores de iones en los que los gases ionizados se expulsan con la ayuda de fuertes campos eléctricos. Obtienen su energía de las células solares. La potencia de los accionamientos eléctricos es muy limitada. Pero tienen una propiedad que compensa en gran medida esta debilidad en funcionamiento continuo. Los impulsores químicos pueden acelerar las partículas expulsadas solo hasta un límite de velocidad natural. En el caso de los impulsores de iones, sin embargo, depende exclusivamente de la fuerza del campo eléctrico la rapidez con que una partícula de gas sale volando de la boquilla. Por lo tanto, los impulsores de iones pueden producir empuje con mucho menos combustible, pero con una aceleración más fuerte, usan su suministro diez veces más eficientemente.

En áreas del sistema solar donde hay suficiente energía solar, los propulsores de iones se utilizan cada vez más para satélites comerciales. Conducen importantes sondas de investigación como la sonda de mercurio de la ESA Bepicolombo vamos, la NASA incluso está planeando construir su nueva estación espacial Portal de la luna equipar tal tipo de motor en la luna.

¿Por qué no se han utilizado las unidades de yodo durante mucho tiempo? Ha habido un problema durante mucho tiempo.

Pero el propulsor de xenón más utilizado es el más raro y caro de todos los gases nobles y debe introducirse en los tanques de los satélites de alta presión. En cambio, el equipo de Rafalsky usa yodo como combustible. Porque el artículo, que a menudo se usa en solución para desinfectar las rodillas doloridas de los niños, es considerablemente más económico. Según los investigadores, solo cuesta alrededor de 50 euros y no requiere un esfuerzo especial para llenar el tanque con alrededor de un kilogramo de yodo normal y no tóxico. La misma cantidad de xenón cuesta más de 1100 euros. La brecha de costos en la construcción del motor es aún más obvia: dado que el yodo es sólido a temperatura ambiente, no se necesitan tanques de presión ni tuberías de titanio, lo que reduce los costos a un centavo.

Según el estudio, el estado sólido también es una ventaja, ya que podría contener mucho más yodo en el depósito en esta forma compacta. Para utilizar finalmente la masa sólida en el espacio en el motor, basta con calentarla con un vatio de electricidad para convertirla en fase gaseosa. Si el motor deja de funcionar, el yodo en las líneas de combustible se solidifica, lo que significa que incluso las válvulas habituales serían superfluas.

Con todos estos beneficios en mente, uno podría preguntarse por qué la industria espacial no ha usado esta maravillosa droga en mucho tiempo. Pero no es tan fácil. «El yodo tiene un problema de corrosión», dice Georg Herdrich, director de accionamientos eléctricos del Instituto de Sistemas Espaciales de la Universidad de Stuttgart. «Es difícil almacenar yodo sin corroer los contenedores si se elige el material incorrecto». Mientras tanto, sin embargo, este problema se ha resuelto. El equipo de Rafalsky utiliza cerámica y plástico para proteger las partes metálicas sensibles.

Entonces, ¿el yodo reemplazará al xenón como propulsor en los motores de los satélites en el futuro? Es probable que haya una demanda de motores económicos. En 2010, no había 1.000 satélites en órbita alrededor de la Tierra; hoy en día ya hay más de 4.000. Si los multimillonarios Elon Musk y Jeff Bezos realizan sus planes para Internet desde el espacio, se agregarán más de 13,000 en los próximos diez años. El xenón ya es tan caro que los satélites de la red Starlink de la compañía Space-X de Elon Musk están llenos de criptón de gas noble menos eficiente.

Sin embargo, todavía no está claro si los motores de yodo también serían adecuados para satélites en órbita terrestre. «Entre otras cosas, los satélites tienen que realizar maniobras de vuelo para que no choquen entre sí. No estoy seguro de que estos motores sean suficientes para eso», dice Herdrich. Quizás sería posible con el aviso apropiado. Porque los motores necesitan unos diez minutos para calentarse, como admiten los propios autores del estudio. Para Ane Aanesland, directora ejecutiva de Thrust Me y coautora del estudio, esto no es un obstáculo: «No tenemos que prepararnos para tal maniobra en minutos, sucede en días», dice. Para empujar vehículos más pesados ​​más tarde, Thrust Me planea interconectar muchos motores pequeños. “Estos clústeres ahorran dinero, se pueden utilizar de manera más flexible y son aún más seguros gracias a la redundancia”, dice Aaland.

De hecho, para futuras misiones en el espacio profundo, la NASA está buscando formas de impulsar las naves espaciales de manera más efectiva, y los motores eléctricos son imbatibles en largas distancias. Sin embargo, para una misión a Marte, una nave espacial con motores de iones convencionales necesitaría grandes cantidades de xenón. En el mundo, sin embargo, se producen menos de 100 toneladas al año. «La cantidad necesaria para una misión larga como esa a Marte ya se acerca a la producción anual mundial de xenón», dice Herdrich. Además, el aumento de la demanda podría hacer subir aún más el precio. El yodo, por otro lado, está disponible en abundancia: se produjeron alrededor de 30.000 toneladas en 2020.