Creación de un nuevo motor de plasma que funciona con gases atmosféricos

El investigador Francesco Romano de la Universidad de Stuttgart ha desarrollado un motor de plasma experimental capaz de utilizar la tenue atmósfera terrestre como fluido de trabajo. Según ixbt.com, esta tecnología podría permitir en el futuro que los satélites operen durante años en órbitas ultrabajas sin necesidad de reservas de xenón. Así lo informa Ixbt.com .

Este desarrollo pertenece a la clase ABEP (Atmosphere-Breathing Electric Propulsion), cuyo principio de funcionamiento se basa en recolectar e ionizar moléculas y átomos de las capas superiores de la atmósfera durante el vuelo del satélite. El plasma generado se acelera mediante un campo electromagnético, creando empuje reactivo.

Ventajas de la nueva tecnología

Estos sistemas de propulsión son de gran interés, especialmente para órbitas terrestres muy bajas de entre 100 y 450 kilómetros de altura. Cuanto más cerca esté el satélite de la Tierra, más detalladas pueden ser las imágenes, mientras que los sistemas de radiolocalización y comunicación requieren menos energía. Además, una vez finalizada la misión el aparato sale de órbita más rápido, reduciendo la cantidad de basura espacial.

Sin embargo, el principal problema de las órbitas VLEO es la resistencia de la atmósfera residual. Incluso a esas alturas, los satélites se frenan gradualmente y se ven obligados a consumir combustible para compensar la pérdida de velocidad. El nuevo dispositivo propone utilizar ese gas tenue, causante de la resistencia aerodinámica, como fluido de trabajo.

Desafíos técnicos y soluciones

El obstáculo más difícil resultó ser el oxígeno atómico, un componente altamente reactivo de la atmósfera superior, ya que tiene la capacidad de corroer los electrodos, cátodos y otros elementos de los motores de plasma tradicionales. Para resolver este problema, Romano creó un motor helicón de radiofrecuencia sin contacto que no requiere un neutralizador externo. El campo magnético forma el flujo de plasma cuasineutro, lo que permite prescindir de uno de los elementos más vulnerables.

Como parte del proyecto, se prestó especial atención a la creación del sistema de admisión de aire. De las tres variantes probadas, el diseño con una superficie parabólica reflectante resultó ser el más eficaz. Durante los experimentos, recolectó aproximadamente el 94,3 % de las partículas entrantes de oxígeno atómico, nitrógeno y argón.

Para generar el plasma se utiliza una antena tipo «birdcage», inspirada en el diseño de las antenas de resonancia magnética médica. Durante las pruebas, se determinó que hasta el 99 % de la potencia de alta frecuencia transmitida se inyectaba en la zona de generación de plasma del motor.

En una cámara de vacío, el dispositivo generó plasma de forma estable con solo 50–60 W. Los científicos modelaron la composición y concentración de gases típicos de la atmósfera superior de la Tierra. Los cálculos indican que un satélite completo equipado con dicho motor sería capaz de mantener una órbita de 190–250 km utilizando menos de 1,6 kW de energía eléctrica suministrada por paneles solares.