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Viaje a Marte: Ingenieros U-M trabajan en construir las naves del futuro

ANN ARBOR– Cuando entró a la secundaria, Alec Gallimore tenía claros dos objetivos en su vida: convertirse en astronauta y volar una nave que él ayudaría a diseñar.

Alec Gallimore, profesor de ingeniería espacial en Universidad de Michigan.

Y aunque hace años dejó de soñar con ser astronauta -después de dedicarse por completo a trabajar en la cámara de vacío en U-M y descubrir su pasión por la enseñanza- el propulsor que él diseñó podría ser parte de la nave que lleve a humanos a Marte.

NASA anunció esta semana que proveerá fondos para un sistema de propulsión cuyo componente central es el propulsor X3 diseñado por Gallimore, un profesor de ingeniería aeroespacial en la Universidad de Michigan. NASA otorgó $6.5 millones en tres años a Aerojet Rocketdyne para desarrollar el sistema llamado XR-100, de los cuales U-M recibirá US $1,000,000 para trabajar en el X3.

Scott Hall, un estudiante de doctorado en el laboratorio de Gallimore, someterá al X3 a una serie de pruebas, inicialmente en el laboratorio U-M de propulsión eléctrica Plasmadynamics and Electric Propulsion Lab y luego en el centro de investigación NASA Glenn Research Center en Cleveland.

Pero el X3 tiene un poco de ventaja. Para los propulsores de potencia de este diseño, 200 kilovatios, es relativamente pequeño y ligero. Y su tecnología -un propulsor Hall- ya está en uso para maniobrar satélites en órbita alrededor de la Tierra.El XR-100 está en fuerte competencia con otros dos diseños. Los tres dependen de la expulsión de plasma — un estado energético de la materia en que los electrones y átomos cargados llamados iones coexisten– por la parte de atrás del propulsor.

El laboratorio de Universidad de Michigan de propulsión eléctrica Plasmadynamics and Electric Propulsion Lab. (Fotografía de Joseph Xu, Escuela de Ingeniería)

“A modo de comparación, el más potente propulsor de Hall en órbita en este momento es de 4,5 kilovatios”, dijo Gallimore.

Eso es suficiente para ajustar la órbita u orientación de un satélite, pero es muy poco poder para mover las enormes cantidades de carga necesaria para apoyar la exploración humana del espacio profundo.

Un propulsor Hall funciona mediante la aceleración de los gases de escape de plasma a velocidades extremadamente altas. El proceso se inicia con una corriente de electrones en espiral a través de un canal circular. En su viaje desde el electrodo negativo al final de escape al electrodo positivo en el lado interior del canal, se encuentran con átomos (típicamente gas xenón) que son introducidos en la cámara. Las colisiones golpean a los electrones de los átomos de xenón y convierten el xenón en iones cargados positivamente.

El movimiento en espiral de los electrones también construye un potente campo eléctrico que mueve los iones del gas de escape fuera del extremo del canal. Salen suficientes electrones con los iones como para evitar que la nave espacial acumule la carga, lo cual podría causar problemas eléctricos.

“Cuando están ionizados, los átomos de xenón pueden disparar a velocidades de hasta 30.000 metros por segundo, que es alrededor de 65.000 mph, “dijo Gallimore.

El X3 contiene tres de estos canales, cada uno de unos pocos centímetros de profundidad, anidados uno alrededor del otro en anillos concéntricos.

Aerojet Rocketdyne construirá dos componentes principales para el sistema de propulsión.

Sarah Cusson investigará cómo permitir que el X3 permanezca operativo de cinco a 10 veces más que su vida actual de un poco más de un año.

Scott Hall, un estudiante de doctorado en el laboratorio de Gallimore, utilizará los fondos para someter al X3 a través de una serie de pruebas, inicialmente en el laboratorio U-M de propulsión eléctrica Plasmadynamics and Electric Propulsion Lab y luego en el centro de investigación NASA Glenn Research Center en Cleveland.

Mientras tanto, Sarah Cusson, también estudiante de doctorado, investigará un cambio que podría permitir que el X3 permanezca operativo de cinco a 10 veces más que su vida actual de un poco más de un año.

“Si hacemos nuestro trabajo en los próximos tres años, podemos entregar ambos proyectos”, dijo Gallimore. “Si tuviera que predecir, diría que este propulsor podría ser la base para enviar humanos a Marte.”

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