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Propulsor para misión a Marte rompe récords

Scott Hall hace algunos ajustes finales en el propulsor antes de que comience la prueba. Crédito de la imagen: NASA

ANN ARBOR– Un motor espacial de avanzada que está entre los que posiblemente llevará a los seres humanos a Marte ha roto récords en cuanto a la corriente de funcionamiento, energía y propulsión para un dispositivo de este tipo, conocido como un propulsor iónico Hall.

El desarrollo del propulsor fue dirigido por Alec Gallimore, profesor de ingeniería aeroespacial y Decano de Ingeniería en la Universidad de Michigan.

Vista de perfil del X3 trabajando a 50 kW. Crédito de foto: NASA

Los propulsores Hall ofrecen propulsión espacial basada en plasma excepcionalmente eficiente mediante al acelerar pequeñas cantidades de propelente muy rápidamente usando campos eléctricos y magnéticos. Pueden lograr las mayores velocidades con una pequeña fracción del combustible requerido en un cohete químico.

“Las misiones a Marte ya están en el horizonte, y sabemos que los propulsores Hall  funcionan bien en el espacio”, dijo Gallimore. “Estos pueden ser optimizados para transportar el equipo con un mínimo de energía en el transcurso de un año o algo así, o para velocidad: transportando a la tripulación a Marte mucho más rápidamente.”

El reto es hacerlas más grandes y más potentes. El X3, un propulsor Hall diseñado por investigadores de la UM, la NASA y la Fuerza Aérea de los EE.UU., rompió el récord anterior establecido por el propulsor Hall, llegando a 5,4 newtons de fuerza en comparación con 3,3 newtons.

La mejora en el empuje es especialmente importante para la misión tripulada -ya que significa una aceleración más rápida y tiempos de viaje más cortos. El X3 también registró una corriente de funcionamiento más del doble que la anterior (250 amperios vs. 112 amperios) y obtuvo una potencia ligeramente superior (102 kilovatios vs. 98 kilovatios).

El X3 es uno de los tres prototipos de los “Mars Motors” que serán convertidos en un sistema de propulsión completa con fondos de la NASA. Scott Hall, un estudiante de doctorado en ingeniería aeroespacial en la UM, lleva a cabo las pruebas en el centro de Investigación de la NASA Glenn Research Center en Cleveland junto a Hani Kamhawi, un científico de investigación del centro Glenn quién ha estado muy involucrado en el desarrollo del X3. Los experimentos fueron la culminación de más de cinco años de construcción, pruebas y mejoramientos del propulsor.

NASA Glenn, que se especializa en la propulsión eléctrica solar, es actualmente el hogar de la única cámara de vacío en los EE.UU. que puede manejar el empujador X3. El propulsor produce tantos gases de escape que otras instalaciones no pueden mantener el ritmo. Sin embargo, unas mejoras permitirán en enero del 2018  utilizar la cámara de vacío del laboratorio de Gallimore para realizar las pruebas del X3 en la UM.

En tanto, el equipo utilizó el laboratorio de NASA entre finales de julio hasta agosto para probar el X3, utilizando cuatro semanas para establecer el propulsor, montarlo y conectarlo con xenón y suministros de energía eléctrica. Durante todo el proceso, Hall y Kamhawi fueron apoyados por investigadores, ingenieros y técnicos de NASA.

“El gran momento es cuando se cierra la puerta y se comienza a vaciar la cámara”, dijo Hall. Después de 20 horas de bombeo para lograr un vacío similar al del espacio, Hall y Kamhawi pasaron días 12 horas probando el X3.

Incluso pequeñas roturas se sienten como grandes problemas cuando se demora días en dejar entrar el aire poco a poco, repararlo y sacar el aire nuevamente. Pero a pesar de los desafíos, Hall y Kamhawi probaron por 25 días el X3, logrando récords.

En el futuro, el X3 se integrará con las fuentes de alimentación siendo desarrolladas por Aerojet Rocketdyne, un fabricante de propulsión de cohetes y misiles y líder del sistema de propulsión subvencionado por NASA. En la primavera de 2018, se espera que NASA Glenn ejecute una prueba de 100 horas del X3 con el sistema de procesamiento de potencia de Aerojet Rocketdyne.

El proyecto es financiado por la asociación de NASA NextSpace Technologies for Exploration Partnership, que apoya no sólo los sistemas de propulsión, sino también a los sistemas de fabricación de hábitat y en el espacio.

La actualización de $1 millón de dólares de las instalaciones de pruebas en el laboratorio de Gallimore fue financiado en parte por la Oficina de Investigación Científica de la Fuerza Aérea, con el apoyo adicional del Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA y la Universidad de Michigan.

 

Alec Gallimore

Plasmadynamics and Electric Propulsion Laboratory

NASA NextSTEP