Las futuras naves espaciales de la NASA viajarán a 1 millón de millas por hora




Dos conceptos muy prometedores están siendo financiados por el Instituto de Conceptos Avanzados de la NASA (NIAC). En términos de ISP y niveles de potencia, las nuevas unidades iónicas podrían haber sido cinco veces mejores.
El desarrollo de motores de iones de varios megavatios y propulsión de antimateria está en curso.

Propulsión y Velocidad en el Espacio

¿Cuál es la nave espacial más rápida que hemos fabricado?

La Voyager 1 viaja a una velocidad de 38 000 mph (61 000 km/h). Tanto una honda gravitacional como un cohete químico se utilizaron principalmente para lograr esto. Usando impulsos gravitacionales, las naves espaciales Juno, Helios I y Helios II alcanzaron velocidades en el rango de 150,000 mph. La gravedad del Sol permitirá que la Parker Solar Probe, lanzada recientemente, viaje a 430 000 millas por hora.

La aceleración gravitatoria puede aumentar muchas veces la velocidad de una nave espacial. Sin embargo, usar la gravedad de Júpiter y el Sol para obtener más velocidad desperdicia mucho tiempo. La nave espacial tarda muchos meses en dar la vuelta al Sol y ganar velocidad antes de comenzar la misión real.




Las mejores velocidades y tiempos de cohetes químicos

Repostar un gran cohete como el SpaceX BFR puede producir tiempos de viaje sorprendentemente buenos a Marte. El reabastecimiento orbital múltiple del SpaceX BFR en una órbita alta puede maximizar la velocidad del BFR. Un SpaceX BFR con combustible completo acortaría el viaje de ida a Marte a tan solo 40 días. Se usaría una órbita parabólica en lugar de una transferencia de Hohmann.

Las misiones espaciales a Marte han sido pequeñas naves espaciales. Toda la misión fue lanzada desde la Tierra. Esto significa que la mayor parte del combustible se usó para sacar el sistema de la Tierra. La etapa final es diminuta y lenta. Al reabastecer el SpaceX BFR en órbita, es posible una gran misión espacial impulsada químicamente con hasta 10,0 kilómetros por segundo Delta-V. Esto es aproximadamente 100 veces más grande que las misiones anteriores de la Tierra a Marte y tres veces más rápido.


Propulsión avanzada: impulsores de iones de litio de varios megavatios

JPL (Jet Propulsion Lab) probará un propulsor de iones de litio 50000 ISP dentro de 4 meses. Esto es parte de un estudio de fase 2 del NIAC de la NASA para usar láseres para transmitir 10 megavatios de potencia a nuevos impulsores de iones. Mucha gente no es consciente del progreso reciente con láseres más potentes. El ejército de EE. UU. está desarrollando conjuntos de láseres que pueden producir 100 kilovatios en los próximos 2 años. El ejército debería tener conjuntos de láser de megavatios alrededor de 2025. Las unidades de iones de litio impulsadas por rayos láser son diez veces más rápidas que cualquier unidad de iones anterior. Una nave espacial con este sistema tardaría menos de un año en llegar a Plutón.




JPL está construyendo y probando los diversos componentes de este sistema. La vela y los motores iónicos se están juntando. La parte difícil son los láseres de matriz en fase. Están aumentando el voltaje de prueba hasta 6000 voltios para que las unidades de iones de litio puedan funcionar directamente. La transmisión directa elimina la necesidad de una gran cantidad de componentes electrónicos pesados ​​que matarían el rendimiento.

La densidad de energía será cien veces mayor que la energía solar basada en el sol. Reducirán el tamaño del sistema mediante el uso de una longitud de onda láser de 300 nanómetros en lugar de 1063 nanómetros. La unidad de iones de litio de varios megavatios tiene desafíos técnicos. Sin embargo, un proyecto bien financiado puede tener éxito antes de 2040.







Propulsión avanzada: Dinámica de positrones – Impulsión de fusión catalizada por positrones

Positron Dynamics ha actualizado NIAC y Brian Wang ha entrevistado al CEO de Positron Dynamics, Ryan Weed. Se evitan los problemas para crear y almacenar antimateria. Los isótopos de criptón se utilizan para generar positrones calientes. Se pueden fabricar más isótopos utilizando reactores productores de neutrones. Esto evita el problema de crear antimateria.

La antimateria no se almacena, lo cual es genial porque no sabemos cómo almacenar antimateria. Los positrones se crean y luego se dirigen a un proceso que produce propulsión por fusión. Esto también resuelve el problema del uso de antimateria para generar propulsión.





Positron Dynamics ralentiza los positrones que se generan. Tienen un pequeño dispositivo moderador. Utiliza varias capas de película de carburo de silicio para extraer positrones individuales. Un campo eléctrico hace que las partículas se desplacen hacia la superficie de cada capa, donde pueden enfriarse. Los positrones catalizan reacciones de fusión en un denso bloque de deuterio. Esto produce propulsión.