Motores de plasma: el sistema que cambiará la aviación

Aunque pueda parecer más propio de películas de ciencia ficción, en la actualidad existen muchísimos proyectos que buscan explotar las particularidades del denominado cuarto estado de la materia: el plasma. No es algo realmente novedoso, de hecho algunas pantallas más o menos antiguas o mismamente los tubos fluorescentes que hay en muchas cocinas españolas para iluminación usan el plasma.

Pero, ¿y si lo usamos para la propulsión en lugar de quemar combustible? Bajo esta premisa, un estudio científico comenzó a trabajar. Sustituir los motores tradicionales de los aviones por unos de plasma puede ser el futuro de una aviación ávida de novedades tecnológicas.

Por el momento, tan solo se trata de varios experimentos en laboratorio a muy pequeña escala y en unas condiciones concretas. Pero de igual manera comenzaron los primeros proyectos de aviación eléctrica y ya existen varias aeronaves de este tipo.

Un jet de plasma

"Proponemos un diseño prototipo de un propulsor que utiliza plasma de aire inducido por ionización por microondas. Tal motor a reacción simplemente usa aire y electricidad para producir plasma presurizada a alta temperatura produciendo una propulsión a chorro", así arranca el resumen del paper publicado en la web del American Institute of Physics (Instituto Americano de Físicas, en castellano).

Propulsión de motor de plasma Dan Ye, Jun Li Omicrono

La misma Tercera Ley de acción-reacción de Newton con la que se rigen los motores de los aviones pero empleando plasma. Según publican los científicos, han conseguido demostrar que, aplicando el mismo consumo de energía, consiguen una presión de propulsión comparable a la ofrecida por un motor jet tradicional de aviación. Eso sí, sin aportar a la atmósfera un solo gramo de carbono.

"Al igual que el sólido, líquido y gaseoso, el estado de plasta es normal en la material. El plasma aparece de forma natural debido a la ionización de las moléculas a alta temperatura (como en el Sol) o en campos eléctricos potentes (como en una tormenta de rayos", prosiguen. Pero también en los tubos fluorescentes de nuestros hogares, en los lámparas de neón que adornan comercios. El plasma se puede generar empleando radiación en el rango de las microondas, con arcos eléctricos, llamas de fuego o con descargas de alto voltaje.

La propuesta de los científicos Dan Ye y Jun Li, del Instituto Tecnológico de Wuhan, pasa por la "creación de un propulsor de chorro empleando plasma de alta temperatura y alta presión generado a partir de una radiación de 2,45 GHz en el espectro de las microondas". El aire presurizado pasa a la cámara de ionización, se convierte en plasma y sale en forma de chorro al exterior.

Esquema de motor de plasma Dan Ye, Jun Li Omicrono

"La temperatura de la llama generada puede superar los 1.000 grados centígrados". Para hacernos una idea, el EGT (Exhaust Gas Temperature, o Temperatura de Escape de los Gases) de un avión medio como un 737-800 ronda, en pleno despegue, entre 700 y 800 grados centígrados. El proyecto pretende utilizar aire atmosférico para la creación de plasma, lo que les obliga a emplear una etapa de presurización que, de aplicarse en los aviones, deberá variar con la altitud, la presión atmosférica y la temperatura a pie de pista. El prototipo, consigue levantar una bola de acero de 1 kilogramo dispuesta sobre un tubo de cuarzo de 24 milímetros.

El motor de plasma español

La Universidad Carlos III de Madrid anunció hace poco más de un mes su patente de motor de plasma. "Los motores de plasma que ionizan un gas y luego lo aceleran empleando campos electromagnéticos. Los motores de plasma utilizan unas 10 veces menos de propulsante que los motores químicos", comenta Mario Merino, profesor del Departamento de Ingeniería Aeroespacial de la misma universidad.

La particularidad de la patente española es que "entra de la clase de motores de plasma sin electrodos. Resuelve parte de los problemas existentes en los otros motores de plasma". Para ello emplea su geometría en forma de 'U' que elimina las partes traseras del motor y ofreciendo dos salidas para el chorro de plasma. "Cambiando el empuje entre estas dos salidas podemos redirigir el vehículo espacial".

Este sistema, aunque se trata igualmente de un motor de plasma, es muy diferente a la creación de los científicos chinos. Al estar diseñado para el espacio, necesita de un tanque de combustible al que se llevará al estado de plasma mientras que la propuesta del Instituto Técnico de Wuhan pasa por emplear aire atmosférico.

Motores iónicos en el espacio

La NASA ha empleado en algunas de sus misiones motores iónicos que se basan en la aceleración de partículas a velocidades muy altas empleando un campo eléctrico. Aunque no es exactamente el mismo principio físico, sí se asemejan en algunos conceptos básicos.

El ejemplo que ponen los científicos es el de la sonda Dawn. Lanzada en 2007, empleaba tres motores iónicos basados en el motor de la Deep Space 1. Este tipo de propulsor genera aceleraciones muy bajas pero, a cambio, las mantiene durante muchísimo tiempo hasta que agota el combustible. Debido a esto, solamente se pueden emplear en el espacio donde no existe rozamiento con el aire y 'no frena a la nave'.

Propulsor de plasma de la NASA para naves espaciales NASA Omicrono

Siguiendo en el mismo ejemplo, la Dawn estuvo navegando por el espacio 11 años, hasta que el 1 de noviembre de 2018 se dio por concluida la misión y los motores se apagaron. Este tipo de motores, como indicaba arriba, no son aplicables a en condiciones atmosféricas pues son directamente inservibles para hacer volar una avión o a cualquier otro vehículo en tierra.