Hasta la creación de la Agencia Espacial Europea (ESA), la exploración espacial había pasado de largo de España. Las grandes potencias históricas como Estados Unidos o Rusia han llevado la voz cantante en cuanto al desarrollo de vehículos espaciales y todos los elementos esenciales como motores o navegación.

Tanto es así que algunos países como los Emiratos Árabes Unidos tienen que recurrir a Estados Unidos para la construcción de un 'simple' satélite y contratar los servicios de lanzamiento a la Agencia Espacial de Japón. Pero un grupo de científicos españoles, en la Universidad Carlos III, está desarrollando un nuevo concepto de motor que puede poner a nuestro país en el mapa de los viajes espaciales.

Se trata de un nuevo tipo de motor de plasma de tipo helicón, que pertenece a una familia de propulsores muy exitosos desarrollados por estadounidenses y soviéticos allá por los años 50 y 60 que se sigue empleando hoy día para los trayectos de más larga distancia y en muchos satélites de comunicaciones geoestacionarios donde el coste es crítico. En OMICRONO hablamos con Mario Merino, profesor de la Carlos III y parte del Equipo de Propulsión Espacial y Plasmas (EP2).

"Contribuir a la carrera espacial"

"Nuestro trabajo involucra modelar, simular, diseñar, construir y ensayar distintos tipos de sistemas de propulsión espacial por plasma. Para ello desarrollamos nuestros propios códigos de simulación y contamos con un laboratorio de propulsión equipado con grandes cámaras de vacío, donde emulamos las condiciones del espacio para poder probar y caracterizar nuestros motores". El talento y las completas instalaciones de la universidad española han logrado dar una vuelta más de tuerca a la propulsión empleando plasma.

El plasma es un estado natural de la materia y se consigue, en el caso de los motores espaciales, ionizando un gas neutro. esto puede lograrse aplicándole un campo electromagnético o bombardeándole con electrones. Es un estado parecido al gaseoso solo que las partículas que lo forman son iones (cargados positivamente) y electrones (negativos) libres. Merino, ingeniero aeroespacial de formación, nos explica que los motores de plasma son "de gran interés económico y estratégico en todo el mundo". La principal razón, apunta, es que este tipo de propulsores consumen unas 10 veces menos de elemento propulsante que un motor químico convencional, como podemos encontrar en cualquier cohete o nave espacial.

Este consumo permite "diseñar misiones mucho más económicas, o volar satélites mucho más grandes a menor coste y por una mayor duración. También hace posible realizar misiones interplanetarias a lugares muy lejanos". Punto importante para lo que se viene en las próximas décadas con los viajes a Marte y las necesidades de materiales que se requerirán si finalmente se crea una colonia en el planeta rojo.

¿Para qué sirve un motor de plasma?

"Los motores de plasma permiten propulsar un satélite o vehículo espacial una vez ya en el espacio. Tras ionizar el propulsante de la nave, estos sistemas utilizan campos eléctricos y magnéticos para acelerar el plasma resultante a velocidades enormes (20-30 kilómetros por segundo), lo que permite generar empuje de forma muy eficiente", explica Mario Merino.

El empleo de plasma puede aplicarse para realizar misiones muy económicas y poco pesadas o bien en proyectos mucho más ambiciosos que, con motores químicos tradicionales, sería imposible realizarlos por su coste. "Es importante notar que los motores de plasma requieren potencia eléctrica a bordo, que actualmente se consigue con paneles solares".

"Las potencias disponibles limitan la fuerza de empuje que se puede generar, por lo que típicamente los motores de plasma empujan más lentamente que los químicos. Esto normalmente no es un problema, pues basta con hacer funcionar los motores durante más tiempo para realizar la misión". Tampoco se pueden emplear para despegar por lo que Merino recalca que lo mejor es la combinación de ambas tecnologías. La química tradicional para sacar al vehículo de la fuerza gravitacional de la Tierra y el empleo del plasma en el espacio para realizar el viaje.

La revolución del plasma español

"Una de nuestras principales actividades sucede en torno a los motores de plasma helicón, que estamos desarrollando desde hace casi una década en colaboración con SENER Aeroespacial". El avance de la propuesta de los científicos españoles trata de la eliminación por completo de los electrodos en contacto con el plasma, que suponen uno de los elementos limitantes debido a su vida útil.

"Además, el motor incorpora una 'tobera magnética', que permite acelerar el plasma sin entrar en contacto directo con él, por lo que se minimizan las pérdidas en pared", recalca. Esta técnica abre la puerta a la posibilidad de reorientar el chorro del motor sin necesidad de equipar partes móviles, normalmente más sensibles, "modificando el campo magnético de dicha tobera, algo que patentamos hace unos años".

Esta característica también permite al motor emplear múltiples tipos de propulsantes para generar plasma, algo que "es muy difícil de conseguir en motores tradicionales". "Nuestro objetivo es transformar los prototipos actuales en un producto comercial eventualmente". La posibilidad de emplear muchos tipos de propulsantes puede significar que este motor pueda reabastecerse en planetas como Marte, permitiendo misiones de ida y vuelta mucho más económicas. "En lugar de emplear electrodos, el motor genera plasma gracias a la radiación electromagnética y las ondas whistler helicón". En resumen, esto permitiría desarrollar un motor más compacto, flexible y sencillo que los existentes.

Mario Merino y su equipo están co-liderando junto con SENER Aeroespacial el proyecto europeo HIPATIA que recibe financiación a través del marco H2020. Además, también están trabajando en un motor de resonancia ciclotrónica de electrones dentro del proyecto PROMETEO y en un "novedoso motor de plasma pulsado" dentro del proyecto MARTINLARA, estos dos últimos financiados por la Comunidad de Madrid. "Esperamos que el motor de plasma pulsado se integre en un satélite tipo CubeSat 6U y lo podamos probar en el espacio en los últimos años. "Por último, intentamos innovar desarrollando nuevos tipos de tecnologías basándonos en nuestra experiencia previa, como el motor de arco magnético que hemos patentado recientemente".

El futuro del motor de plasma

"Actualmente el motor helicón se encuentra en una fase de desarrollo intermedia. Junto con SENER Aeroespacial, hemos construido el primer modelo de ingeniería del motor, que ya estamos ensayando y midiendo en nuestras instalaciones". En este estadio de desarrollo, el equipo técnico es capaz de validar todo el conocimiento adquirido en los últimos años a la vez que prueban todos los subsistemas críticos que forman parte del motor.

"A este modelo de ingeniería le seguirán otros, más refinados, para culminar por último con modelos de vuelo y ensayos en órbita. Esperamos poder llegar a ese punto, en el que la tecnología esté plenamente demostrada y validada, en los próximos 5 años".