Sistemas de Propulsión


Propulsores Ionicos (Electrostáticos reticulados / de efecto Hall)

Electrostáticos reticulados: Un propelente se usa para generar los átomos descargados en un plasma , de un cátodo los electrones son emitidos impactactando los átomos para crear los iones,  un anillo de campos magnéticos mejoran la ionización , los iones pasan a través de un serie de rejillas electrostáticas, que en conjunto actúa como ánodo que atrae los electrones. y  que acelera los iones.
El efecto Hall fue descrito por el físico norteamericano Edwin Herbert Hall (en los años 30). Un campo magnético ioniza el xenón o kriptón y lo acelera, generando una fuerza de empuje 

Las partículas dañan el motor a medida que salen del propulsor y esto afecta a su vida útil. Para evitar el daño, hace falta utilizar campos magnéticos y desarrollar nuevos materiales. Según la CAS (Academia de Ciencias de China), se ha creado un nuevo material cerámico capaz de soportar el calor extremo y la radiación generados por sus motores de iones durante los largos periodos de tiempo necesarios para una misión interplanetaria.

La fuerza F[Newtons] proporciona el empuje, respecto a la aceleración gravitatoria (en este caso de la tierra g) el impulso especifico Isp [segundos] es uno de los mas eficientes proporcionando la capacidad de empuje por unidad de masa expulsada, permitiendo mantener aceleraciones sostenidas largos periodos de tiempo. Sin embargo la energía consumida P[vatios] con la cual se nombra la capacidad de estos impulsores, define finalmente la fuerza de empuje (considerando igualmente la eficiencia [η] del motor). Así se define:

F=2\frac{\eta P}{g I_{sp}}

La potencia consumida típica actual:  1-7 kilovatios, con empuje de 25 a 250 milinewtons
Anteriormente  para la  ISS se planteo desarrollar un propulsor de 50kW (hasta 2005) y de 200kW (VASIMR, de 2011 a 2015)
La ISS, requiere de 7500 kg anuales de combustible químico para mantenerse en órbita.

Usados:
-Estación espacial china Tianhe  (de vida útil estimada: 15 años )  usa cuatro propulsores de iones, que fueron probados continuamente por 11 meses.
La Tianhe requiere 400 kilogramos de combustible anual (De acuerdo a la CNSA ) para mantenerse en órbita.
-sonda Deep Space 1  (NASA, 1998-): motor de iones NSTAR de 2.3 kW 
-satélites Meteor  (Unión Soviética) -años 70-90:
-satélites Starlink  (USA): de krypton 
-satélite GOCE (ESA, 2009-2013)
-Sonda Hayabusa (2003)  y Hayabusa2(2014) JAXA
-Sonda SMART-1 (ESA, 2003-2006) misión  a la luna.

Experimentales:
X3 Nested Hall Thruster (NASA /Universidad de Míchigan): actualmente 30 kW en laboratorio,.alcanzara 100 kW (5N)
-Sistema de Propulsión Eléctrica Avanzada (AEPS) (Centro de Investigación Glenn /Aerojet Rocketdyne) de 50 kW .
motores experimentales: 1 MW  (NASA) operado durante un tiempo limitado.  motores experimentales:alcanzo  10 MW,
-motores experimentales : alcanzo 6 MW Universidad de Osaka 
-motores experimentales :alcanzo 15 MW Universidad de Princeton
-Propulsor coaxial: alcanzo 40 MW (Laboratorio Nacional de Los Alamos-USA)

Proyectados:
-Lunar Gateway:  el modulo PPE-Power and Propulsion Element (NASA/Maxar Technologyes /Busek Co) alcanzarán los 50 kW, combinando motores de 6kW (probado inicialmente el 2022.03.31)
-Lunar Gateway: (China- CNSA) usara de 50 kW (*Hang Guanrong ingeniero del Shanghai Space Station Institute)
-Una nave tripulada a Marte :  (viaje de 39 días) 200 megavatios
misión a Neptuno (2028)(China): usara un motor 20 kW

 

motores de fusión nuclear

misión a Neptuno (China) en 2028 usando un motor de iones de 20 kW con un motor nuclear para generar los campos eléctricos  ionicen las partículas del combustible.

 

 

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