La noticia de que la sonda Dawn ha probado su motor iónico nos lleva a preguntarnos sobre que son y como funcionan este tipo de motores y porque su desarrollo es tan importante para la carrera espacial. En este artículo tratare de explicarlo.
Para entender la importancia de los motores iónicos, primero es preciso entender el funcionamiento general de los motores cohete.
Un motor cohete se basa en el principio de acción y reacción descubierto por Isaac Newton; para ser mas precisos, la velocidad que puede alcanzar un cohete viene determinada por la cantidad de movimiento generado por el chorro de gas, que se transferirá al cohete.
La cantidad de movimiento de un objeto se define como la masa de dicho objeto multiplicada por su velocidad, de manera que si queremos saber la velocidad que puede alcanzar un cohete, la fórmula será: Mc*Vc=Mg*Vg; siendo Mc la masa del cohete, Vc la velocidad del cohete, Mg la masa del chorro de gas y Vg la velocidad del chorro de gas.
Explicado con un ejemplo, si el cohete pesa 10 toneladas y lanza un chorro de gas de 1 tonelada a una velocidad de 10km/s, entonces el cohete acelerará a 1km/s. Del mismo modo, si este mismo cohete lanza un chorro de gas de 1 kilo de peso a 10.000km/s, su velocidad también se situará en 1km/s.
En este último parrafo es donde está la clave; cuanto mayor sea la velocidad a la que salgan expulsados los gases de escape, menor cantidad de gas será preciso lanzar al espacio. Este dato es muy importante, ya que la cantidad de propulsante que puede transportar una nave espacial es limitada, por tanto cuanto mayor sea la velocidad de escape, mayor será la velocidad máxima que podrá alcanzar la nave.
Y aquí es donde está la diferencia entre los motores convencionales y los iónicos; mientras los primeros lanzan su chorro de gas a una velocidad de unos pocos kilómetros por segundo, los segundos los lanzan a una velocidad de decenas de kilómetros por segundo, con lo que la velocidad final que puede alcanzar la nave se multiplica en proporción. Ademas, la cantidad de propulsor que los motores iónicos expulsan es ínfima, de manera que pueden estar funcionando durante meses, mientras que los cohetes convencionales agotan su combustible en unos minutos.
¿Como funcionan los motores de iones? La característica mas importante es que no queman combustible; los motores iónicos funcionan con energía eléctrica, que en las naves actuales se produce mediante paneles fotovoltaicos. Luego, en sus depósitos transportan una carga de algún elemento susceptible de ser evaporado e ionizado; el preferido es el Xenon, pero también puede utilizarse Argon e incluso Mercurio.
El elemento propulsante se inyecta a través del conducto P hasta llegar al elemento S donde se evapora e ioniza, dándole carga positiva. El gas se acelera en el camino entre los anillos A y B debido a la diferencia de cargas eléctricas y antes de salir al exterior por la tobera pasa por el anillo F donde el chorro de gas (de carga positiva) recibe electrones, con lo que su carga vuelve a ser neutra. Una vez cruzado el anillo F, el gas es expulsado al exterior.
Actualmente, los motores ionicos ya se han utilizado en algunas naves espaciales, de las cuales la mas conocida es la SMART, de la Agencia Espacial Europea. Las naves de propulsión ionica tienen la peculiaridad de que su potencia es minúscula, pero su motor puede estar meses en marcha; en el caso de la nave SMART, necesitó nueve meses para llegar a la Luna; respecto a la DAWN, necesitará 8 años para llegar al cinturón de asteroides. El motivo de esta escasa potencia es que los motores iónicos se alimentan de la energía producida por los paneles solares; el problema es que la potencia que producen es muy escasa, con lo que la potencia de propulsión también lo será.
De todas formas, hay que aclarar que una nave iónica no tiene que propulsarse obligatoriamente mediante paneles solares, es perfectamente posible producir la electricidad mediante energía nuclear; en este caso sería posible lanzar el chorro a velocidades mucho mayores, con lo que la potencia aumentaría en consonancia.
En resumen, los motores iónicos (al menos los actuales) proporcionan un empuje muy pequeño, pero pueden estar funcionando durante periodos de tiempo muy largos lo que los hace especialmente aptos para maniobrar una nave en el espacio. Sin embargo, su escasa potencia hace imposible utilizarlos en el lanzamiento, para lo que seguirán siendo necesarios los cohetes convencionales.
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26 respuestas ↓
1 Pandinosauria // 22 de Octubre de 2007 a la(s) 8:15 pm
No lo entiendo.
2 McKlain // 22 de Octubre de 2007 a la(s) 9:30 pm
¡Pues estudia!
3 cpiero // 22 de Octubre de 2007 a la(s) 9:59 pm
Habrá que pedirle a Remo que nos lo explique, que el lo explica para todo el mundo y es más ameno de leer
4 Anónimo // 22 de Octubre de 2007 a la(s) 10:09 pm
Pues yo no lo encuentro tan difícil de entender…
PD: no soy físico ni ingeniero.
5 Perrelo // 22 de Octubre de 2007 a la(s) 10:10 pm
Pues yo no lo encuentro tan difícil de entender…
PD: no soy físico ni ingeniero.
6 Anónimo // 22 de Octubre de 2007 a la(s) 10:34 pm
Entonces cuando existan nuevas placas solares con mayor rendimiento, seran mejores estos motores, o seguiran teniendo poca potencia?
7 e // 22 de Octubre de 2007 a la(s) 10:35 pm
Enhorabuena, creo que lo has expresado de una manera muy intuitiva.
PD: Haría falta más gente como tu, pero dando clase en las universidades españolas.
8 rah // 22 de Octubre de 2007 a la(s) 10:38 pm
¿Por qué neutralizar el gas pudiendo acelerar y lanzar los electrones por separado?
9 monti // 22 de Octubre de 2007 a la(s) 10:50 pm
Anónimo: La cantidad de radiación que nos llega del Sol es limitada, así que el rendimiento de las placas solares no podrá aumentar indefinidamente. Ademas, a medida que nos alejamos del Sol la cantidad de radiación que nos llega del Sol es cada vez menor, con lo que la eficacia de los paneles disminuye. En la práctica, resulta inviable utilizar paneles solares a una distancia mayor del cinturón de asteroides; de hecho, las naves que viajan al exterior del sistema solar utilizan generadores nucleares.
e: Muchas gracias!!
rah: Si te fijas, el electrodo “B” (el que se encuentra en la tobera) tiene carga negativa; esto quiere decir que si no neutralizamos el gas (que tiene carga positiva), la tobera lo atraería, haciéndole perder velocidad y por tanto fuerza de empuje.
10 Eseesa // 22 de Octubre de 2007 a la(s) 11:17 pm
Me ha encantado, si señor, estoy totalmente de acuerdo con “e”. Sigue escribiendo de esta manera.
Saludos.
11 electron positivo // 22 de Octubre de 2007 a la(s) 11:55 pm
Me uno al grupo de los que consideran que está muy bien explicado. Además agrego que resulta ameno e interesante, y me apunto también al que desearía que en las universidades españolas se explicasen las cosas así de bien. Enhorabuena y muchas gracias!.
12 term // 23 de Octubre de 2007 a la(s) 12:32 am
Muy agradable de leer y muy bien explicado
13 delux29 // 23 de Octubre de 2007 a la(s) 12:54 am
Muchas gracias por la explicación, muy buena, clara y simple.
y algunas cosas se completan por los comentarios ( gracias :-)) ) mi física esta muy oxidada
Enhorabuena y gracias.
14 Metanero // 23 de Octubre de 2007 a la(s) 12:55 am
¿I con Metano no funcionaria? porque en este caso le pongo una turbinita de iones a la bicicleta i el gas ya lo pongo yo! (broma tonta).
Muy bien este artículo, muy claro y entendedor
Saludos a todos
15 Guido // 23 de Octubre de 2007 a la(s) 1:17 am
con paneles solares mas eficientes! es necesario recuperar la energía y protogenerarla, si es que queres conservar los paneles!
16 chanio // 23 de Octubre de 2007 a la(s) 4:41 am
Carl Sagan, en su libro Cosmos, decía que a estos motores se les podría agregar un recolector de materia atómica del espacio. Una forma de embudo con la abertura máxima enfocada hacia adelante de la nave.
Entonces, se produciría la multiplicación de la potencia esperada… Cuanto más veloz viaja la nave, más materia recolecta lo que aumenta la materia que usa como propulsión…
¡Que adelantado este Carl Sagan!
17 Roberto // 23 de Octubre de 2007 a la(s) 6:10 am
Sin lugar a dudas está muy bien explicado, pero si lo lee una persona que por alguna razón no pueda ver las imágenes de inmediato notará la falta de una buena descripción textual para el motor iónico que, evidentemente, se muestra en la fotografía. NO sé si el sistema que usas para publicar te lo permitirá pero sería muy bueno si adjuntaras a la imagen una buena descripción del motor utilizando para ello el atributo longdesc. Con esto estarías proporcionando la información a quienes no puedan ver la imagen y proporcionando una mejor comprensión a los que sí la ven pero refuerzan la idea con la explicación textual. Cuestiones como, por ejemplo, la necesidad de neutralizar el gas quedarían así mucho más claras. Por lo demás… excelente explicación. Creo que boy a suscribirme a tu feed.
18 ary // 23 de Octubre de 2007 a la(s) 3:29 pm
lo que no entiendo es por qué usan paneles solares en vez de un generador termoelectrico (http://es.wikipedia.org/wiki/Generador_termoel%C3%A9ctrico_de_radiois%C3%B3topos) o conjugar ámbos. Así podrían aumentar la potencia no?
Y si sacan la batería betavoltaica(http://noticiastech.com/wordpress/?p=8151) tampoco le vendría mal…
19 duhu // 23 de Octubre de 2007 a la(s) 4:34 pm
muy interestante, gracias por la explicación
http://www.juzamdjinn.blogspot.com
20 JOSÉ MIGUEL MONARDE MÜLLER // 23 de Octubre de 2007 a la(s) 6:15 pm
¡GENIAL Y DIDÁCTICO!
DESDE CARL SAGAN QUE NO VEÍA UNA EXPLICACIÓN TAN COMPLETA Y DIDÁCTICA DE UNA TECNOLOGÍA ESPACIAL.
SIGUE ASÍ.
POR MI PARTE, HAGO EL VIAJE INVERSO: TRAER EL MENSAJE DE LAS ESTRELLAS A LA TIERRA.
KLATU BARADA NIKTO
21 Rubén Salazar // 23 de Octubre de 2007 a la(s) 8:40 pm
Muy bien explicado.
Lo que no me convence es el paso inmediato que propone esta tecnología. Naves espaciales con motores de iones y nucleares. Un posible accidente en el lanzamiento podría ser fatal.
22 Quantium // 23 de Octubre de 2007 a la(s) 9:09 pm
Paneles solares y una buena carga nuclear para generar más energía, yo me voy más por generar electricidad con carga nuclear almacenada en la nave ( y posteriormente un recolector como el de Sagan) que por aumentar la capacidad de los páneles solares.
23 monti // 23 de Octubre de 2007 a la(s) 10:36 pm
chanio: Eso de lo que hablas son los estatoreactores espaciales. Una tecnología muy interesante, para cuando se consiga desarrollar.
Roberto: No; lamentablemente, la instalación de wordpress que tengo no me permite añadir el atributo “longesc”.
ary: Al igual que los paneles solares, los generadores de radioisótopos producen una cantidad de energía muy pequeña (aunque pueden funcionar durante años); por ese motivo solo se utilizan en naves que deben viajar mas allá del cinturón de asteroides (donde los paneles solares ya no funcionan). Cerca del Sol son mas eficientes los paneles solares.
Ruben: Los motores de iones solo se utilizan en el espacio, lejos de la Tierra, de manera que un accidente en la nave no afectaría a nuestro planeta.
24 ErPaquillo // 26 de Octubre de 2007 a la(s) 6:15 am
Buen artículo, aunque el tema me suena bastante (como si no hubiéramos hablado veces de ello tomando café… :P) Y tal como terminábamos esas charlas, siempre queda el pensamiento de que pronto llegará el momento en el que el viaje a Marte durará sólo tres meses (o uno y medio) en lugar de los seis meses que dura en la actualidad. Tiene guasa, porque el perfeccionamiento en esta tecnología de propulsión posibilitará la creación de vehículos que la utilicen, ya no sólo en el Espacio, sino también en la Tierra (sí, con los consiguientes peligros que ello puede acarrear).
La Ciencia Ficción parece ser, cada vez, menos Ficción y más Ciencia. A ver si en el siglo XXIII tenemos un Enterprise, o una Galáctica…
25 Anónimo // 31 de Octubre de 2007 a la(s) 1:00 am
hola
26 luis friz // 20 de Agosto de 2008 a la(s) 7:27 am
no creen que seria mucho mejor pasar una carga de energia electrica por el centro del motor con unos cables de cobre para luego hacer girar unos potentes imanes eso ocasionara una reaccion en cadena totalmente estable que es capaz de aumentar y franar cualquier clase de motor con facilidad proporcionando unos niveles de velocidad mucho mejores
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