Si vas a volar en el espacio, necesitas algún tipo de sistema de propulsión. Una nueva tecnología de empuje llamada Helicon Double Layer Thruster podría ser aún más eficiente con su combustible. La Dra. Christine Charles de la Universidad Nacional de Australia en Canberra es la inventora.
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Fraser: ¿Me puede dar algunos antecedentes sobre la tecnología de empuje que ha inventado?
Dra. Christine Charles: De acuerdo, este propulsor se llama HDLT, que significa Helicon Double Layer Thruster, y es un nuevo tipo de aplicación de propulsor de plasma en viajes al espacio profundo. Y los antecedentes son nuestra experiencia en tecnologías de plasma, plasma espacial, procesamiento de plasma para el tratamiento de superficies y una variedad de otras aplicaciones.
Fraser: Entonces, el motor favorito del conjunto de exploración espacial en estos días es el motor de iones, que ha demostrado un rendimiento bastante bueno como un motor eficiente en combustible. ¿Cómo se relaciona el motor en el que está trabajando con un motor de iones? ¿Puedes darle a la gente algo de contexto?
Dr. Charles: Sí, hay algunos aspectos comunes y algunos aspectos muy diferentes. Entonces, primero el motor de iones se ha desarrollado con éxito en el pasado, no sé, 50 años más o menos. Está bastante bien desarrollado ahora. Pero el propulsor HD tiene algunas ventajas interesantes. Primero, no usa electrodos. Entonces, en el motor de iones, tiene una serie de rejillas para acelerar el ión. Entonces, nuestro propulsor no tiene electrodos, tenemos un nuevo tipo de mecanismo de aceleración que llamamos Doble Capa. Por eso lo llamamos HDLT: Helicon Double Layer Thruster. No tiene electrodos, lo que significa que tiene una larga vida útil porque no tiene erosión de electrodos. Y un segundo aspecto realmente importante es que si miras dispositivos como motores de iones, emiten iones. Por lo tanto, debe tener una fuente externa de electrones para neutralizar estos iones, y eso generalmente se hace teniendo un segundo dispositivo en el lado del propulsor que se llama un dispositivo de cátodo hueco. De hecho, tiene dos dispositivos en un motor de iones. Y a menudo porque temen que estos dispositivos de cátodo huecos puedan fallar, se ponen dos para aumentar la vida útil. Pero en el HDLT, en realidad emitimos un plasma, que en sí mismo contiene un haz de iones supersónicos. Entonces tenemos el haz de iones supersónico, que es la principal fuente de empuje a medida que sale del propulsor, pero también tenemos el plasma que emite suficientes electrones para neutralizar el haz. Por lo tanto, no necesitamos este dispositivo externo, que es el neutralizador. Eso es muy bueno porque puede proporcionar seguridad y simplicidad, no hay partes móviles, por lo que hace que el HDLT sea bastante atractivo para viajes espaciales muy profundos; larga vida útil Y otra ventaja es que debido a que usamos un segundo concepto llamado plasma de helicón, es una forma muy eficiente de transferir electricidad a las partículas cargadas en el plasma. Eso significa que podemos obtener plasmas realmente densos con muchos iones y podemos aumentar de potencia. Entonces, probablemente podamos subir hasta 100 kilovatios. Esto aún no se ha hecho aquí en un prototipo, porque nuestro primer prototipo fue de solo 1 kilovatio. Pero otros experimentos han sugerido que con nuestro tipo de plasma, realmente podemos aumentar la potencia, y para hacerlo con un motor de iones, básicamente lo principal es que cuando superas unos pocos kilovatios, debes tener un grupo de propulsores
Entonces, diría que es muy temprano para el HDLT, pero las principales ventajas son una mayor vida útil, simplicidad, escalabilidad y seguridad. Y también es bastante eficiente en combustible, lo cual es muy bueno.
Fraser: En términos de rendimiento, los motores de iones pueden soportar el peso del peso de un trozo de papel, pero pueden hacerlo durante años y años y aumentar el empuje. ¿Estás diciendo que podrías sacar más empuje?
Dr. Charles: Por el momento, los motores de iones son definitivamente los mejores en términos de empuje, por kilovatio, en este momento. Y el prototipo HDLT, que es solo un concepto y de menos de 1 kilovatio, no coincide con el empuje. Si tomas el ejemplo de un motor de iones, generalmente tiene 100 mili newtons por un kilovatio. Estamos hablando probablemente 3-5 veces menos por el momento, pero hay que ver que no hemos tenido 20 años de desarrollo. Son los primeros días, y ciertamente podemos mejorar la tecnología.
Fraser: Y, según tengo entendido ahora, la Agencia Espacial Europea ha recogido la tecnología y está haciendo algunas pruebas internas. ¿Y cómo les ha ido eso?
Dr. Charles: Bien, tenían algunos proyectos. Lo primero es que tuvimos una subvención en Australia de una agencia de financiación, y eso fue durante 2004-2005. Y diseñamos y fabricamos el primer prototipo HDLT, que llevamos a la ESA en abril pasado, y que probamos durante un mes. Teníamos fondos limitados, por lo que no pudimos probarlo durante más de un mes. Y esto demostró que todos los aspectos del propulsor funcionaban perfectamente. Pero probamos todos los poderes que pudimos, y teníamos diferentes presiones de gas, etc. No teníamos los diagnósticos que necesitábamos para medir el empuje, por lo que no sabíamos cuál era el empuje real. El impulso que tenemos es lo que podemos medir a partir del haz de iones en Australia: aún debe hacerse. Y se basa en este concepto muy nuevo de la doble capa, del que tuvimos que convencer a la gente. Y la ESA pensó que era realmente interesante, por lo que habían decidido tener un estudio independiente para validar el efecto de doble capa. Es el concepto básico detrás del propulsor; El mecanismo de aceleración. Así que ahora realmente tenemos que ver de qué se trata.
¿Qué es una doble capa? Imagínense, es como un río y, de repente, el lecho del río se cae y se crea una cascada. Luego tienes estos iones que caen por esta cascada, se aceleran y luego se conectan al cohete con una gran velocidad de escape. Entonces, la doble capa es una caída potencial en el plasma. Lo que es muy interesante es que en el HDLT, no tenemos electrodos; el plasma simplemente decide hacer esto, usando un cierto campo magnético, que es una botella o boquilla magnética. Y eso es todo. Entonces es como tener la cascada sin bombear el agua. Entonces este es el concepto básico.
Entonces ESA tuvo este estudio independiente para validar el concepto de la doble capa. ¿Has visto el último comunicado de prensa?
Fraser: Sí, lo tengo.
Dr. Charles: Entonces hubo este último estudio de Australia. Tenemos el primer prototipo, y hemos demostrado algunos aspectos; aunque, el empuje aún no se ha medido en una cámara de simulación espacial. Y la ESA también ha validado el concepto detrás del propulsor, que es este concepto de doble capa. Así que ahí es donde estamos en este momento.
Fraser: Entonces, ¿para qué tipo de misiones crees que sería mejor el propulsor HDLT?
Dr. Charles: Tiene que ser para misiones realmente a largo plazo donde te obligan a ir despacio, pero durante mucho tiempo. Y también tiene este bonito aspecto de seguridad. Tiene el potencial de ser utilizado para vuelos espaciales tripulados. Entonces es realmente para misiones en el espacio profundo, o para ir a Marte ... cosas así.
Fraser: Ya veo. Supongo que una de sus principales ventajas aquí es que tiene menos partes móviles, partes que podrían romperse.
Dr. Charles: Y puede aumentar su poder, lo que también es importante. La NASA ha simulado qué tipo de poder necesitarías para enviar humanos a Marte, y está en el rango de megavatios. Entonces tendrás que tener el poder. También deberá poder ampliar sus propulsores. Necesitan poder operar con gran potencia para hacer el trabajo. Lo que hizo la NASA fue mostrar que si pudieras tener un propulsor de plasma adecuado, o un cohete de plasma, podrías reducir el tiempo para ir a Marte porque si usas tecnología de plasma, puedes usar trayectorias geodésicas. Si usa propulsión química, tendrá más como una trayectoria balística. Por lo tanto, puede reducir el viaje en el tiempo a Marte, por ejemplo.
Fraser: ¿Cuáles son los próximos pasos para su investigación?
Dr. Charles: Bueno, estamos haciendo varias cosas en paralelo. Todavía estamos trabajando muy fuertemente en la doble capa en sí porque este es un tipo de física muy agradable que tiene todo tipo de otras aplicaciones para la aurora o la aceleración del viento solar, etc. También tenemos una nueva cámara de simulación espacial aquí en el Universidad Nacional Australiana. Y hemos montado el prototipo, que regresó de la ESA, a esa cámara de simulación espacial. Y vamos a comenzar a tratar de medir el equilibrio de empuje y otras formas, probablemente a partir de enero de 2006. Y podría haber otras noticias, no lo sé. Ya veremos cómo va. Definitivamente vamos a poner mucho esfuerzo en este tema. Es muy fascinante porque muchas personas están interesadas en el resultado.
Información del propulsor HDLT de ANU
