La propulsión láser podría enviar cohetes al espacio

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Nave propulsada por microondasLos lanzamientos espaciales han evocado la misma imagen desde hace décadas: brillantes llamas naranhas estallando bajo un cohete conforme lo eleva y lanza hacia el cielo. Pero un sistema de propulsión alternativa, propuesto por algunas investigadores, podría cambiar dicha visión.

En lugar de reacciones químicas explosivas a bordo de un cohete, la nueva idea, conocida como propulsión térmica transmitida, implica la propulsión de un cohete iluminando una luz láser o de microondas el mismo desde tierra. La tecnología haría posible un cohete reusable de una única etapa que tiene de dos a cinco veces más espacio de carga que los cohetes convencionales, lo cual reduciría el coste de enviar cargas a la órbita baja de la Tierra.

La NASA está llevando a cabo un estudio para examinar la posibilidad de usar energía transmitida de propulsión para lanzamiento espaciales. Es estudio se espera que concluya en marzo de 2011.

En un sistema de propulsión química tradicional de un cohete, el combustible y el oxidante son bombeados a la cámara de combustión a gran presión y quemados, lo cual crea gases de escape que son expulsados a través de una tobera a gran velocidad, impulsando el cohete hacia arriba.

Un sistema de propulsión térmica transmitida implicaría focalizar un haz láser o de microondas en un intercambiador de calor a bordo del cohete. El intercambiador de calor transferiría la energía de la radiación al combustible líquido, convirtiéndolo en un gas caliente que es empujado fuera de la tobera.

“La idea básica es construir cohetes que dejen su fuente de energía en tierra”, dice Jordin Kare, presidente de Kare Technical Consulting, que desarrolló la idea del sistema de lanzamiento térmico por láser en 1991. “Se transmite la energía desde el terreno al vehículo”.

Con el haz iluminando constantemente el vehículo, se necesitarían de 8 a 10 minutos para que un láser pusiera una nave en órbita, mientras que las microondas harían lo mismo en 3 o 4 minutos. El vehículo tendría que ser diseñado sin superficies brillantes que reflejen los peligrosos haces, y las aeronaves y satélites tendrían que mantenerse fuera del camino del haz. Cualquier sistema de lanzamiento sería construido en áreas desérticas a gran altura, por lo que el peligro para la vida salvaje no sería una preocupación”, comenta Kare.

Los vehículos de propulsión térmica serían más seguros que los cohetes químicos, dado que no pueden estallar y no dejarían caer piezas durante el vuelo. Son mucho menores y más ligeros debido a que la mayor parte de su complejidad está en tierra, lo cual los hace más fáciles de baratos de lanzar.

“La gente puede lanzar pequeños satélites para educación, experimentos científicos, pruebas de ingeniería etc. cuando quiera, en lugar de tener que esperar una oportunidad para compartir viaje en un satélite grande”, señala Kare.

Otra ventaja del coste procede de un mayor espacio de carga. Aunque los sistemas de propulsión convencional están limitados por la cantidad de energía química en el propelente que es liberado por la combustión, en los sistemas con haces se puede añadir más energía de forma externa. Esto significa que una nave puede lograr un cierto momento usando menos de la mitad de la cantidad de propelente que un sistema convencional, permitiendo más espacio para la carga útil.

“Normalmente, en un cohete convencional, tienes que tener tres etapas con una fracción de carga útil de un tres por ciento en general”, dice Kevin Parkin, líder del proyecto de Cohete Térmico de Microondas en el Centro de Investigación Ames de la NASA. “Este sistema de propulsión será de una sola etapa con una fracción de carga útil de un cinco a un quince por ciento”.

Tener un mayor espacio de carga junto con un cohete reusable, podría hacer de la propulsión térmica de transmisión una forma de bajo coste de llevar material a la órbita baja de la Tierra, comenta Parkin.

Parkin desarrolló la idea de una propulsión térmica de microondas en 2001 y describe un propotipo de laboratorio en su tesis doctoral en 2006. Un sistema práctico para el mundo real sería posible actualmente, debido a que las fuentes de microondas, conocidas como girotones, se han transformado en las últimas cinco décadas, comenta. Un dispositivo de un megawatt está ya disponible en el mercado por un precio de aproximadamente un millón de dólares estadounidenses.

“Van a seguir aumentando en potencia y bajando en coste varios órdenes de magnitud a lo largo de las próximas décadas”, comenta. “Hemos llegado al punto en el que se puede combinar un centenar y crear un sistema de lanzamiento”.

Mientras tanto, el mayor obstáculo para usar lásers y transmitir energía ha sido el concepto erróneo de que se requeriría un láser muy grande y caro, apunta Kare. Pero podrías comprar un láser comercialmente disponible que entra en un contenedor de envíos y construir un conjunto con varios cientos. “Cada uno tendría su propio telescopio y sistema de apunte”, dice. “El conjunto cubriría un área de aproximadamente el tamaño de un campo de golf”.

El sistema de lanzamiento láser real más pequeño tendría que tener entre 25 y 100 megawatts de energía, mientras que un sistema de microondas estaría entre los 100 a 200 megawatts. Construir tal conjunto sería caro, dice Kare, aunque similar, o más barato, que desarrollar y probar un cohete químico. El sistema tiene más sentido económico si se usara para al menos unos cientos de lanzamientos cada año.

Además, dice Parkin, “los principales componentes de la instalación de transmisión debería durar muy por encima de diez mil horas de funcionamiento, lo normal para esta clase de dispositivos, por lo que el ahorro puede más que amortizar el coste inicial”.

A corto plazo, la propulsión de energía transmitida sería útil para poner microsatélites en la órbita baja de la Tierra, para cambios de altura o para frenar una nave que desciende hacia la Tierra. Pero la tecnología podría en el futuro usarse para enviar misiones a la Luna u otros planetas y para el turismo espacial.

Kare ha estudiado la posibilidad de usar lásers para propulsar sondas interestelares para el Instituto de Conceptos Avanzados de la NASA. Un lanzamiento a distancias planetarias requeriría lásers de más potencia con sistemas de telescopio mayores así como estaciones de repetición láser en el espacio. Impulsar misiones al espacio profundo requeriría de lásers y telescopios aún mayores, así como distintas técnicas de propulsión que usan propelentes más fáciles de almacenar que el hidrógeno líquido.

Enviar una nave a una luna de Júpiter, por ejemplo, requeriría lásers que generan miles de millones de watts de potencia. “Tendrías que tener otro par de generaciones de telescopios espaciales para hacer algo como eso”, comenta Kare. “De hecho, puedes lanzar una sonda interestelar de tal forma, pero ahora estás hablando de láser que podrían tener cientos de miles de millones de watts de potencia”. La tecnología láser podría alcanzar esos niveles en otros 50 años, señala.


Autor: Prachi Patel
Fecha Original: 21 de enero de 2011
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