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Propulsión espacial por plasma
Eduardo Ahedo Galilea

Un cohete de plasma suministra en el espacio una fuerza por unidad de peso de propulsante muy superior a la de un cohete químico, gracias a la velocidad mucho mayor del plasma eyectado. Existe una amplia variedad de propulsores de plasma, dependiendo, entre otros factores, de los mecanismos de transmisión de energía internaal plasma, de su conversión en energía cinética, y de las geometrías de diseño y confinamiento. El desarrollo de modelos teóricos y códigos de simulación del plasma es esencial para mejorar el diseño y prestaciones de los cohetes de plasma.

1. Propulsión espacial: ¿química ó eléctrica?
El desplazamiento de un satélite o astronave en el espacio y el control de su posición son el objeto de lapropulsión espacial, la cual se lleva a cabo mediante motores cohete. Éstos se caracterizan por transportar consigo todo el propulsante (combustible) y por funcionar de acuerdo al Principio de acción y reacción, generándose una fuerza o empuje F sobre la astronave mediante la expulsión en sentido contrario de un chorro de gas de alta energía cinética. Dependiendo de la fuente principal de energíautilizada para acelerar dicho chorro, distinguiremos entre propulsión química y propulsión eléctrica o por plasma. Hay que distinguir las tecnologías de los cohetes espaciales y de los cohetes lanzadores (Ariane 5, Atlas, etcétera), responsables éstos de colocar en órbita espacial la astronave desde la superficie de la Tierra. Los cohetes lanzadores requieren una potencia enorme, capaz de generar unaltísimo empuje durante varios minutos para vencer la gravedad terrestre. Estos cohetes son dominio exclusivo de la propulsión química y constituyen una tecnología independiente. La competencia entre cohetes químicos y eléctricos sólo tiene sentido en el espacio, donde los empujes son mucho menores pero operan durante un intervalo de tiempo mucho mayor. Los requerimientos propulsores en el vacíoespacial se miden por DV, suma de todos los cambios de velocidad que han de realizarse en el movimiento de la astronave. Cerca de cuerpos celestes grandes, DV también incluye la compensación de la fuerza de gravedad y de la resistencia atmosférica, si la hubiera. Desde el punto de vista de la propulsión, una misión es más ambiciosa cuanto mayor sea DV. Una parte importante del coste de una misiónespacial es el atribuido a su lanzamiento, el cual es proporcional al peso inicial de la astronave. Una fracción sustancial de dicho peso corresponde al combustible necesario para la propulsión de la astronave en el espacio. El aumento exponencial de la masa de propulsante Mprop con los requerimientos propulsores de la misión espacial queda reflejado en la ecuación de Tsiolkovsky M prop = exp c DVm - 1 M fin c (1)

donde Mfin es la masa final de la astronave, suma de la carga útil y la masa “seca” del motor cohete (excluido el propulsante) y c es la velocidad de salida del chorro gas, parámetro conocido como impulso específico, el cual depende del tipo de cohete. En un cohete químico, el impulso específico es una característica intrínseca del propulsante, relacionada con su potenciacalorífica, y existen limitaciones naturales en su valor máximo. El propulsante químico más usado en el espacio es la hidracina, por ser una combinación de sencillez (es un mono-propulsante que se calienta al descomponerse en una cama catalítica), seguridad de almacenamiento y un impulso específico mediano (en torno a 2.3 km/s). En un cohete eléctrico, c es extrínseco al propulsante y depende de laenergía electromagnética transmitida al mismo. Así, los cohetes de plasma pueden proporcionar impulsos específicos altísimos: impulsos del orden de 30 km/s ya han sido demostrados en misiones espaciales. La posibilidad de reducir exponencialmente la factura asociada al transporte del propulsante o de hacer viables misiones interplanetarias hasta ahora imposibles por su gran DV hace extremadamente...