La NASA probó recientemente con éxito un propulsor de plasma experimental impulsado por litio, lo que marca un importante paso adelante para las misiones humanas a Marte. Los ingenieros del Laboratorio de Propulsión a Chorro (JPL) de la NASA en el sur de California encendieron el motor electromagnético, permitiéndole alcanzar niveles de potencia nunca alcanzados por este tipo de sistema de propulsión en Estados Unidos.

La prueba se realizó el 24 de febrero en la cámara de vacío del JPL dedicada a la investigación de propulsión eléctrica de alta potencia. Durante las pruebas, el motor prototipo funcionó con más potencia que cualquier propulsor eléctrico de cualquier nave espacial voladora de la NASA. Los investigadores dicen que los resultados proporcionarán orientación para la siguiente fase de desarrollo y pruebas.

El administrador de la NASA, Jared Isaacman, dijo: "En la NASA, trabajamos en muchas cosas simultáneamente, pero nunca perdemos de vista a Marte. El desempeño exitoso de nuestros propulsores en esta prueba demuestra el progreso sustancial logrado en el envío de astronautas estadounidenses al Planeta Rojo. Esta es la primera vez que Estados Unidos utiliza sistemas de propulsión eléctrica en operación a un nivel de potencia tan alto, hasta 120 kilovatios. Continuaremos fabricando inversiones estratégicas para impulsar el próximo gran paso adelante. "

Este motor utiliza vapor de metal de litio y pertenece a la categoría de tecnología de propulsor Magneto-Plasma Dynamics (MPD). Estos sistemas generan empuje mediante el uso de corrientes eléctricas y campos magnéticos para acelerar el plasma a velocidades extremadamente altas. Durante cinco pruebas de encendido distintas, los electrodos de tungsteno del propulsor brillaron de un color blanco brillante y las temperaturas subieron a más de 5.000 grados Fahrenheit (2.800 grados Celsius). La prueba se realizó en el Laboratorio de Propulsión Eléctrica del JPL, que cuenta con una instalación única capaz de evaluar de forma segura propulsores eléctricos que dependen de propulsores de vapor metálico con potencia en el rango de megavatios.

La eficiencia de combustible del sistema de propulsión eléctrica es mucho mayor que la de los cohetes químicos tradicionales y el uso de propulsor se puede reducir hasta en un 90%. En lugar de generar un fuerte empuje durante períodos cortos de tiempo, proporcionan un empuje suave pero sostenido que acelera constantemente la nave espacial durante largos períodos de tiempo. La NASA ya utiliza tecnología de propulsión eléctrica en misiones como Psyche, que actualmente utiliza los propulsores eléctricos más potentes de la agencia. Con el tiempo, el sistema de propulsión de Psyche puede acelerar la nave espacial a 124.000 millas por hora.

Este nuevo propulsor MPD impulsado por litio puede eventualmente proporcionar un empuje significativamente mayor que los sistemas existentes. Aunque los científicos han estado estudiando la tecnología de propulsión MPD desde la década de 1960, la tecnología nunca se ha utilizado en aplicaciones prácticas en el espacio. En pruebas recientes en el JPL, el motor alcanzó una potencia de 120 kilovatios, más de 25 veces la potencia de los propulsores de vuelo del "Spirit Star".

"Los últimos años de diseño y construcción de estos propulsores han sido una preparación a largo plazo para esta primera prueba", dijo James Polk, científico investigador principal del JPL. "Este es un momento importante para nosotros porque no sólo demostramos la capacidad de funcionamiento de los propulsores, sino que también logramos nuestros niveles de potencia objetivo. Sabemos que tenemos una buena plataforma de prueba para comenzar a resolver los desafíos de la ampliación". Cámara de vacío refrigerada por agua de 26 pies de largo (8 metros de largo). Cuando el propulsor se activa, su electrodo exterior en forma de boquilla brilla intensamente, creando una columna de plasma de color rojo brillante. Polk ha trabajado en el campo de la tecnología de propulsión eléctrica durante décadas, habiendo contribuido a la misión Dawn de la NASA y a Deep Space One, la primera nave espacial en demostrar la tecnología de propulsión eléctrica más allá de la órbita terrestre.

Los investigadores esperan aumentar eventualmente la potencia de salida de cada propulsor entre 500 kilovatios y 1 megavatio. Uno de los mayores desafíos técnicos es garantizar que el hardware pueda soportar un funcionamiento prolongado en temperaturas extremas. Una misión tripulada a Marte puede requerir un total de 2 a 4 megavatios de potencia, lo que significa que es posible que varios propulsores MPD deban funcionar de forma continua durante más de 23.000 horas.

Los científicos creen que los motores MPD propulsados ​​por litio pueden desempeñar un papel importante en la futura exploración del espacio profundo porque combinan un fuerte empuje con un uso eficiente del propulsor. Combinados con sistemas de energía nuclear, pueden reducir la masa de lanzamiento y al mismo tiempo transportar las pesadas cargas necesarias para las misiones humanas a Marte.

El proyecto del propulsor MPD ha estado en desarrollo durante los últimos dos años y medio, una colaboración entre el JPL, el Laboratorio de Física del Plasma de Princeton en Nueva Jersey y el Centro de Investigación Glenn de la NASA en Cleveland. La financiación proviene del Programa de Propulsión Nuclear Espacial de la NASA, que comenzó en 2020 para apoyar el desarrollo de sistemas de propulsión eléctrica nuclear a escala de megavatios para futuras misiones a Marte. El trabajo está gestionado por el Centro Marshall de Vuelos Espaciales de la NASA en Huntsville, Alabama, bajo la Dirección de Misiones de Tecnología Espacial de la NASA.