La Administración Nacional de Aeronáutica y del Espacio (NASA) anunció recientemente que un nuevo motor de iones experimental Magneto-Plasma Power (MPD) alimentado con litio funcionó con éxito en una prueba clave y se considera un importante avance tecnológico de propulsión para futuras misiones tripuladas a Marte.Los primeros astronautas en Marte se enfrentarán a un entorno extremadamente duro. Cada día extra en el espacio profundo traerá una exposición adicional a rayos cósmicos mortales. El aislamiento prolongado erosionará la salud mental y la microgravedad seguirá debilitando músculos y huesos. Debido a esto, la NASA está invirtiendo mucha energía en el desarrollo de nuevos sistemas de propulsión que puedan acortar significativamente los tiempos de vuelo, con la esperanza de comprimir el viaje a Marte en varios meses en un futuro próximo.

Este motor de iones MPD recientemente presentado utiliza litio como fluido de trabajo, con una potencia máxima de 120 kilovatios y una capacidad de empuje 25 veces mayor que la del motor de propulsión eléctrica más potente actualmente en servicio en las misiones de la NASA. Se considera un paso clave hacia vuelos al espacio profundo más rápidos y eficientes. El representante actual es la sonda Psyche, que vuela hacia un asteroide metálico. Utiliza una matriz solar para impulsar un motor de iones de xenón. Puede acelerar gradualmente hasta unos 200.000 kilómetros por hora en un entorno sin resistencia atmosférica, pero se necesitan más de dos años y medio para alcanzar esa velocidad.

Con la actual tecnología de cohetes químicos de la NASA, se necesitarían unos siete meses para volar de la Tierra a Marte. En la superficie, la propulsión iónica, que se basa en un empuje bajo y una aceleración sostenida durante largos períodos de tiempo, no parece ideal para acortar los tiempos de vuelo porque comienza lentamente y tarda meses en alcanzar velocidades extremadamente altas. Sin embargo, la NASA está intentando revertir esta impresión tradicional cambiando la combinación de fuente de energía y método de propulsión.

A diferencia de Mind, que depende de paneles solares para impulsar motores de iones de xenón, este nuevo propulsor MPD se concibe como parte de un sistema de propulsión eléctrica nuclear que proporcionará energía eléctrica de alta potencia desde un reactor nuclear, permitiendo a la nave espacial mantener niveles de empuje mucho más altos que la propulsión eléctrica existente durante largos períodos de tiempo en el espacio profundo. La NASA cree que se espera que esta combinación de "energía nuclear + MPD" aumente significativamente la velocidad con la misma o menor masa de propulsor, acortando así el viaje de la misión tripulada a Marte.

El concepto de propulsión MPD se remonta a la década de 1960, pero aún no se ha comercializado en el espacio, siendo el principal obstáculo sus enormes necesidades de energía, que superan con creces las capacidades energéticas de los paneles solares. Esto es tecnológicamente complementario al proyecto de propulsión nuclear recientemente anunciado por la NASA “Space Reactor-1 Freedom”: este proyecto prevé utilizar un motor de iones tradicional con fluido de trabajo de xenón en otra misión, y el MPD representa el siguiente paso hacia una mayor potencia y un mayor empuje.

Los motores de iones tradicionales suelen depender de campos electrostáticos para acelerar partículas cargadas individuales (principalmente iones de xenón) y descargarlas de la boquilla para obtener fuerza de reacción. El motor MPD interactúa con una alta corriente y un campo magnético para acelerar el plasma electromagnéticamente. Este modelo utiliza específicamente vapor de litio metálico, que se ioniza en plasma de litio dentro del motor y luego se expulsa para lograr empuje.

El 24 de febrero de este año, la NASA llevó a cabo una prueba de encendido crítica de este motor MPD utilizando una cámara de vacío especial equipada con un sistema de refrigeración por agua en el Laboratorio de Propulsión Eléctrica del Laboratorio de Propulsión a Chorro (JPL) en el sur de California. Durante la prueba, los ingenieros encendieron el motor cinco veces, monitoreando su electrodo central de tungsteno mientras brillaba intensamente a temperaturas superiores a 2.800 grados Celsius (aproximadamente 5.000 grados Fahrenheit). Los datos muestran que este nuevo motor alcanzó con éxito en las pruebas una potencia máxima de 120 kilovatios, lo que supone más de 25 veces el propulsor eléctrico utilizado por el "Psychic".

El administrador de la NASA, Jared Isaacman, dijo en un comunicado que la agencia nunca "perdió de vista Marte" mientras avanzaba múltiples misiones en paralelo. Destacó que el éxito de esta prueba significa un "paso sustancial" hacia el envío de astronautas estadounidenses a Marte. También es la primera vez que Estados Unidos permite que el sistema de propulsión eléctrica funcione continuamente al alto nivel de potencia de 120 kilovatios. La NASA seguirá realizando "inversiones estratégicas" para sentar una base tecnológica sólida para el próximo gran salto de la humanidad.

La NASA cree que se espera que este motor MPD alcance el nivel de potencia de 1 MW en futuras pruebas. Según estimaciones internas de la agencia, una misión tripulada típica a Marte puede requerir una potencia total de 2 a 4 megavatios, lo que significa que la nave espacial final probablemente tendrá múltiples motores MPD funcionando en paralelo. En este proceso, cómo garantizar un funcionamiento fiable a largo plazo del hardware en entornos de temperaturas ultraaltas y aliviar la erosión de los electrodos, un problema típico de la tecnología MPD, serán desafíos clave que el equipo de ingeniería deberá superar.

Actualmente, después de dos años de diseño y construcción, el equipo de I+D está satisfecho con los resultados de la primera ronda de pruebas y cree que ha cruzado el primer "gran umbral" en el camino hacia la ingeniería. James Polk, científico investigador principal del Laboratorio de Propulsión a Chorro, dijo que la prueba no sólo demostró que el motor puede funcionar normalmente, sino que también logró con éxito el objetivo de potencia predeterminado y sentó una base de plataforma de prueba confiable para pruebas posteriores a gran escala.

Desde una perspectiva más amplia, la ventaja de la tecnología de propulsión eléctrica radica en su extremadamente alta eficiencia de utilización del propulsor, que puede reducir el consumo de propulsor en aproximadamente un 90% en comparación con los cohetes químicos tradicionales. En teoría, combinar la propulsión MPD de alta potencia con la energía nuclear podría proporcionar vehículos para el espacio profundo con un empuje promedio más alto y tiempos de vuelo más cortos sin aumentar significativamente la masa total. Esta puede convertirse en una de las tecnologías clave para el primer viaje tripulado de la humanidad a Marte, dando a los astronautas un tiempo valioso para reducir los riesgos para la salud causados ​​por la radiación y la ingravidez a largo plazo.

La NASA aún no ha anunciado un calendario para la propulsión MPD en misiones tripuladas específicas, pero esta prueba terrestre de alta potencia se considera un hito importante en "un paso más hacia Marte". En el contexto de muchos países que compiten para planificar planes tripulados para Marte, si esta nueva tecnología puede salir con éxito del laboratorio y entrar en misiones reales, se espera que cambie la escala de tiempo de la exploración humana del espacio profundo.