Un nuevo concepto en propulsión espacial: la vela eléctrica

La vela eléctrica es un nuevo concepto en propulsión espacial que usa el momento del viento solar para producir un empuje. [..] La vela eléctrica es en cierto modo similar a la más conocida vela por presión de radiación solar, a la que a menudo se la conoce simplemente como vela solar. En realidad, la vela eléctrica no consta de tela, sino que se asemejaría más (por usar un símil fácilmente asimilable) al armazón de un paraguas.

Una vela eléctrica a escala completa constaría de un número (entre 50 y 100) de cables conductores largos (p.e. 20 kilómetros) y finos (p.e. 20 micrones). La nave espacial contaría también con un cañón disparador de electrones (con un consumo medio de unos pocos cientos de vatios) que obtendría su energía de paneles solares, y que se usaría para mantener a la nave espacial, y a los cables, en un nivel alto de potencial positivo (hasta 20 kV) y de este modo compensar la llegada de electrones desde el plasma solar. El campo eléctrico de los cables se extiende unas pocas decenas de metros hacia el plasma de viento solar circundante. Por ello, los iones del viento solar “ven” los cables más anchos de lo que realmente son, apreciándolos como obstáculos de 50 metros de anchura. (En la actualidad se estudian técnicas para desplegar los cables y lograr con ellos que la nave “vuele” eléctricamente).

La presión dinámica del viento solar varía, pero su media es de aproximadamente 2 nanopascales (nPa) a una distancia como la que separa a la Tierra del Sol. Esto es un nivel aproximadamente 5.000 veces mas débil que el de la presión de la radiación solar. No obstante, debido al gran tamaño del área efectiva y al tan ligero peso por unidad del fino cable metálico, la vela eléctrica sigue siendo eficiente. Cada uno de los cables de 20 kilómetros de longitud de la vela eléctrica pesaría solo unos pocos cientos de gramos, y se enroscarían en un carrete pequeño, pero una vez desplegado en el espacio y conectado al cañón de electrones de la nave espacial, podría producir un área efectiva de vela solar de un km2, con la que se podría extraer entre 1 y 2 milinewtons de fuerza a partir del viento solar. Por ejemplo, una nave pequeña de 200 kilos que fuese equipada con 100 de estos cables podría obtener una aceleración de aproximadamente 1 mm/s^2. Tras actuar durante un año, esta aceleración podría producir una significativa velocidad final de unos 30 kilómetros por segundo. Este sistema podría ser útil para enviar pequeñas cargas de forma rápida, llegar a Plutón – por ejemplo – podría llevar menos de 5 años (en comparación, la sonda Cassini tardó 7 años en llegar a Saturno). Alternativamente, se podría elegir este sistema para mover cargas de tamaño medio a una velocidad ordinaria de 5 a 10 km/s, a causa del ahorro en los costos de propulsión por la ligereza en peso del conjunto a la hora de lanzar la nave.

Una limitación de la vela eléctrica es que al necesitar al viento solar, no puede producir empujes considerables dentro de una magnetosfera (no convendría pasar cerca de Júpiter por ejemplo) en la que no actúa el viento solar. Aunque la dirección del empuje es básicamente contraria a la ubicación del sol, esta podría variarse, dentro de ciertos límites, mediante la inclinación de la vela. De este modo, también se podría navegar en dirección al sol.

Una visión esquemática de la fase de despliegue de la vela eléctrica giratoria. Por simplificación, solo se han dibujado 8 cables. Las superficies azul-violeta son paneles solares y las líneas amarillas son brazos propulsores (en cuyos extremos irían montados pequeños cohetes) que crearían el giro inicial de la nave.

En esta fase los cables ya han sido desplegados, y el cañón de electrones ha entrado en funcionamiento. Las líneas azules simbolizan a los hazes de electrones del cañón. Los brazos de propulsión iniciadores del giro y los tanques de combustible asociados a ellos, han sido eyectados para ahorrar masa. El viento solar (las flechas verdes) actúa sobre los cables, doblándolos ligeramente. El campo eléctrico alrededor de los cables, se representa por líneas rojas de puntos.

Visto en The electric solar wind sail

11 Comentarios

  1. 1 duhu duhu 21 Abr 2008 0 (0 Votos)

    Interesante sistema de propulsión ¿Cuanto se tardaría en llegar a Marte?, porque podría ser interesante para misiones no tripuladas para llevar sondas.

  2. 2 Maikelnai Maikelnai 21 Abr 2008 0 (0 Votos)

    Al principio la aceleración crecería muy despacio, así que en viajes “cortos” como a Marte no lo veo muy indicado, pero si para ir a mundos distantes como Neptuno.

  3. 3 Ranganok Schahzaman Ranganok Schahzaman 24 Abr 2008 0 (0 Votos)

    Muy interesante el sistema de propulsión, además si se gira el cañon de electrones puede ayudar a propulsar la nave (aunque habría que ver si interactúa con el viento solar).

    S2

    Ranganok Schahzaman

  4. 4 Walenzack Walenzack 24 Abr 2008 0 (0 Votos)

    Mmm… ¿No os parecen muchos 20 kilómetros? No tengo yo muy claro si en un viaje de aquí a Plutón ningún asteroide se acercará a menos de 20 km. de la nave – sobre todo al cruzar el cinturón de asteroides una vez pasado Marte…
    Además, imaginemos que efectivamente un asteroide u otro objeto cualquiera rompe uno de los cables. ¿Qué pasaría? El empuje ya no se distribuiría de forma homogénea por toda la “superficie virtual”, lo cual podría provocar desvíos etc…

    Por cierto, el plural de “haz” se sigue escribiendo con ‘c’ por mucho que se parezca al verbo :P

  5. 5 ashura ashura 24 Abr 2008 0 (0 Votos)

    Realmente me parece una pasada.
    No creo que fuera un gran problema si se rompiera uno de los cables, al ser tan finos podrían reponerse rápidamente.
    Lo que no entiendo muy bien es porqué la aceleración crecería despacio, porque si nos alejamos del Sol hacia Plutón por ejemplo, cada vez habría menos viento solar, no? o es ahí donde me equivoco?
    En fin, mejor me documento un poco por ahi ^_^

  6. 6 Francesc Francesc 24 Abr 2008 0 (0 Votos)

    no se puede evitar -más o menos, al menos pasando por una zona poco densa- el cinturón de asteroides pasando por encima o por debajo?

    la aceleración no crecería, de hecho iría decreciendo -al disminuir la cantidad de “viento solar” que recibe. Pero seguiría acelerando -y aumentando su velocidad- “siempre”

  7. 7 pep pep 24 Abr 2008 0 (0 Votos)

    lo que no me cuadra es que sirva para salir del sistema solar, entonces ya no tendria energia del sol, esperan que otro sol lo alimente despues?

  8. 8 komekokos komekokos 25 Abr 2008 0 (0 Votos)

    cita: Walenzack
    imaginemos que efectivamente un asteroide u otro objeto cualquiera rompe uno de los cables. ¿Qué pasaría? El empuje ya no se distribuiría de forma homogénea por toda la “superficie virtual”,
    ———————————————–
    pienso yo que los los cables deberían estar sujetos a un ‘anillo’ en la perimetría de la nave, y este tendría que tener cierta capacidad de regulación radial -ya que es capaz de expandirlos-, con lo que podría compensar algunos desequilibrios.

    Por otro lado :) ya sería mala suerte que, con la cantidad de NADA que hay en cosmos, fuese un p… asteroide a chafarnos el invento ¿no? ;DD

  9. 9 komekokos komekokos 25 Abr 2008 0 (0 Votos)

    Los ingenieros son la pera, vale.

    Pero yo no tengo claro cuál es el material de un cable conductor eléctrico que, con un diámetro de 20 millonésimas de milímetro (esto es lo que en metalugia se llama una ‘micra’ -no sé si un ‘micrón’ es lo mismo-), extendido a una distancia de 20 kilómetros de vellón y controlado en su punta por un cohete pueda mantenerse alineado en la estructura de ‘paraguas’ y ser direccionado por el cohete en cuestión sin partirse a cachos. :P

    ¿algún ingeniero por ahí…? :P

    OTROSÍDIGO:
    el cohete ese ¿va a gasoil, o a firlollos cósmicos? :)
    Porque si tiene capacidad de propulsión, deberá tener…
    1:combustible
    2:sistemas de ignición (para arrancar el chisme y pararlo si procede)
    3:sistemas de telecontrol (para que algo le diga cuándo y cómo ha de hacer algo)
    4:sistemas de dirección (mhhh… vale, lo dejo)

    Y eso pesa. <-P

    Y el peso lo aguanta el susodicho cable :(

    PD: gracias a maikelnai por tu traducción y tu blog. Vengo desde un enlace de Barrapunto, es la primera vez, y me gusta mucho.
    Saludos afectuosos. :)

  10. 10 komekokos komekokos 25 Abr 2008 0 (0 Votos)

    ¡¡¡¡perdón, perdón!!! corrijo…
    he entendido mal el artículo, pensando que los cohetes iban en la punta de cada cable para desplegarlos y mantenerlos orientados, cuando, en realidad, sirven para otra cosa.
    …si es que a las tres de la mañana no está uno para pensar…
    Disculpas avergonzadas de un burro <-(

  11. 11 viejito viejito 25 Abr 2008 0 (0 Votos)

    saludos maikelnai
    que sabes tu del proyecto space elevator?

Deja una respuesta

Tu correo nunca será publicado. Los campos obligatorios están marcardos con *

Obligatorio
Obligatorio

Patrocinadores

Twitter

  • No public twitter messages

Flickr

  • Una foto de Flickr
  • Una foto de Flickr
  • Una foto de Flickr
  • Una foto de Flickr
  • Una foto de Flickr
  • Una foto de Flickr
  • Una foto de Flickr
  • Una foto de Flickr
  • Una foto de Flickr