Propulsor de plasma pulsado
Un propulsor de plasma pulsado ( PPT ), también conocido como motor a reacción de plasma, es una forma de propulsión eléctrica de una nave espacial . [1] Los PPT se consideran generalmente la forma más simple de propulsión de naves espaciales eléctricas y fueron la primera forma de propulsión eléctrica en volar en el espacio, habiendo volado en dos sondas soviéticas ( Zond 2 y Zond 3 ) a partir de 1964. [2] Los PPT son generalmente se vuela en naves espaciales con un excedente de electricidad proveniente de la energía solar disponible en abundancia.
La mayoría de los PPT utilizan un material sólido (normalmente PTFE , más comúnmente conocido como teflón) como propulsor , aunque muy pocos utilizan propulsores líquidos o gaseosos. La primera etapa en la operación de PPT implica un arco de electricidad que pasa a través del combustible, provocando la ablación y sublimación del combustible. El calor generado por este arco hace que el gas resultante se convierta en plasma , creando así una nube de gas cargada. Debido a la fuerza de la ablación, el plasma se impulsa a baja velocidad entre dos placas cargadas (un ánodo y un cátodo). Dado que el plasma está cargado, el combustible completa efectivamente el circuito entre las dos placas, permitiendo que fluya una corriente a través del plasma. Este flujo de electrones genera un fuerte campo electromagnético que luego ejerce una fuerza de Lorentz sobre el plasma, acelerando el plasma fuera del escape del PPT a alta velocidad. [1] Su modo de funcionamiento es similar al de un cañón de riel . La pulsación se produce debido al tiempo necesario para recargar las placas después de cada explosión de combustible y al tiempo entre cada arco. La frecuencia de pulsación es normalmente muy alta y por tanto genera un empuje casi continuo y suave. Si bien el empuje es muy bajo, un PPT puede funcionar continuamente durante períodos de tiempo prolongados, lo que produce una gran velocidad final.
La energía utilizada en cada pulso se almacena en un condensador. [3] Al variar el tiempo entre la descarga de cada capacitor, el empuje y el consumo de energía del PPT se pueden variar, lo que permite un uso versátil del sistema. [2]
Los PPT tienen velocidades de escape mucho más altas que los motores de propulsión química, pero tienen una tasa de flujo de combustible mucho menor. De la ecuación de Tsiolkovsky mencionada anteriormente, esto da como resultado una velocidad final proporcionalmente más alta de la nave propulsada. La velocidad de escape de un PPT es del orden de decenas de km / s, mientras que la propulsión química convencional genera velocidades térmicas en el rango de 2-4,5 km / s. Debido a esta menor velocidad térmica, las unidades de propulsión química se vuelven exponencialmente menos efectivas a velocidades de vehículos más altas, lo que requiere el uso de propulsión de naves espaciales eléctricas como los PPT. Por lo tanto, es ventajoso utilizar un sistema de propulsión eléctrica como un PPT para generar altas velocidades interplanetarias en el rango de 20 a 70 km / s.
El PPT de investigación de la NASA (lanzado en 2000) alcanzó una velocidad de escape de 13,700 m / s, generó un empuje de 860 µN y consumió 70 W de energía eléctrica. [1]
Los PPT son muy robustos debido a su diseño intrínsecamente simple (en relación con otras técnicas de propulsión de naves espaciales eléctricas). Como sistema de propulsión eléctrica, los PPT se benefician de un menor consumo de combustible en comparación con los cohetes químicos tradicionales, lo que reduce la masa de lanzamiento y, por lo tanto, los costos de lanzamiento, así como un alto impulso específico que mejora el rendimiento. [1]
