Cuando los satélites llegan al espacio requieren de la acción de pequeños mecanismos denominados propulsores, que dan la posición inicial y efectúan las correcciones de órbita de tiempo en tiempo. El combustible usado en esos casos está compuesto por un conjunto de sustancias químicas en estado sólido o líquido que, cuando pasan por un proceso de expansión térmica, sueltan chorros de gases hacia fuera del satélite para ponerlo con precisión en la dirección deseada. El problema radica en que el accionamiento de dichos combustibles genera un gran gasto de energía eléctrica, con lo que disminuye el tiempo de vida útil del satélite.
Varios grupos de investigación en todo el mundo se abocan actualmente a hallar soluciones creativas y viables para esta cuestión, buscando alternativas que hagan más duradero el uso de los propulsores en los satélites. Y uno de estos grupos trabaja en el Laboratorio de Plasma del Departamento de Física de la Universidad de Brasilia (UnB), y desarrolló un nuevo propulsor que utiliza plasma como combustible. El plasma, el así denominado cuarto estado de la materia, es una especie de gas ionizado, pues pierde electrones en parte de sus átomos y adquiere así propiedades distintas de las de los estados sólido, líquido y gaseoso. “Las estrellas, los rayos y las auroras se encuentran en estado de plasma”, ejemplifica el profesor José Leonardo Ferreira, coordinador del equipo.
Electricidad con imanes
El prototipo del propulsor de plasma, denominado Phall-01 y desarrollado en la UnB, tiene 20 centímetros de diámetro y 10 centímetros de altura. “Pero va a ser menor aún, de acuerdo con nuestros avances desarrollados en laboratorio”, dice Ferreira. El propulsor de Brasilia se ha mostrado eficaz cuando se lo compara con equipamientos similares construidos en otros países. “Éste reduce en hasta un 50% la potencia eléctrica necesaria para el funcionamiento de un satélite, al margen de aumentar hasta dos veces la vida útil de los vehículos espaciales en órbita, que oscila en la actualidad entre los dos y los cuatro años”. Y un desempeño está ligado directamente a la innovación diseñada por los investigadores de la UnB: un ordenamiento de imanes con campo magnético permanente, acoplados (como los imanes pegados en la heladera) a uno de los lados del propulsor, que descarta el uso de baterías como fuentes de electricidad.
La energía eléctrica de un satélite es muy escasa, de acuerdo con Ferreira. Un artefacto de mediano porte (de 500 kilos), por ejemplo, no debe gastar más que 1,5 kilovatios (kW) (el equivalente a 25 lámparas caseras de 60 vatios encendidas) con el sistema de propulsión, puesto que éste no genera mucho más que esa potencia. La poca disponibilidad de energía es una preocupación constante desde la década de 1960 para los investigadores de laboratorios y centros de investigación espacial.”La propulsión con plasma en los satélites se hace con propulsores que aceleran iones (átomos con pérdida de electrones) de gas xenón a grandes velocidades.
Este mecanismo consiste en una cámara de ionización en la que se inyecta xenón”, explica Ivan Soares Ferreira, físico y doctorando del Instituto Nacional de Investigaciones Espaciales (Inpe), que trabajó en el desarrollo del Phall-01. En todas las versiones de propulsores de plasma, los electrones salen de un emisor de alta eficiencia y entran en colisión con el gas xenón creando iones positivos, y empujando a la nave en la dirección opuesta. El ajuste de la órbita se lleva a cabo mediante el accionamiento de los diferentes propulsores existentes en la nave espacial. Los iones son acelerados y eyectados hacia fuera de la nave a más 10 mil metros por segundo (m/s).
“En los propulsores convencionales, a base de reacciones químicas, la aceleración es de 700 m/s”, compara el profesor Leonardo. Los ensayos con el propulsor de plasma en la UnB se realizan en cámaras de vacío que simulan las presiones de la atmósfera residual de la Tierra existentes en el espacio, hasta un millón de veces menores en comparación con las presiones existentes al nivel del mar.
Hasta hace poco tiempo, solamente los rusos habían utilizado la propulsión por plasma del tipo Hall en la versión con electroimanes. La agencia espacial estadounidense, tras el fracaso de varias pruebas en satélites y sondas espaciales, logro poner en funcionamiento en el espacio su propulsor de plasma en 1998, con el lanzamiento de la sonda Deep Space 1 (DP1), que se acercó al cometa Borrelly y suministró imágenes y datos científicos nunca antes obtenidos sobre este tipo de astro. Los europeos están invirtiendo cada vez más en el área espacial y tuvieron éxito en varias misiones, incluso con la Small Missions for Advanced Research in Technology (Smart), el satélite lanzado el 25 de septiembre de 2003 desde Guyana Francesa, la primera misión de la Agencia Espacial Europea (ESA) con el objetivo de visitar la Luna.
La factibilidad económica y la eficiencia del modelo Phall hace de esa tecnología una alternativa importante para el Programa Espacial Brasileño, pues Brasil necesita utilizar varios satélites en razón de las crecientes demandas provenientes de los sectores de telecomunicaciones, meteorología, informática y de medio ambiente. El problema para el avance de la investigación reside en la falta de fondos destinados al proyecto. Desde 1999, las investigaciones cuentan únicamente con el apoyo del Departamento de Física de la UnB, y con recursos provenientes de la fundaciones asociadas a la universidad. “Recibimos una ayuda anual de la universidad del orden de los dos mil reales para todas las actividades de investigación”, completa José Leonardo.
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