Propulsion Ionica

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PROPULSIÓN IÓNICA

Trabajo Propulsión

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Resumen ejecutivo.

Los sistemas de propulsión, desde hace años, hasta la actualidad han jugado un papel sumamente importante para poder hablar, conocer y desarrollar temas aeroespaciales, tecnológicos y de gran interés para la ciencia, y sobre todo para poder cumplir sueños, como pisar la luna por primera vez o tener imágenes en vivo de lo que pasa fuera de nuestro planeta.

En esta ocasión, nos enfocaremos específicamente en un sistema en concreto: la propulsión iónica, de la cual hay registros escritos desde hace más de 110 años. En 1906 es cuando se menciona por primera vez este sistema propulsivo por el ingeniero y físico Robert H. Goddar, y no sería hasta 10 años más tarde, en 1917, cuando la universidad de Clark  realizase los primeros experimentos.

Fue tan rápido el crecimiento y desarrollo de esta tecnología, que, en 1959, la NASA y la Unión Soviética, simultáneamente, pero de forma individual, desarrollaron el primer propulsor Iónico. Fueron tan grandes e inimaginables sus beneficios, que poco más tarde se realizaron las primeras misiones orbitales, SERT y SERT1.

Debido a las grandes rentabilidades que han ido encontrando las agencias espaciales de todo el mundo en este sistema, estas se han centrado en el desarrollo tecnológico de este tipo de propulsor ya que tiene mayores impulsos específicos (en relación de empuje y la tasa de propelente usado).Por   ello este sistema es mejor que los cohetes con propulsión química, debido a que en algunos casos donde no se puede tener o manejar algún propelente que requiera de reacciones químicas para su funcionamiento, este sistema puede sustituirlo para lograr la misión que se desee.

En los últimos años, los impulsores iónicos, son utilizados para mantener en la posición y en la órbita correcta a los satélites que se encuentran en el espacio, la gran mayoría de ellos de comunicaciones. Un gran ejemplo de propulsión iónica es la nave espacial Dawn, la cual es importante por la exploración de nuestro sistema solar.

Dentro del área de sistemas propulsivos, podemos decir, que la propulsión iónica tiene su lugar asegurado, ya que nos permite entregar grandes capacidades operativas a los satélites, y a su vez reduce los grandes costes en lanzamiento, mantenimiento y uso de los satélites que se generan con propulsión clásica (la  propulsión química). Es importante mencionar que la propulsión iónica está enfocada principalmente para el espacio por lo que su orden  magnitud es mucho menor que el de la propulsión química, por ejemplo el motor NSTAR propulsado con xenón tiene un empuje especifico de 1700-3300 s y un emuje de 92 mN.

En cuanto a la descripción del sistema propulsivo en cuestión podemos decir que su funcionamiento que se basa en bombardear con electrones el propelente, que generalmente es un gas inerte, para ionizarlo y así generar iones que posteriormente serán acelerados para generar el empuje deseado. Esa aceleración se consigue mediante la atracción de los iones positivos por rejillas de carga negativa.

Índice

Sección 1. Introducción.        6

Sección 2. Descripción del sistema propulsivo.        7

1. Componentes más relevantes del propulsor iónico.        8
2. Generación de la energía eléctrica.        9
3. Propelentes empleados.        10
4. Vida útil del propulsor iónico.        10
5. Tipos de propulsores iónicos.        11
6. Ventajas de los propulsores iónicos.        12

Sección 3. Orden de magnitud de la propulsión.        13

Sección 4. Fechas mas relevantes.        15

1. Desde el punto de vista del desarrollo de la tecnología        15
2. Desde el punto de vista de la exploración        15

Sección 5. Usos actuales y proyectos        17

Sección 6. Conclusiones.        21

Sección 7. Referencias.        22

Sección 1. Introducción.

Para poder salir de la fuerza de atracción gravitacional de la Tierra, teniendo en cuanta, la fricción atmosférica que se genera, el vehículo que se lanza debe de ser apto para entregar una fuerza de empuje de gran magnitud, y esto se consigue con los sistemas de propulsión.

Los sistemas propulsores que la mayoría de los vehículos tiene son los motores. Se puede decir de manera teórica y a manera que sea fácil de entender, que la fuerza con la que despegan, es proporcional a la velocidad con la que expulsan el propelente, y esta velocidad a su vez, será igual y dependerá a la combustión que se realice en los motores con los que se cuente.

Podemos clasificar a groso modo los motores en dos categorías, aquellos motores que cuentan con propulsores químicos y aquellos que cuenten con propulsores iónicos, los primeros crean impulso debido a acelerar el aire que pasa por los mecanismos que se mueven gracias a la reacción química, y los segundos crean impulso al acelerar iones.

Comparando estos dos grandes sistemas, los sistemas de propulsión química presentan grandes inconvenientes, ya que requieren de grandes cantidades de combustibles, que deben ser guardados dentro de depósitos en el vehículo y deben permanecer en estado líquido y con cuidados y atenciones especiales. En cambio, la propulsión iónica, requiere de una masa mucho menor de propelente. Un beneficio de este último sistema es que entrega y alcanza velocidades mayores, pero con un empuje menor, ya que no expulsa una gran cantidad de masa

En cuestión de maniobras, los motores con sistema iónico, nos permite realizar tareas como alcanzar orbitas bajas, recuperar y mantener la posición en la que se desea establecer el vehículo, pero por el contrario que los propulsores químicos  no nos ayudará mucho en tareas como el despegue.

El desarrollo y mejora continua de la tecnología en impulsores iónicos continua para mejorar el rendimiento.

En este trabajo analizaremos y hablaremos del funcionamiento de los motores de propulsión iónica, así como sus prestaciones, beneficios y contras. También se comentará el orden de magnitud de propulsión, además de algunos proyectos pasados, presentes y futuros en los cuales la propulsión iónica haya tenido un papel fundamental. Daremos brevemente un recuento histórico del sistema, sus primeros años, sus primeros desarrollos… y finalmente se expondrán algunos ejemplos de uso.

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