Un imán frío para el espacio profundo: en la EEI probarán un nuevo tipo de motor

Científicos de la Universidad Victoria de Wellington, en Nueva Zelanda, trabajan en una alternativa a los motores de cohetes químicos. Han desarrollado un electroimán único basado en superconductores de alta temperatura, que servirá como el corazón de un sistema de propulsión espacial completamente nuevo. En los próximos meses, esta tecnología será probada por primera vez a bordo de la Estación Espacial Internacional (EEI).

El equipo del Instituto de Investigación Paihau-Robinson está desarrollando motores magnetoplasmadinámicos con campo externo (AF-MPD). Su principio de funcionamiento es radicalmente distinto al de los cohetes tradicionales, donde la propulsión se genera mediante reacciones químicas del combustible en combustión. En los AF-MPD, los imanes aceleran partículas cargadas –iones– a velocidades extremas. El flujo de estas partículas, al ser expulsado del sistema, genera un empuje que impulsa la nave espacial hacia adelante.

La idea de estos sistemas surgió en la década de 1970, pero hasta ahora nadie había logrado probar cómo funcionarían en condiciones reales del espacio. El mayor desafío siempre fue el enorme consumo de energía necesario para generar un campo magnético lo suficientemente potente. Sin embargo, los científicos neozelandeses encontraron la solución: utilizar superconductores de alta temperatura (HTS).

Los superconductores son materiales que, a temperaturas extremadamente bajas, pierden por completo su resistencia eléctrica. El término "alta temperatura" es relativo: los imanes en esta instalación operarán a -198,15°C (75 K). Para comparar, los superconductores convencionales requieren temperaturas cercanas al cero absoluto. La ausencia de resistencia permite que las bobinas conduzcan corrientes muy intensas, generando campos magnéticos potentes con un consumo mínimo de energía.

Resultados sorprendentes

Los primeros resultados ya son impresionantes. En 2023, el equipo probó un prototipo de electroimán superconductor en un motor iónico en la Universidad de Nagoya, en Japón. Durante las pruebas, el sistema fue activado más de cien veces, y en cada ocasión el imán generó de forma estable un campo de 1 tesla, aproximadamente 20 000 veces más fuerte que el campo magnético de la Tierra. Al mismo tiempo, su consumo energético fue inferior a 1 vatio, es decir, cien veces menor que el de los electroimanes de cobre convencionales. Además, el campo magnético producido era tres veces más potente que el de los motores eléctricos actuales.

"Hasta donde sabemos, este será el electroimán más potente jamás enviado al espacio", afirma Randy Pollock, ingeniero jefe de la división espacial del instituto.

Actualmente, el equipo en Wellington está desarrollando su propia tecnología denominada Kōkako. A diferencia de la mayoría de los sistemas de propulsión eléctrica, que funcionan solo con ciertos tipos de combustible, Kōkako es mucho más versátil. Puede operar con distintos propulsores, lo que reduce significativamente los costos de operación. Además, es capaz de generar más potencia y mayor empuje sin sacrificar eficiencia, características clave para misiones prolongadas a la Luna, Marte y más allá.

El núcleo de Kōkako es un imán formado por cuatro bobinas de cinta superconductora, con un tamaño similar al de un plato de comida. En el futuro, los investigadores planean hacerlo aún más compacto, ya que reducir el peso de los sistemas a bordo es fundamental en los viajes espaciales: cuanto más ligeros sean, más carga útil podrá transportar la nave.

Pruebas en la Estación Espacial Internacional

Este año, el Instituto Paihau-Robinson enviará a la EEI un experimento llamado Heki (en maorí, "huevo"). Un nombre simbólico, ya que unas pruebas exitosas podrían marcar el inicio de una nueva era en la exploración espacial. El dispositivo será instalado en la plataforma externa NanoRacks, proporcionada por la empresa Voyager Space. En funcionamiento, la unidad generará un campo magnético de hasta 0,5 teslas.

Actualmente, Heki está pasando las pruebas finales en los laboratorios de Voyager Space. Si todo sale según lo previsto, la misión despegará este verano. Sin embargo, el equipo ha tenido que realizar importantes ajustes en el diseño para cumplir con los estrictos requisitos de la EEI en cuanto a la limitación de campos magnéticos dispersos y para garantizar que los experimentos no interfieran con los sistemas de la estación.

Si esta tecnología demuestra su viabilidad en el espacio, podría revolucionar el campo de la propulsión eléctrica y acercarnos un paso más a los viajes interplanetarios de larga duración.