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Propulsión láser

Hasta ahora los cohetes espaciales llevaban su propio sistema de propulsión. Estos sistemas son muy pesados e incrementan el coste de lanzamiento de forma muy importante. Este es un motivo importante para buscar nuevos sistemas de propulsión más ligeros y eficaces. Uno de los más prometedores es la propulsión por medio de láser de alta intensidad o por sistemas de microondas. Foto del prototipo

El laboratorio de investigación de la fuerza aérea estadounidense (AFRL) y la NASA están experimentando un sistema de propulsión por medio de un cañón láser en tierra. Usando un láser pulsante militar de dióxido de carbono con una potencia de 10 KW, impulsan una pequeña "nave" de 10 o 15 centímetros de diámetro. Los prototipos pesan menos de 50 gramos, pero su intención es llegar a usar láseres de hasta un megavatio con los que conseguirán poner en órbita baja pequeños satélites de hasta un kilo de peso gastando únicamente energía eléctrica por valor de unos pocos cientos de dólares.

En sus experimentos el pasado 2 de octubre han conseguido elevar un prototipo hasta una altura de 71 metros con un cañón láser de 10 KW de potencia. Las primeras experiencias comenzaron hace más de un año. Así el primer intento en noviembre de 1999 consiguió elevar el prototipo hasta una altura de unos 12 metros y en marzo de 2000 lograron 27 metros.

Los vehículos de demostración que usan están fabricados en aluminio del usado normalmente en los aviones. En la foto podemos ver su aspecto. En su parte inferior lleva un espejo parabólico que refleja la luz láser que recibe y la concentra en un foco anular en la boquilla inferior del ingenio. El aire se calienta en este punto hasta una temperatura de 10.000 a 30.000 grados Kelvin, hasta seis veces la temperatura de la superficie del sol. Estas temperaturas tan altas rompen las moléculas de aire expulsando los electrones del interior del átomo y llegando a un estado llamado plasma. Este plasma hace que el aire literalmente "explote" bajo la nave y consiga un impulso breve pero muy intenso. El láser llega a impulsos con una cadencia de 28 pulsos por segundo. Entre pulso y pulso una corriente de aire refresca la boquilla donde se enfoca el láser.

Esquema de funcionamiento El concepto de vehículo impulsado por láser nació en los años 80 con la llamada iniciativa de defensa estratégica de Estado Unidos, también llamada "guerra de las galaxias". Su propósito era reducir en un orden de magnitud el coste de lanzamiento de satélites de detección. Su previsión es llegar a usar láseres terrestres de 100 megavatios que permitirían poner en órbita sistemas de ciclo combinado de 120 Kg de peso y un diámetro de 1'4 metros. Este ingenio alcanzaría durante el lanzamiento una velocidad de Mach 5 a 30 Km de altura.

El lanzamiento de una nave propulsada por láser tiene dos fases. Antes del lanzamiento la nave se sitúa sobre un eje y se la hace girar hasta 6.000 revoluciones por minuto con un chorro de nitrógeno. Este giro permite estabilizar el vuelo. En cuanto se dispara el láser se producen unos tremendos destellos luminosos, aunque el láser utilizado está en el espectro infrarrojo y, por tanto, no es visible. La nave se va acelerando y sube con un ángulo fijo, unos 60 grados. A medida que va subiendo, el impulso generado va decreciendo puesto que la densidad del aire es menor. A unos 30 Km de altura se para el láser. La nave sigue su trayectoria balística debido a su gran velocidad. Recuerda que llega a Mach 5, cinco veces la velocidad del sonido.

Aquí termina la primera fase del lanzamiento. En una segunda fase un satélite de órbita baja se encarga de continuar el bombardeo láser para seguir impulsando la nave hasta que alcance la órbita prevista. Si no se dispone del satélite de refresco será necesaria una estrategia diferente. El ángulo de lanzamiento sería en este caso de 30 grados. El impulso inicial permitiría que la nave alcanzara una velocidad de 8.000 metros por segundo a una altura de 500 Km y un ángulo final de 19'5 grados. Esto la situaría en una órbita elíptica que terminaría con la reentrada del vehículo por su rozamiento con la atmósfera. Para hacer la órbita circular sería suficiente que llevara un pequeño cohete que la situaría en una órbita circular de 2.000 Km de altura.

El sistema láser utilizado en las pruebas es propiedad del ejercito americano. Se transporta sobre camiones trailer, uno de los camiones lleva el láser y otro lleva el sistema que le proporciona la energía eléctrica necesaria para que funcione. En tres años el ejercito americano y la NASA tienen previsto usar un láser de 100 Kw para reemplazar al actual láser PLVTS, que ahora mismo es el más potente de su tipo en Estado Unidos.

Una futura nave

Poner en órbita una carga de una libra por medio de la lanzadera espacial cuesta aproximadamente 10.000 dólares. Su intención es disminuir este costo hasta 10 dólares por libra o, al menos, a 100 dólares por libra en unos pocos años.

Esta no es la única propuesta de nuevos sistemas de lanzamiento de satélites y naves por medios más baratos y ecológicos. También hay propuestas de usar propulsión por microondas usando células solares para proveer energía. Gerald Smith, de la Penn State University propone usar motores de antimateria para propulsar una nave capaz de llegar a Marte en mes y medio. ¿Dónde quedarán todas estas propuestas? Quizá algún día se hagan realidad.

Enlaces relacionados con el tema:
http://www.pr.afrl.af.mil/
Scientific American: http://www.sciam.com/1999/0299issue/0299beardsleybox4.html
En la BBC: http://news.bbc.co.uk/hi/english/sci/tech/newsid_115000/115375.stm
Lightcraft: http://lightcraft.meche.rpi.edu/


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