propulsión eléctrica de naves espaciales

La propulsión eléctrica de naves espaciales comprende sistemas de propulsión que utilizan energía eléctrica para acelerar y expulsar propelente , generando empuje mediante campos eléctricos o magnéticos . Su principal ventaja sobre los cohetes químicos es un impulso específico mucho mayor , lo que significa una mayor eficiencia del propelente; sin embargo, la limitada potencia eléctrica disponible a bordo de las naves espaciales produce un empuje mucho menor, lo que hace que la propulsión eléctrica no sea adecuada para lanzamientos desde la superficie terrestre y sea más apropiada para maniobras espaciales de larga duración. ^[¹^]^:⁸^[²^]^:⁶

Las principales familias de propulsión eléctrica para naves espaciales incluyen dispositivos electrostáticos como motores iónicos de rejilla , propulsores de efecto Hall y propulsores coloidales ; dispositivos electromagnéticos como propulsores de plasma pulsado , propulsores magnetoplasmadinámicos y propulsores inductivos pulsados ; y dispositivos electrotérmicos como resistojets y arcjets . ^{[ 3 ]}^{: 1–8} Los motores iónicos de radiofrecuencia y resonancia ciclotrónica de electrones forman otra subclase que evita el contacto físico de los electrodos con el plasma propulsor. ^{[ 4 ]}^{: 2}^{[ 5 ]}^{: 40}

Los conceptos de propulsión eléctrica se remontan a los escritos de Konstantin Tsiolkovsky de 1911 y a la patente del acelerador electrostático de Robert H. Goddard de 1917, con el primer propulsor de laboratorio construido por Valentin Glushko en el Laboratorio de Dinámica de Gases en 1933. ^{[ 1 ]}^{: 4, 8, 11} El primer motor eléctrico operó en el espacio a bordo del SERT-1 en 1964, y los propulsores de efecto Hall entraron en servicio operativo en las naves espaciales soviéticas Meteor en la década de 1970. ^{[ 6 ]}^{: 1, 4}^{[ 7 ]}^{: 2–3} Después de la Guerra Fría , los investigadores occidentales obtuvieron acceso directo a la tecnología soviética de propulsores Hall, y a finales de la década de 1990 la propulsión eléctrica había entrado en el servicio rutinario de satélites geoestacionarios comerciales y en la propulsión primaria del espacio profundo con Deep Space 1 . ^{[ 8 ]}^{: 1}^{[ 9 ]} Entre los hitos posteriores se incluyen las órbitas de Vesta y Ceres impulsadas por iones de Dawn , el sistema de propulsión iónica de rejilla de alto rendimiento de BepiColombo y el primer uso de propulsores de efecto Hall en el espacio interplanetario por parte de Psyche . ^[¹⁰^]^[¹¹^]^[¹²^]

Antecedentes e historia

La cohetería tradicional dominó la propulsión aeroespacial en los siglos XX y principios del XXI. ^{[ 13 ]} Los cohetes convencionales logran el movimiento expulsando masa, generalmente el producto de la combustión de propelentes químicos para generar empuje mediante la tercera ley de Newton , que es el conocido lanzamiento de cohete con llama explosiva y humo debajo. ^{[ 14 ]}^{: 5–6} La propulsión eléctrica se desarrolló como una vía paralela para la propulsión de naves espaciales, centrándose en métodos eléctricos y electrostáticos para acelerar el propelente en lugar de depender únicamente de la combustión química. ^{[ 1 ]}^{: 8}

Desde la década de 1900 hasta la de 1950

Los primeros antecedentes de la propulsión eléctrica surgieron a principios del siglo XX. Konstantin Tsiolkovsky, en un escrito de 1911, incluyó una de las primeras declaraciones publicadas sobre la idea básica de la propulsión eléctrica: utilizar la electricidad para aumentar la velocidad de las partículas eyectadas. Tsiolkovsky escribió: ^{[ 1 ]}^{: 4}

Es posible que con el tiempo podamos utilizar la electricidad para producir una gran velocidad en las partículas expulsadas desde un cohete.

Los primeros trabajos sobre aceleración electrostática se remontan a Robert H. Goddard , cuya solicitud de patente de 1917 (concedida en 1920) Edgar Choueiri describió en el Journal of Propulsion and Power como el primer acelerador de iones electrostático documentado destinado a la propulsión. ^{[ 1 ]}^{: 8} En su manuscrito de 1918-1919 «Para quien quiera leer para construir» , Yuri Kondratyuk analizó la propulsión eléctrica en el contexto de los rayos catódicos y describió el empuje a partir de partículas de material que se descargan y repelen eléctricamente, junto con un esquema que Choueiri señaló que podría ser la «primera conceptualización de un propulsor coloidal ». ^{[ 1 ]}^{: 10} El libro de Hermann Oberth de 1929, Wege zur Raumschiffahrt, definió, según la evaluación de Edgar Choueiri , «por primera vez públicamente y sin ambigüedades» que los conceptos de propulsión relacionados eran «una búsqueda seria y valiosa en la astronáutica». ^{[ 1 ]}^{: 11}

Durante el período de entreguerras, los primeros trabajos sobre propulsión eléctrica comenzaron a pasar de la teoría a la experimentación. Valentin Glushko se unió al Laboratorio de Dinámica de Gases en Leningrado en 1929 y, para 1933, junto con su equipo, desarrolló un prototipo inicial de propulsor eléctrico, un sistema electrotérmico destinado a la propulsión de naves espaciales. ^{[ 1 ]}^{: 11} Este dispositivo fue probablemente el primer propulsor eléctrico estudiado en un banco de pruebas y el primer propulsor electrotérmico jamás construido. ^{[ 1 ]}^{: 11–12}

Según Choueiri, las primeras reflexiones y experimentaciones en la investigación de propulsión relacionada se centraron principalmente en conceptos electrostáticos, pero el primer propulsor eléctrico de laboratorio fue electrotérmico y el primer propulsor eléctrico que voló al espacio fue un dispositivo de plasma pulsado mayoritariamente electromagnético. ^{[ 1 ]}^{: 8} Después de la década de 1930, la investigación relacionada con la propulsión eléctrica experimentó un estancamiento en la actividad pública publicada durante más de una década, incluyendo la Segunda Guerra Mundial y sus consecuencias . ^{[ 1 ]}^{: 12}

El período de posguerra vio un creciente interés institucional en la propulsión eléctrica dentro de los programas de investigación tanto militares como civiles. La primera reaparición clara de estos conceptos de propulsión en la literatura científica abierta después de la guerra fue en diciembre de 1945, en el Journal of the American Rocket Society , donde Herbert Radd acuñó por primera vez el término " cohete iónico ". ^{[ 1 ]}^{: 12}^{[ 15 ]}^{: 28–29} En 1947 en Fort Bliss , Wernher von Braun animó a Ernst Stuhlinger a investigar sus ideas de propulsión para naves espaciales, diciéndole a Stuhlinger: "¡No me sorprendería en absoluto si algún día voláramos a Marte eléctricamente!" . ^{[ 1 ]}^{: 13}

Décadas de 1960 y 1970

Durante las décadas de 1960 y 1970, la propulsión eléctrica y electromagnética maduró experimentalmente, y algunos sistemas volaron en funciones operativas limitadas. ^{[ 3 ]}^{: 1–2}^{[ 14 ]}^{: 10–11, 623} La investigación sobre propulsión eléctrica durante este período se extendió a través de múltiples países y entornos institucionales.

En Alemania Occidental , el desarrollo de la propulsión eléctrica también prosiguió desde 1960 en los institutos del Centro Aeroespacial Alemán (DLR) en Stuttgart y Braunschweig y en la Universidad de Giessen . ^{[ 5 ]}^{: 37} En Gießen, el grupo de Horst Löb comenzó el desarrollo de propulsores iónicos de radiofrecuencia del tipo RIT, que utilizan campos de radiofrecuencia en lugar de electrodos físicos para ionizar el propulsor, comenzando con la concepción, el modelo de laboratorio y las primeras pruebas del RIT-10; el prototipo se mejoró aún más durante la década de 1960 y se transfirió a la industria para su calificación en 1970. ^{[ 5 ]}^{: 41} Un decreto de junio de 1960 del Comité Central y Consejo de Ministros (n.º 715-296), desclasificado después del período soviético, dirigió el desarrollo de "motores de cohetes eléctricos espaciales". ^{[ 16 ]}^{: 1–2} Esto incluía propulsores de iones y electroplasma con un impulso específico objetivo de 5000-10000 segundos, una medida de la eficiencia del propulsor, asignando trabajo a OKB-1 , el Instituto Kurchatov y otras oficinas nombradas como parte de un plan de desarrollo espacial más amplio de la Unión Soviética de 1960-1967. ^{[ 16 ]}^{: 27}^{[ 14 ]}^{: 50} En 1964, Ernst Stuhlinger publicó Ion Propulsion for Space Flight , caracterizado por Choueiri como el primer libro completo sobre tecnología de cohetes eléctricos, marcando la transición del campo a una disciplina de ingeniería seria. ^{[ 17 ]}^{: 2–3}

El 20 de julio de 1964, se probaron dos motores de iones electrostáticos en el espacio en la Prueba de Cohete Eléctrico Espacial (SERT I), y el motor de bombardeo de electrones de mercurio produjo empuje en vuelo. ^{[ 2 ]}^{: 13} SERT I fue la primera nave espacial en incorporar propulsión eléctrica; su motor de iones de bombardeo de electrones de mercurio , que ioniza el vapor de mercurio bombardeándolo con electrones y luego acelera los iones resultantes eléctricamente, funcionó durante 31 minutos, convirtiéndose en el primer motor eléctrico en operar en el espacio. ^{[ 6 ]}^{: 1, 4} Una descripción general del Centro de Investigación Lewis de la NASA de 1966 afirmó que no se podía esperar que las naves espaciales de propulsión eléctrica que estaban en estudio despegaran de la Tierra y, por lo tanto, necesitarían ser lanzadas a la órbita terrestre por cohetes químicos antes de comenzar la operación de bajo empuje. ^{[ 2 ]}^{: 6} La misión Zond 2 a Marte del 30 de noviembre de 1964 de la Unión Soviética marcó el primer uso planetario de la propulsión eléctrica. ^{[ 3 ]}^{: 1} Tras la demostración del Zond 2, el desarrollo del propulsor de plasma pulsado se transfirió del Instituto Kurchatov a OKB Fakel , cuya unidad de propulsión pulsada "Globus" voló en 1968. ^{[ 7 ]}^{: 2}^{[ 18 ]}^{: 1} El siguiente Space Electric Rocket Test II (SERT II), lanzado el 3 de febrero de 1970, fue la primera operación de larga duración de propulsores iónicos en el espacio; sus dos motores de bombardeo de electrones de mercurio acumularon más de 5 meses y 3,5 meses de operación continua respectivamente, y después de reinicios intermitentes, un propulsor registró más de 11 años de operación total hasta 1981. ^{[ 19 ]}

Paralelamente al desarrollo de motores iónicos, en la Unión Soviética avanzaba una línea de investigación distinta sobre propulsores electromagnéticos. En la década de 1960, A.I. Morozov propuso el propulsor de plasma estacionario (SPT), un dispositivo de efecto Hall que acelera el propulsor ionizado mediante campos eléctricos y magnéticos perpendiculares. ^{[ 20 ]}^{: 19}^{[ 7 ]}^{: 3} En pocas décadas, cientos de ellos volarían al espacio. ^{[ 7 ]}^{: 2, 6}

El primer SPT se probó en órbita a bordo de una nave espacial Meteor en 1972, y las unidades de propulsión correctiva operaron en misiones Meteor posteriores hasta 1980. ^{[ 7 ]}^{: 2–3}

década de 1980

La propulsión electrotérmica comercial entró en servicio operativo por satélite durante este período. Los propulsores de hidracina , propulsores eléctricos que calientan el propelente antes de expulsarlo, comenzaron a utilizarse comercialmente en el mantenimiento de la posición orbital norte-sur de satélites geoestacionarios , con el satélite Intelsat V en 1980. ^[²¹^]^:^688–689

década de 1990

El fin de la Guerra Fría abrió el acceso a la tecnología de propulsión eléctrica soviética previamente restringida. Especialistas estadounidenses en propulsión eléctrica viajaron a Rusia en 1991 para evaluar el SPT-100 ruso en el Instituto de Investigación Científica de Procesos Térmicos en Moscú y en Fakel en Kaliningrado utilizando instrumentación estadounidense. ^{[ 8 ]}^{: 1} El informe posterior de Brophy del JPL dijo que el rendimiento medido parecía cercano a los valores anunciados y señaló afirmaciones de que más de cincuenta unidades SPT de menor potencia ya habían volado en naves espaciales rusas. ^{[ 8 ]}^{: 1, 4}^{[ 22 ]} El informe estableció una segunda fase del programa en la que los propulsores serían llevados a los Estados Unidos para pruebas con miras a un posible uso occidental. ^{[ 8 ]}^{: 1, 4}^{[ 23 ]}^{: 1} Ese trabajo contribuyó al esfuerzo posterior de la Organización de Defensa contra Misiles Balísticos Tecnología de Propulsores Eléctricos Hall Rusos (RHETT) para llevar la tecnología de propulsores Hall hacia el uso operativo occidental. ^{[ 24 ]}^{: 1}^{[ 25 ]}

El trabajo en propulsión eléctrica maduró a lo largo de la década. En 1993, se desplegaron cohetes de arco eléctrico basados en hidracina en el Telstar 401 , extendiendo la propulsión eléctrica electrotérmica a un uso geoestacionario comercial de mayor rendimiento. ^[²⁶^]^:^1–3

Junto con estos programas experimentales, la propulsión eléctrica también estaba entrando en el servicio comercial rutinario. La propulsión eléctrica comercial también entró en las operaciones de satélites geoestacionarios occidentales en la década de 1990, cuando los satélites de comunicaciones Hughes Boeing 601HP comenzaron a usar propulsores de iones de xenón en rejilla (XIPS) para el mantenimiento de la estación en 1997. ^{[ 27 ]}^{[ 28 ]}^{: 3} Después del uso inicial ruso desde la década de 1970, a partir de la década de 1990 las unidades SPT calificadas entraron en servicio también en naves espaciales estadounidenses y europeas. ^{[ 7 ]}^{: 2, 6} Los programas europeos de propulsión eléctrica alcanzaron hitos similares en los años siguientes. La línea Gießen RIT llegó más tarde a la aplicación de vuelo en el satélite Artemis de la Agencia Espacial Europea , lanzado en 2001, que llevaba dos propulsores alemanes RIT-10 para el mantenimiento de la estación. ^[⁵^]^:⁴² A finales de la década de 1990, la ESA ya estaba posicionando la propulsión primaria eléctrica solar como una tecnología clave para futuras misiones al espacio profundo a través de SMART-1 , cuyo propulsor Hall PPS-1350-G fue desarrollado posteriormente en el programa de satélites CNES Stentor y adaptado de un diseño de mantenimiento de posición geoestacionario. ^[²⁹^]^:^50–59^[³⁰^]^:^1–2^[³¹^]^:^1,⁷

A finales de la década de 1990, la propulsión eléctrica había pasado de los programas experimentales y militares a las operaciones rutinarias de satélites comerciales, particularmente para el mantenimiento de la posición geoestacionaria, la elevación de órbita y las maniobras relacionadas de control de órbita. ^{[ 28 ]}^{: 3}^{[ 27 ]}^{[ 14 ]}^{: 624–625} Deep Space 1 se convirtió en la primera misión espacial estadounidense en utilizar un propulsor iónico como su principal medio de propulsión hasta 1998, validando el sistema de propulsión eléctrica solar NSTAR de la NASA en vuelos de larga duración. ^{[ 9 ]}

siglo XXI

SMART-1, lanzado en 2003, demostró la propulsión primaria eléctrica solar en vuelo para la ESA y transportaba el sistema de propulsores Hall que se había desarrollado a partir de trabajos europeos de finales de la década de 1990 sobre aplicaciones comerciales de propulsión eléctrica y preparación de misiones al espacio profundo. ^{[ 31 ]}^{: 1, 7}^{[ 29 ]}^{: 50–59}

Mientras continuaban la investigación y el despliegue de la propulsión eléctrica, también se lanzaron nuevos sistemas al espacio. Hayabusa fue lanzada por la Agencia Japonesa de Exploración Aeroespacial en 2003, impulsada por tecnología de propulsores de plasma sin electrodos . ^{[ 4 ]}^{: 2}^{[ 32 ]}^{: 2} Para 2012, más de 270 unidades SPT de efecto Hall habían operado en más de 60 naves espaciales rusas. ^{[ 7 ]}^{: 2, 6} Dawn de la NASA se convirtió en la primera nave espacial en orbitar un objeto en el cinturón principal de asteroides en Vesta en 2011, y la primera en orbitar un planeta enano en Ceres en 2015. Su sistema de propulsión iónica hizo de Dawn la única nave espacial en orbitar dos destinos extraterrestres. ^{[ 10 ]}^{[ 33 ]} El GOCE de la ESA en 2009 ^{[ 34 ]}^{[ 35 ]} y el satélite de prueba de altitud súper baja "TSUBAME" de JAXA (2017-2019) marcaron hitos posteriores de propulsión eléctrica al demostrar compensación continua de arrastre y operaciones de altitud súper baja con soporte de motor iónico en órbita terrestre muy baja . ^{[ 36 ]}^{[ 37 ]}

BepiColombo de la ESA y JAXA , lanzado en 2018, marcó un hito importante en la propulsión eléctrica solar cuando su Sistema de Propulsión Eléctrica Solar comenzó la puesta en marcha en vuelo en noviembre de 2018, en lo que la ESA describió como la primera operación en vuelo del sistema de propulsión eléctrica más potente y de mayor rendimiento utilizado en cualquier misión espacial hasta la fecha. ^{[ 38 ]}^{[ 11 ]}

En noviembre de 2023, Psyche se convirtió en la primera nave espacial en utilizar propulsores de efecto Hall en el espacio interplanetario, más allá del sistema Tierra-Luna. La nave utiliza sus propulsores eléctricos tanto para la propulsión principal como para el control del momento, y no lleva ningún sistema de propulsión química. Está previsto que entre en órbita alrededor del asteroide (16) Psyche en 2029. ^{[ 12 ]}

Definiciones

La propulsión eléctrica de las naves espaciales se clasifica generalmente según cómo se utiliza la energía eléctrica para acelerar el propulsor: los sistemas electrotérmicos calientan el propulsor antes de su expansión, los sistemas electrostáticos aceleran los iones mediante campos eléctricos y los sistemas electromagnéticos aceleran el plasma mediante la interacción de corrientes eléctricas y campos magnéticos. ^{[ 3 ]}^{: 1–8}^{[ 14 ]}^{: 647–649} Con el tiempo, los límites entre estas clases se han trazado a veces de forma diferente en estudios y literatura de programas, especialmente para dispositivos que combinan más de un mecanismo de aceleración. ^{[ 1 ]}^{: 4, 8}

En la propulsión eléctrica y electromagnética, el empuje se genera acelerando y expulsando el propulsor mediante campos eléctricos o magnéticos, en lugar de acoplarse a un entorno externo. ^{[ 3 ]}^{: 1–2, 5–8} Algunos ejemplos incluyen motores iónicos electrostáticos, propulsores de efecto Hall, propulsores de plasma pulsado, propulsores magnetoplasmadinámicos , propulsores inductivos pulsados , propulsores electrotérmicos y motores iónicos de radiofrecuencia o de resonancia ciclotrónica electrónica. ^{[ 3 ]}^{: 1–8}^{[ 20 ]}^{: 19–22}^{[ 4 ]}^{: 2}^{[ 5 ]}^{: 40}

La conservación del momento lineal sigue siendo un requisito fundamental porque estos sistemas cierran el momento lineal a través del escape en lugar de a través de campos o medios externos. ^{[ 14 ]}^{: 647–649}^{[ 3 ]}^{: 1–2}

Tipos

Se han propuesto o demostrado diversos métodos de propulsión eléctrica. La propulsión eléctrica de naves espaciales se suele clasificar en sistemas electrotérmicos, electrostáticos y electromagnéticos, según cómo se utilice la energía eléctrica para calentar, ionizar y acelerar el propulsor. ^{[ 3 ]}^{: 1–8}^{[ 14 ]}^{: 647–649} La propulsión eléctrica es más útil en misiones donde la eficiencia del propulsor es más importante que la aceleración rápida. En la práctica, se ha utilizado para el mantenimiento de la posición geoestacionaria, la elevación de órbita, las sondas espaciales profundas, el control de actitud y posición de precisión y la compensación de la resistencia en órbita terrestre. ^{[ 14 ]}^{: 624–625} Estas ventajas conllevan compromisos operativos: las transferencias de bajo empuje pueden requerir tiempos de maniobra más largos y, en algunos casos, un delta-v total mayor que las maniobras químicas impulsivas, por lo que los perfiles de misión combinados químico-eléctricos siguen siendo comunes cuando el tiempo de transferencia es limitado. ^{[ 21 ]}^{: 695–696}^{[ 14 ]}^{: 625}

Demostrado

Diversos sistemas y enfoques de propulsión eléctrica y electromagnética han logrado validación experimental, historial de vuelo o desarrollo de ingeniería sostenido.

Eléctrico y electromagnético con propulsor transportado

Tres familias de propulsores electromagnéticos, propulsores de plasma pulsado (PPT), propulsores magnetoplasmadinámicos (MPD) y propulsores inductivos pulsados (PIT), dependen de campos fuertes. ^{[ 14 ]}^{: 647–649}^{[ 3 ]}^{: 1–2} Los tres difieren en vida útil, eficiencia y escalado de potencia, pero comparten ventajas comunes a la aceleración electromagnética: alto impulso específico, precisión adecuada para el posicionamiento de satélites, robustez, alta capacidad de procesamiento de potencia y escalado a nivel de sistema relativamente simple con la potencia disponible de la nave espacial. ^{[ 3 ]}^{: 1}

Los PPT son los únicos propulsores electromagnéticos utilizados en satélites operativos. ^{[ 3 ]}^{: 1, 8} Los PPT de propulsor sólido volaron por primera vez en la Unión Soviética en 1964 y en Estados Unidos en 1968; inician una descarga de arco a través de una barra de polímero fluorado sólido , ablacionando una pequeña cantidad de propulsor y acelerándolo por la fuerza de Lorentz. ^{[ 3 ]}^{: 1–2} Sus configuraciones compactas, de baja potencia y pulsadas los hacen adecuados para el posicionamiento de satélites y la compensación de la resistencia aerodinámica, a diferencia de conceptos posteriores que dependen de un funcionamiento inductivo o de estado estacionario. ^{[ 3 ]}^{: 1, 4}

Los MPD generan empuje mediante la fuerza de Lorentz producida por la interacción de las corrientes de descarga con campos magnéticos autoinducidos o aplicados externamente, y se han investigado para aplicaciones de vuelos espaciales tanto cuasiestacionarios como en estado estacionario. ^{[ 3 ]}^{: 5} Los propulsores MPD también han volado en el espacio en regímenes experimentales. ^{[ 3 ]}^{: 8}

El concepto PIT se originó a finales de la década de 1960 y evolucionó a través de sucesivos diseños experimentales centrados en la escalabilidad del rendimiento, la optimización del circuito y la compatibilidad del propulsor. ^{[ 3 ]}^{: 7} Los PIT se desarrollaron para superar la erosión y las limitaciones de vida útil de los sistemas basados en electrodos mediante la inducción de corrientes de plasma a través de campos magnéticos variables en el tiempo, acelerando propulsores neutros sin contacto físico entre conductores y plasma. ^{[ 3 ]}^{: 8} Ningún sistema PIT ha volado al espacio, pero esta clase de propulsores sigue siendo de interés para la propulsión de alta eficiencia y larga duración con mínima degradación del material, particularmente en misiones que requieren una selección flexible de propulsores y un riesgo reducido de contaminación. ^{[ 3 ]}^{: 7}

Los propulsores de resonancia ciclotrónica de electrones (ECR) utilizan la resonancia ciclotrónica de electrones , en la que las microondas transfieren energía a electrones que giran en espiral en un campo magnético, para ionizar y acelerar un propulsor gaseoso (comúnmente xenón), especialmente en entornos ionosféricos o de gran altitud. Los ECR que utilizan resonancia ciclotrónica de electrones con descarga de microondas han volado al espacio, sobre todo como el sistema de motor iónico μ10 en las misiones de asteroides Hayabusa y Hayabusa2 de JAXA . ^{[ 4 ]}^{: 2}^{[ 32 ]}^{: 2}

Los propulsores de plasma estacionarios (SPT), también llamados propulsores de efecto Hall, aceleran el propulsor ionizado (típicamente xenón ) utilizando campos eléctricos y magnéticos perpendiculares y una corriente de electrones circulante. ^{[ 20 ]}^{: 19–22} El concepto fue propuesto por AI Morozov a principios de la década de 1960, y un artículo de 1968 sobre la conductividad cerca de la pared en plasma fuertemente magnetizado proporcionó una base teórica clave para la física del canal de descarga. ^{[ 20 ]}^{: 19} El primer SPT fue probado en el espacio a bordo de una nave espacial Meteor lanzada en diciembre de 1971, con disparos orbitales realizados entre febrero y junio de 1972; Las unidades de propulsión correctiva subsiguientes operaron en otras misiones Meteor hasta 1980. ^{[ 7 ]}^{: 3} Para 2012, más de 270 propulsores SPD-70 y SPD-100 habían operado en más de 60 naves espaciales rusas, y a partir de la década de 1990, las unidades SPT calificadas también entraron en servicio en naves espaciales estadounidenses y europeas. ^{[ 7 ]}^{: 2}

La línea Gießen RIT utilizaba una descarga de xenón sin electrodos por radiofrecuencia, un diseño que Löb describió como capaz de evitar el desgaste relacionado con los electrodos a la vez que ofrecía alta eficiencia y alta velocidad de escape. ^{[ 5 ]}^{: 40}

Desarrollo y pruebas

Prototipo de propulsor de plasma basado en helicón de radiofrecuencia (IPT) que funciona con nitrógeno .

Se trata de conceptos que se encuentran en fase de desarrollo o prueba de ingeniería activa y que adaptan los principios de propulsión eléctrica o electromagnética a nuevos regímenes operativos.

Propulsión eléctrica alimentada por el medio ambiente

La propulsión eléctrica mediante respiración atmosférica es un concepto en el que una nave espacial recolecta partículas atmosféricas residuales en órbita terrestre muy baja, las ioniza y las acelera electromagnéticamente en lugar de transportar todo el propulsor a bordo. Una demostración tecnológica de la Agencia Espacial Europea de 2018 se describió como el primer encendido de un propulsor eléctrico de respiración atmosférica que utiliza moléculas atmosféricas recolectadas como propulsor, pero ningún sistema de este tipo ha volado aún al espacio. ^{[ 39 ]}

Los hitos operativos relacionados en órbita terrestre muy baja precedieron a los conceptos de respiración atmosférica propiamente dicha. El Explorador de Campo Gravitatorio y Circulación Oceánica en Estado Estacionario (GOCE) de la ESA, lanzado el 17 de marzo de 2009, se convirtió en la primera misión en volar sin resistencia en órbita terrestre baja utilizando un sistema de propulsión eléctrica que compensaba continuamente la resistencia atmosférica . ^{[ 34 ]}^{[ 35 ]} El Satélite de Prueba de Altitud Súper Baja (SLATS) "TSUBAME" de JAXA, lanzado el 23 de diciembre de 2017, pasó a operaciones de mantenimiento de órbita con motor iónico en abril de 2019 y posteriormente demostró el mantenimiento de seis altitudes orbitales entre 271,1 y 181,1 km, validando las operaciones de observación de la Tierra a altitud súper baja. ^{[ 36 ]}^{[ 37 ]}

Hitos seleccionados

La siguiente tabla resume algunos sistemas e hitos de misión seleccionados en propulsión eléctrica para naves espaciales, incluyendo tanto aplicaciones probadas en vuelo como conceptos en desarrollo que se analizan en este artículo.

Véase también

Motor Bussard : método de propulsión propuesto para naves espaciales
Tecnologías emergentes : tecnología que aún no está completamente desarrollada.
Propulsión de campo : conceptos y tecnologías de propulsión.
Historia de la aviación
Historia de los cohetes
Historia de los vuelos espaciales
Programa del Nuevo Milenio : proyectos de la NASA para probar nuevas tecnologías espaciales.
Lanzamiento espacial sin cohetes : conceptos para el lanzamiento al espacio.
Cronología de la aviación
Cronología de la tecnología de cohetes y misiles
Cronología de los vuelos espaciales

Referencias

Este artículo incorpora material de dominio público procedente de sitios web o documentos del gobierno de los Estados Unidos .

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 Choueiri, Edgar Y. (2004). "Una historia crítica de la propulsión eléctrica: los primeros cincuenta años (1906-1956)" ( PDF) . Journal of Propulsion and Power . 20 (2): 193–203 . Archivado del original (PDF) el 4 de octubre de 2025. El lector pronto notará una medida de las vicisitudes de esa evolución: mientras que los primeros pensamientos y experimentos relacionados con la EP son casi todos sobre propulsión electrostática, el primer propulsor eléctrico de laboratorio fue electrotérmico y el primer propulsor eléctrico que voló al espacio fue del tipo de plasma pulsado (principalmente electromagnético).
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