propulsión de campo

La propulsión de campo se refiere a conceptos de propulsión de naves espaciales en los que el empuje surge de interacciones con campos externos o medios ambientales , en lugar de principalmente de propulsor químico a bordo . ^{[ 1 ]}^[^a^] Las primeras ideas surgieron de estudios de presión de radiación y movimiento impulsado eléctricamente; posteriormente, los estudios de contratistas y agencias organizaron conceptos avanzados bajo encabezados térmicos, de campo y de fotones. ^[³^]^:^1–2^[²^]^:^25–26 Varios sistemas de propulsión relacionados discutidos junto con la propulsión de campo en la literatura histórica más amplia revisada aquí se han demostrado en la práctica, incluidos cables electrodinámicos en órbita y aplicaciones tales como dispositivos de empuje EHD . ^[²^]^:^25–26,^I-2^[⁴^]^[⁵^]^[⁶^] En la literatura moderna más específica, las discusiones relacionadas con la propulsión sin propulsor a menudo se centran en sistemas acoplados al entorno, mientras que la literatura histórica de contratistas y estudios trató la propulsión de campo de manera más amplia y a veces agrupó la propulsión electromagnética terrestre relacionada y algunos conceptos de energía dirigida dentro del mismo marco analítico. ^[¹^]^[²^]^:^25–26,^I-2

Investigaciones relacionadas también han examinado la propulsión por energía dirigida , en la que láseres, microondas o haces de partículas transmiten energía a un vehículo desde una fuente remota, y propuestas más especulativas que involucran la curvatura del espacio-tiempo . ^{[ 2 ]}^{: I-2, II-1}^{[ 7 ]}^{: 1–2} El Programa de Física de Propulsión Innovadora de la NASA ayudó a replantear el tema en torno a la consistencia de la ley de conservación, mecanismos de acoplamiento identificables y reproducibilidad experimental. ^[⁷^]^:^1–2,⁶ Cualquier método de propulsión que produzca empuje neto en un sistema cerrado sin interacción externa violaría la conservación del momento , que se deriva de la simetría de traslación espacial de la ley física expresada por el teorema de Noether . ^[⁸^]^[⁷^]^:²

Los conceptos de propulsión de campo han aparecido extensamente en la ciencia ficción , en muchos casos precediendo o coexistiendo con la investigación técnica. La influencia ha sido ocasionalmente directa: el físico Miguel Alcubierre afirmó que su métrica de curvatura se inspiró en la terminología de Star Trek . ^{[ 9 ]}^{[ 10 ]}

Antecedentes e historia

La cohetería tradicional ha dominado la propulsión aeroespacial en los siglos XX y principios del XXI. ^{[ 11 ]} Los cohetes convencionales logran el movimiento expulsando masa, más comúnmente el producto de la combustión de propelentes químicos para generar empuje a través de la tercera ley de Newton , que es el familiar lanzamiento de cohete con llama explosiva y humo debajo. ^{[ 12 ]}^{: 5–6} En este artículo, la propulsión de campo se utiliza para conceptos de sistemas de propulsión en los que el empuje surge de interacciones con campos externos o medios ambientales , en lugar de principalmente del propelente químico a bordo , mientras que se señala que algunas fuentes posteriores utilizan la etiqueta más restringida de propulsión sin propelente para sistemas acoplados al entorno. ^{[ 1 ]} Sin embargo, en la literatura de revisión histórica, la categoría a menudo se definía de manera más amplia, extendiéndose a conceptos electromagnéticos terrestres y de alimentación externa relacionados que se discuten dentro de la misma familia analítica. ^{[ 2 ]}^{: 25–26, I-2}^{[ 1 ]}

Si bien muchas propuestas permanecieron en el plano teórico, ciertos sistemas acoplados al entorno finalmente se demostraron en el espacio, ^{[ 13 ]}^{[ 14 ]} incluyendo velas magnéticas y cables electrodinámicos , que se acoplan con campos externos de fotones , plasma o campos magnéticos en lugar de expulsar propulsor a bordo . La propulsión de campo no es una tecnología única, sino un espectro de enfoques, que abarca desde conceptos maduros que se han probado en vuelo hasta construcciones teóricas altamente especulativas . ^{[ 7 ]}^{: 2}

Desde antes del siglo XX hasta la década de 1910

James Clerk Maxwell demostró en 1873 que la radiación electromagnética debería ser capaz de crear presión sobre superficies físicas. ^{[ 3 ]}^{: 1–2} En el Congreso Internacional de Física de 1900, Pyotr Lebedev presentó Les forces de Maxwell-Bartoli dues à la pression de la lumière , informando sobre mediciones experimentales de la presión de radiación y proporcionando la primera confirmación cuantitativa de las predicciones de Maxwell con evidencia de que la luz ejerce presión sobre la materia. ^{[ 15 ]}^{: 133–140}^{[ 16 ]}^{: 332–333} Para 1905, Albert Einstein había cuantificado los hallazgos de Maxwell para probar que las partículas de luz podían poseer momento. ^{[ 3 ]}^{: 2}

Décadas de 1920 a 1950

En 1921, Tsiolkovsky publicó La extensión del hombre al espacio exterior , explorando más a fondo los conceptos de propulsión basados en fotones. ^{[ 3 ]}^{: 2} Перелеты на другие планеты ( Vuelos a otros planetas ) de Friedrich Zander se publicó en 1924 en Техника и жизнь , una revista científica rusa, que describe conceptos para lograr el vuelo interplanetario mediante el uso de "pantallas hechas de láminas extremadamente delgadas" propulsadas por luz. ^{[ 17 ]} Según se informa, Zander se inspiró en este trabajo en la propia investigación de su colega Tsiolkovsky sobre el tema. ^{[ 3 ]}^{: 2}

Entre 1928 y 1932, Nikolai Rynin publicó Mezhplanetnye Soobshcheniya ( Vuelo y comunicación interplanetaria ), una enciclopedia en ruso de nueve volúmenes que el Museo Nacional del Aire y el Espacio describió como la primera enciclopedia sobre la historia y la teoría de la tecnología aeroespacial y los vuelos espaciales. ^{[ 18 ]} Su cobertura incluía conceptos de propulsión por presión de radiación y energía dirigida, ^{[ 19 ]} y el trabajo de Lebedev, Tsiolkovsky, Goddard, Hermann Oberth y Robert Esnault-Pelterie . ^{[ 16 ]}^{: 332–333} El primer volumen de Rynin, Sueños, leyendas y primeras fantasías (1928), organizó las fuentes de energía de las naves espaciales en tres categorías: energía transmitida desde la Tierra al vehículo, energía transportada a bordo y energía derivada del espacio exterior; esta última incluía "presión de radiación para ejercer sobre pantallas grandes especiales alrededor del vehículo", una descripción explícita de la propulsión por presión de fotones. ^{[ 19 ]} Rynin observó que el trabajo analizado en su enciclopedia "muestra claramente que diferentes personas en diferentes países llegaron de forma independiente a la misma conclusión" con respecto a la viabilidad de los viajes interplanetarios. ^{[ 16 ]}^{: 2}

Mientras que estudios enciclopédicos documentaban el panorama teórico, en Europa surgía un trabajo experimental paralelo. En 1928, J. Navascués, de León, España, describió un concepto de máquina dinamoeléctrica acoplada a campo que "producía movimiento de traslación de la máquina mediante la reacción de la corriente con el campo terrestre", en la que "la propulsión se produce al cortar, con una espira conductora cerrada, el flujo magnético terrestre ". ^{[ 20 ]}^{: 7231} Después de la década de 1930, los conceptos de investigación relacionados con la propulsión de campo experimentaron un estancamiento en la actividad pública publicada durante más de una década, durante y después de la Segunda Guerra Mundial , apareciendo principalmente en la ciencia ficción en lugar de en un desarrollo técnico sostenido. ^{[ 21 ]}^{: 12}

La primera reaparición clara de estos conceptos de propulsión en la literatura científica abierta después de la guerra fue en la serie de conferencias de astronáutica del Instituto Franklin de 1958. HW Ritchey, vicepresidente de Thiokol y jefe de su programa de cohetes, ^{[ 22 ]} destacó los conceptos de "propulsión de campo", describiendo "el uso de campos" como una forma de evitar un chorro de escape . ^{[ 23 ]}^{: 46–47} En la misma monografía, Israel Levitt, director del Planetario Fels del Instituto , describió métodos de propulsión solar que incluyen los conceptos térmicos solares de Krafft Arnold Ehricke , las propuestas de vela de presión de radiación de Richard Garwin y la investigación de cohetes de fotones de Kurl Stanukovitch de Rusia. ^{[ 24 ]}^{: 189–190, 191–192, 192–193} El general de la Fuerza Aérea de los Estados Unidos, Donald L. Putt , quien dirigió la Operación Paperclip después de la Segunda Guerra Mundial, ^{[ 25 ]} predijo que las futuras naves espaciales desplegarían "propulsión de tipo foto o de campo iónico". ^{[ 26 ]}^{: 6}

Décadas de 1960 y 1970

A medida que los programas de vuelos espaciales se expandieron durante la década de 1960, los estudios de contratistas para la Fuerza Aérea de los EE. UU. y la NASA organizaron cada vez más los conceptos avanzados de propulsión bajo tres epígrafes principales: Térmica, de Campo y Fotónica, de modo que las ideas no convencionales pudieran compararse dentro de un marco analítico común. ^{[ 2 ]}^{: 26} Un informe de 1972 del Laboratorio de Propulsión de Cohetes de la Fuerza Aérea , seguido de estudios del Laboratorio de Propulsión a Chorro en 1975 y 1982, impulsó este marco en hojas de ruta publicadas. Estos estudios enfatizaron los sistemas de " impulso específico infinito" que obtendrían energía o fluido de trabajo del entorno ambiente, y sugirieron que los avances en láseres y superconductores podrían revivir conceptos descartados anteriormente, como la propulsión láser o los estatorreactores . ^{[ 2 ]}^{: I-1, 25–26, 406} Revisiones posteriores caracterizaron la investigación en propulsión en este período como impulsada por la creatividad sin restricciones y el "libre pensamiento". ^{[ 2 ]}^{: I-2}

Los conceptos de propulsión de campo terrestre también atrajeron la atención durante este período. United Press International informó en 1964 sobre una propuesta de Westinghouse Air Brake Company para conectar Youngstown, Ohio , con Pittsburgh mediante un sistema de tránsito de "propulsión de campo magnético superconductor" . ^{[ 27 ]}^{: 9} El Chicago Tribune informó posteriormente sobre la defensa inicial de la NASA de lo que entonces se denominaba "propulsión de resonancia de campo", señalando que la investigación relacionada con la magnetohidrodinámica había comenzado en 1971 como una extensión del entrenamiento de astronautas en física solar . ^{[ 28 ]}^{: 15}

década de 1980

En la década de 1980, los marcos de clasificación anteriores comenzaron a ceder terreno ante los intentos de identificar y organizar mecanismos de acoplamiento físico específicos capaces de producir un empuje medible. En 1980, el científico de la NASA Al Holt señaló que los modelos propuestos para las interacciones de propulsión de campo en esta época abarcaban desde los esfuerzos de Albert Einstein por la teoría de campo unificada hasta el trabajo de "aficionados serios", lo que reflejaba la amplitud de la literatura especulativa en torno a estas ideas para entonces. ^{[ 29 ]} Ese mismo año, el Chicago Tribune citó a Holt en defensa de la propulsión de campo: "Una de las cosas más importantes para mí es ayudar a derribar la actitud mental limitante de que las interacciones de campo espacio-temporales permanecerán en el ámbito de la ciencia ficción durante cientos de años". ^{[ 28 ]}^{: 18} Holt argumentó que el progreso hacia la propulsión dependiente del campo requeriría un "laboratorio de física de campos" dedicado para cuantificar las relaciones entre la gravitación, el electromagnetismo y la estructura del espacio-tiempo, planteando el beneficio potencial como un rendimiento superior al de las aeronaves y naves espaciales líderes de la época, como el transbordador espacial , el SR-71A y el F-16 . ^{[ 29 ]}

El Huntsville Times informó sobre un programa del Grupo de Sistemas Espaciales y de Defensa de TRW Inc. que investigaba la propulsión de campo basada en campos magnéticos, denominada "propulsión de campo de fuerza", para aplicaciones de lanzamiento de vehículos. ^{[ 30 ]}^{: 4} Robert L. Forward en 1984 extendió los estudios de velas de haz a la escala interestelar, sugiriendo que los láseres del sistema solar en fase podrían impartir aceleración sostenida a velas ultraligeras a través de distancias astronómicas y una posible exploración interestelar en el transcurso de una vida humana. ^{[ 31 ]}^{: 187, 193} A finales de la década de 1980, las velas magnéticas surgieron como un concepto propuesto sin propulsor que utilizaría un bucle superconductor para desviar el viento solar o el plasma interestelar y, por lo tanto, generar empuje o arrastre sin expulsar masa de reacción a bordo . ^{[ 32 ]}^{: 197–198, 203}

década de 1990

El trabajo electrodinámico maduró a lo largo de la década. El vuelo del Generador de Motor de Plasma en 1993 fue descrito posteriormente por la NASA como la misión de cable electrodinámico más sofisticada y exitosa hasta la fecha. ^{[ 4 ]}^{[ 33 ]}^{: 153–155, 188} STS-75 en 1996 desplegó la carga útil del Sistema de Satélite Atado TSS-1R a bordo del Columbia , validando el comportamiento electrodinámico de alto voltaje en órbita y demostrando la funcionalidad del concepto de propulsión de campo de cable espacial ; la NASA lo describió como la primera misión de satélite atado y la estructura más larga hasta la fecha volada en el espacio. ^[⁴^]^[³³^]^:^153–155,¹⁸⁸ Los conceptos de propulsión de energía dirigida también alcanzaron la madurez de las pruebas de vuelo durante este período. En 1997, el Lightcraft propulsado por láser voló con éxito en una serie de experimentos en las instalaciones de prueba de sistemas láser de alta energía en el Campo de Misiles de White Sands, dentro de un programa conjunto de demostración de vuelo de la USAF/NASA. ^[³⁴^]^:¹

El Proyecto de Física de Propulsión Innovadora (BPP) de la NASA, en 1998, replanteó la propulsión de campo, pasando de ser un catálogo de ideas a un programa de investigación definido por requisitos físicos falsables , estableciendo la consistencia de la ley de conservación, mecanismos de acoplamiento medibles y reproducibilidad experimental como puntos de referencia centrales para evaluar conceptos avanzados de propulsión. ^{[ 7 ]}^{: 1–2, 6} El programa organizó la investigación en torno a tres objetivos: propulsión sin masa de propulsor, velocidades de tránsito máximas físicamente posibles y fuentes de energía innovadoras. ^{[ 7 ]}^{: 1, 3–4} El BPP planteó la cuestión de si podrían existir efectos sin propulsor sin violar la conservación del momento y la energía, y el extremo más especulativo del espectro, incluidos los conceptos que se acoplan al entorno sin transportar masa de reacción, permaneció en la fase de investigación. ^{[ 7 ]}^{: 1–2, 6}

siglo XXI

El Centro Espacial Nacional Británico y la Sociedad de Empresas Aeroespaciales Británicas comenzaron a organizar una conferencia anual de investigación sobre propulsión de campo en 2001, inaugurada en Brighton en el Instituto de Estudios del Desarrollo , con delegados iniciales que incluían a Harry Kroto . ^{[ 35 ]}^{[ 36 ]}^{: 13} Se confirmó en 2001 que British Aerospace había iniciado un programa de investigación llamado "Proyecto Greenglow" para investigar "la posibilidad del control de campos gravitatorios". ^{[ 37 ]}^{[ 36 ]}^{: 13} A medida que los sistemas demostrados acumulaban historial de vuelo, los programas de investigación continuaron explorando mecanismos de acoplamiento más especulativos.

Trabajos posteriores ampliaron considerablemente esta investigación, examinando si las interacciones ambientales identificables podían cumplir con la misma ley de conservación y los mismos criterios de medición. Estudios posteriores del Instituto de Conceptos Avanzados de la NASA (NIAC) siguieron la misma línea, analizando si las interacciones de plasma de ondas de Alfvén podrían proporcionar un empuje prácticamente sin propulsor. Para 2009, había surgido una categoría reconocida de "conceptos de propulsión revolucionarios" en la literatura sobre transporte interestelar, que abarcaba la propulsión warp , los agujeros de gusano transitables y las ideas de energía del vacío , aunque la misma literatura señalaba un fuerte escepticismo sobre las afirmaciones que parecían entrar en conflicto con la física convencional demostrada. ^[³⁸^]^:^450–451 Los conceptos relacionados de velas electrostáticas también pasaron a fases de demostración de tecnología en el espacio en la década de 2020, con el lanzamiento de AuroraSat-1 en 2022 como demostrador de tecnología de freno de plasma y el lanzamiento de Foresail-1p en 2025 con un experimento de freno de plasma destinado a permitir las primeras mediciones espaciales de arrastre de Coulomb para cambio orbital . ^[³⁹^]^[⁴⁰^]

Artes y cultura

Los conceptos de propulsión de campo han aparecido en la literatura, el cine y la televisión, en muchos casos antes o paralelamente al desarrollo técnico de las tecnologías y teorías descritas en este artículo. Varios sistemas de propulsión ficticios guardan similitudes reconocibles con conceptos de interacción espacio-temporal, electromagnética o acoplada al entorno, estudiados posteriormente en la investigación aeroespacial.

Las ideas ficticias sobre antigravedad y propulsión fotónica surgieron mucho antes de que se formalizara la física subyacente. La Enciclopedia de la Ciencia Ficción rastrea la contrainfluencia de la gravedad en la ficción desde El hombre en la Luna (1638) de Francis Godwin , pasando por Viaje a la Luna (1827) de George Tucker y su metal antigravedad "lunarium", hasta la creación del término "apergia" por Percy Greg como fuerza de propulsión antigravedad para naves espaciales en A través del Zodiaco (1880). ^[⁴¹^]^[⁴²^] Los primeros de estos trataron el concepto en términos cuasi científicos en lugar de puramente mágicos. ^[⁴¹^]

A medida que la tecnología de cohetes avanzaba a principios del siglo XX, la ficción pulp se mantuvo al día con sus propias invenciones de propulsión. Los primeros hombres en la Luna (1901) de H.G. Wells popularizó el escudo de gravedad a través de la " cavorita ", un material utilizado para construir una esfera capaz de abandonar la Tierra sin expulsar propulsor. ^[⁴¹^] Ideas similares proliferaron en la era pulp: la serie Barsoom de Edgar Rice Burroughs , que comienza con Una princesa de Marte (serializada en 1912), describía dirigibles marcianos propulsados por un "octavo rayo" almacenado utilizado para sustentación y maniobra en lugar de alas aerodinámicas o empuje de cohete, ^[⁴³^] mientras que Armageddon 2419 d.C. de Philip Francis Nowlan (1928) describía "rayos antigravedad repulsores" utilizados como "patas" para dirigibles, junto con "inertrón", una sustancia que reacciona a la gravedad de forma opuesta a la materia normal. ^[⁴⁴^] La tira cómica de Buck Rogers , lanzada en 1929, llevó los conceptos de Nowlan sobre el rayo repulsor y el inertrón al medio visual. ^[⁴⁴^] La Enciclopedia de la Ciencia Ficción atribuyó a Spacehounds of IPC (1931) de EE Smith el primer uso del término "campo de fuerza" en la ciencia ficción. ^[⁴⁵^]

A mediados de siglo, la ciencia ficción estaba pasando de los artilugios individuales a conceptos de propulsión con fundamentos teóricos explícitos. La Enciclopedia de la Ciencia Ficción atribuye el uso temprano de la terminología de "desviación espacial" e "hiperespacio" en el contexto de los viajes interestelares a Islas del Espacio de John W. Campbell (serializada en 1931 en Amazing Stories Quarterly ; publicada como novela en 1957). ^[⁴⁶^]^[⁴⁷^] La serie Ciudades en Vuelo de James Blish , que comienza con "Bindlestiff" (diciembre de 1950, Astounding Science Fiction ), introdujo el " spindizzy ", formalmente el Generador de Polaridad de Gravitones Dillon-Wagoner. ^[⁴⁸^] La Enciclopedia de la Ciencia Ficción describió el spindizzy como, en su época, "uno de los elementos más queridos de la terminología de la ciencia ficción", y señaló que Blish le dio al dispositivo una justificación arraigada en la física teórica, en la que los campos de gravedad se generan o cancelan por rotación debido a un ficticio "efecto Blackett-Dirac". ^[⁴⁸^] El Museo Nacional del Aire y el Espacio identificó Planeta Prohibido (1956) como la primera película en representar una nave estelar más rápida que la luz construida por humanos; ^[⁴⁹^] Time (revista) describió la propulsión de la nave estelar como un "hiperimpulsor cuántico-gravitacional", y el texto del guion publicado incluye la misma frase en su narración inicial. ^[⁵⁰^]

Las revistas de ficción de esta época también sirvieron como plataformas para promover supuestos dispositivos de propulsión del mundo real. El motor Dean , un supuesto dispositivo sin reacción construido por Norman L. Dean , recibió una amplia promoción por parte de John W. Campbell en Astounding Science Fiction a partir de 1960. ^{[ 51 ]}^{: 83–106}^{[ 52 ]}^{: 95–99} Campbell publicó fotografías del dispositivo funcionando en una báscula de baño, ^{[ 53 ]}^{: 4–7} y la portada de junio de 1960 de Astounding presentaba una pintura de un submarino de los Estados Unidos cerca de Marte supuestamente propulsado por un motor Dean. ^{[ 51 ]}^{: 1} En 1984, el físico Amit Goswami escribió que el motor Dean se había arraigado tanto en la conciencia del género que "ahora es costumbre en los círculos de ciencia ficción referirse a un motor sin reacción como un motor Dean". ^{[ 54 ]}^{: 23} "The Lady Who Sailed The Soul" de Cordwainer Smith ( Galaxy Science Fiction , abril de 1960) se encuentra entre los primeros tratamientos ficticios claramente documentados de la navegación por presión de fotones como método de propulsión de naves espaciales. ^{[ 55 ]} La Enciclopedia Visual de Ciencia Ficción catalogó la antigravedad, el motor Dean, el motor sin inercia, las velas y el spindizzy como categorías de propulsión distintas para los viajes espaciales en el género. ^{[ 56 ]}

La influencia entre la ficción y la investigación de propulsión de campo se hizo más visible a través de la televisión. Star Trek: La Serie Original (estrenada el 8 de septiembre de 1966) convirtió los términos "motor de curvatura" y " rayo tractor " en términos de uso común. ^{[ 57 ]}^{[ 58 ]}^{: 167} Star Trek introduciría más tarde un sistema de propulsión mediado biológicamente con el motor de esporas de Star Trek: Discovery , que utiliza una red de hongos subespaciales para viajes instantáneos. ^[⁵⁹^] El físico Miguel Alcubierre afirmó que su métrica de curvatura teórica de 1994, una solución formulada dentro de la relatividad general que describe la expansión del espacio-tiempo detrás y la contracción delante de una nave espacial teórica, se inspiró directamente en la terminología utilizada en Star Trek ; ^[⁹^] La Planetary Society lo describió como alguien que desarrolló el modelo "inspirado en Star Trek". ^[¹⁰^] La métrica de curvatura de Alcubierre sigue siendo uno de los casos documentados más claros en los que un concepto de ciencia ficción catalizó directamente la investigación de la física formal en propulsión de campo.

Definiciones

El término propulsión de campo significa propulsión de naves espaciales mediante campos electromagnéticos , ya sean campos generados en la nave espacial para propulsar fluido ionizado o campos en el entorno de la nave espacial, manipulados para crear propulsión. Ejemplos de la primera categoría incluyen propulsores de plasma y motores iónicos ; ejemplos de propulsión de campo ambiental incluyen propulsión de onda de Alfvén , sustentación electrostática ^{[ 60 ]} El término se utilizó como un conjunto de ideas, junto con propulsión térmica (por ejemplo, propulsión nuclear ) y propulsión fotónica (por ejemplo, velas solares ) en el desarrollo de un programa para crear nuevos tipos de sistemas de propulsión. ^{[ 2 ]}^{: 26}^{[ a ]}

En general, los sistemas de propulsión se pueden clasificar según se basen en colisiones o interacciones con campos. La propulsión por campo requiere campos asimétricos controlables que se desplacen con la nave espacial. Dado que la propulsión conserva el momento, cualquier sistema de propulsión por campo que no expulse masa de la nave espacial requiere que el campo proporcione la masa de reacción necesaria para generar aceleración. Esta masa de reacción debe estar disponible en toda la región de operación de la nave espacial y debe existir un mecanismo de acoplamiento controlable y sostenible capaz de inducir una fuerza de reacción asimétrica suficiente. ^{[ 61 ]}

Conceptos relacionados

En la literatura histórica más amplia, la propulsión de campo no siempre se usó como sinónimo estricto de propulsión moderna sin propulsor; dependiendo del marco, también podía abarcar conceptos relacionados de energía dirigida y sistemas de acoplamiento de materia-campo terrestre tratados dentro de la misma familia analítica. ^{[ 2 ]}^{: 25–26, I-2} Por el contrario, la propulsión sin propulsor en el sentido moderno más estricto produce empuje a través de la interacción con el entorno circundante en lugar de expulsando masa de reacción. ^{[ 1 ]} Por lo tanto, los límites del término han variado a través de sucesivos marcos de clasificación, definiciones de programas y criterios de investigación a lo largo de más de un siglo de uso. ^{[ 7 ]}^{: 1–2} Este artículo analiza el tema en todo ese rango histórico tal como se documenta en la literatura fuente.

Los conceptos de vela magnética, propuestos por Dana Andrews y Robert Zubrin , ejemplifican este enfoque. ^{[ 32 ]}^{: 197} En la literatura histórica más amplia, los sistemas terrestres de campo electromagnético-materia relacionados, como la electrohidrodinámica (EHD) y la magnetohidrodinámica (MHD), también se discutieron a veces dentro de la misma familia de propulsión de campo, junto con propuestas más especulativas que involucran la relatividad general y la teoría cuántica de campos . ^{[ 2 ]}^{: I-2, IX-14-15, IX-33, XIII-1-3}

La conservación del momento lineal es un requisito fundamental de los sistemas de propulsión porque el momento lineal siempre se conserva. ^{[ 7 ]}^{: 2} Esta ley de conservación está implícita en la obra publicada de Isaac Newton y Galileo Galilei, pero surge a nivel fundamental de la simetría de traslación espacial de las leyes de la física, como lo establece el teorema de Noether . ^{[ 8 ]}

Cualquier método de propulsión que pretenda generar empuje neto en un sistema cerrado sin interacción externa viola la conservación del momento, que se deriva de la simetría de traslación espacial de la ley física (teorema de Noether). ^{[ 8 ]}^{[ 7 ]}^{: 2} Algunos conceptos especulativos de propulsión de campo pueden requerir extensiones a las teorías físicas establecidas, incluso más allá del Modelo Estándar de la física de partículas y la cosmología . ^{[ 62 ]}^{: 9} Millis señala que los esquemas propuestos de " impulso espacial " donde las fuerzas actúan solo internamente no producen movimiento neto, y relaciona este "requisito de fuerza externa neta" con la conservación del momento. ^{[ 63 ]}^{: 2–3}

Propulsión de energía dirigida

En la literatura histórica más amplia utilizada aquí, la propulsión por haz se discutía a menudo junto con la propulsión de campo porque trasladaba el suministro de energía fuera de la nave y, en algunos conceptos, también extraía fluido de trabajo o intercambio de momento del entorno, aunque muchos de estos sistemas no se ajustan al sentido moderno más estricto de propulsión sin propelente. ^{[ 2 ]}^{: I-2, II-1, IX-14–IX-15}^{[ 1 ]} La propulsión por haz envía energía desde una fuente remota directamente al sistema de propulsión de una nave espacial utilizando tecnologías de energía dirigida como láseres, microondas o haces de partículas cargadas relativistas. Un informe de un contratista de la NASA examinó dichos conceptos, buscando grandes ganancias en carga útil, alcance y velocidad terminal más allá del rendimiento de los cohetes químicos. ^{[ 2 ]}^{: I-2, II-1} El informe identificó tecnologías facilitadoras (por ejemplo, superconductores de corriente más alta, superconductores potenciales a temperatura ambiente, hidrógeno metálico ) como vías potenciales entonces para las perspectivas de la propulsión de campo. ^{[ 2 ]}^{: I-2}

Un estudio del Laboratorio de Investigación de la Fuerza Aérea concluyó que los investigadores deberían priorizar los conceptos que obtienen tanto el fluido de trabajo como la energía del entorno, debido a sus implicaciones para un rendimiento excepcional. ^{[ 2 ]}^{: I-2} Las propuestas también incluyen conceptos electrostáticos avanzados y basados en MHD que podrían aprovechar las interacciones de partículas cargadas con campos atmosféricos o plasmas ionosféricos y campos geomagnéticos para producir movimiento dirigido. ^{[ 2 ]}^{: IX-14-15, IX-33, XIII-1-3} Algunos enfoques utilizan material atmosférico o ambiental como fluido de trabajo o medio de interacción, extrayendo masa de reacción o intercambio de momento del entorno ambiente en lugar de del propulsor a bordo. ^{[ 2 ]}^{: I-2, IX-14–IX-15} El estudio sugirió que las mejoras en tecnologías como los láseres de alta potencia o los nuevos métodos de transferencia de energía podrían revitalizar ideas de propulsión previamente descartadas, incluyendo la propulsión láser y los estatorreactores de Isp infinito. ^{[ 2 ]}^{: I-2}

Propuestas teóricas

El memorando Breakthrough Propulsion Physics (BPP) de la NASA planteó preguntas de investigación en los límites de la física, la propulsión sin propelente, las velocidades de tránsito máximas y la producción de energía revolucionaria, explícitamente para separar las ideas físicamente comprobables de las afirmaciones no viables. ^{[ 7 ]}^{: 1} La propulsión de campo por sí sola se describió como insuficiente para la exploración interestelar práctica porque ninguna teoría de propulsión actualmente supera la velocidad de la luz , lo que requiere una teoría de navegación como solución secundaria junto con la teoría de propulsión. ^{[ 64 ]}^{: 1419} La exploración interestelar práctica se planteó como un problema combinado de teoría de propulsión y teoría de navegación, en lugar de como un problema solo de propulsión. ^{[ 64 ]}^{: 1419, 1420} Una encuesta de propulsión de 2009 planteó una motivación para la investigación de propulsión de campo en términos operativos, argumentando que si las interacciones de campo pudieran reducir la resistencia gravitacional e inercial efectiva, el empuje del cohete y los requisitos de propelente para el vuelo de la Tierra a la órbita se reducirían sustancialmente. ^{[ 38 ]}^{: 439}

El marco teórico de navegación de Minami se situó dentro de discusiones similares sobre teorías extradimensionales , incluyendo la teoría de Kaluza-Klein , la teoría de la supergravedad , la teoría de supercuerdas , la teoría M y la teoría de supercuerdas relacionada con D-branas , como parte del trasfondo conceptual del artículo para la navegación interestelar. ^{[ 64 ]}^{: 1420}

Los fenómenos de fluctuación del vacío, como el efecto Casimir, se han medido en numerosos experimentos de precisión y se revisan exhaustivamente en la literatura especializada. ^{[ 65 ]}^{: 1827, 1829–1830} Sin embargo, los intentos de obtener un empuje neto o un acoplamiento gravitatorio a partir de configuraciones electromagnéticas estáticas (a menudo denominadas efectos "electrogravitatorios") no han producido fuerzas anómalas reproducibles en pruebas controladas. ^{[ 66 ]}^{: 2, 15} . De manera similar, el efecto Biefeld-Brown no ha dado lugar a una propulsión efectiva. ^{[ 67 ]}^{: 315, 318}

Tipos

Se han propuesto o demostrado diversos métodos de propulsión que se ajustan a las definiciones generales de propulsión de campo. Esta taxonomía refleja cómo los informes de contratistas y las revisiones de programas de finales del siglo XX organizaron el tema, y cómo estudios posteriores distinguen el intercambio de momento acoplado al entorno de propuestas más especulativas. ^{[ 2 ]}^{: 26} Un grupo comprende sistemas acoplados al entorno que utilizan su entorno para producir empuje, incluidas las velas magnéticas y, con ciertas restricciones, los cables electrodinámicos, que utilizan el viento solar o los campos magnéticos ambientales para generar empuje. En un ejemplo de diseño, una vela magnética utiliza un bucle de cable superconductor para crear un campo magnético que desvía el plasma del viento solar e imparte momento a la nave espacial acoplada. ^{[ 32 ]}^{: 197}

Una clase más especulativa invoca interacciones directas con un vacío estructurado o con la geometría del espaciotiempo, proponiendo empuje sin expulsión de masa, una idea discutida en la literatura de relatividad general y teoría cuántica de campos, pero no validada empíricamente. Las secciones siguientes siguen el uso más amplio de la literatura histórica descrito anteriormente, tratando los sistemas acoplados al entorno sin propulsor como los casos centrales, al tiempo que conservan conceptos relacionados de energía dirigida, interacciones de campo terrestre y propuestas más especulativas donde la literatura fuente las agrupó bajo el mismo paraguas de propulsión de campo. ^[²^]^:^25–26,^I-2^[¹^]

Demostrado

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

Intercambio de momento acoplado al entorno

La ingeniería de las velas acopla estructuras ultraligeras a estrictas restricciones térmicas y de apuntamiento. ^{[ 68 ]}^{: 2990, 2995}^{[ 31 ]}^{: 188} Una vez desplegada, el empuje es casi normal a la vela, por lo que pequeños cambios de actitud dirigen el vector de empuje. ^{[ 68 ]}^{: 2990–2991} El rendimiento evoluciona con la ciencia de los materiales y el control: una menor densidad superficial (masa por unidad de área de vela) aumenta directamente la aceleración, ^{[ 31 ]}^{: 188} y al inclinar la vela, el pequeño empuje continuo puede dirigirse para dar forma precisa a la trayectoria. ^{[ 68 ]}^{: 2990} Los diseños cuadrados y heliogirós utilizan velas de película delgada en brazos desplegables; el despliegue fiable de grandes estructuras de baja masa y películas delgadas es un desafío clave. ^{[ 68 ]}^{: 2991, 3004–3005} Las películas de vela típicas tienen capas frontales reflectantes y capas posteriores de alta emisividad; El arrugamiento y la ondulación reducen la eficiencia. ^{[ 68 ]}^{: 2993–2995} Forward ( Journal of Spacecraft and Rockets , 1984) describió un método propuesto sobre cómo los sistemas láser basados en el sistema solar y un sistema de lente de Fresnel de enfoque de luz de aproximadamente 1000 km podrían impulsar velas de película delgada a ~0,11 % de la velocidad de la luz, lo que permitiría un sobrevuelo no tripulado de Alfa Centauri en aproximadamente 40 años. ^{[ 31 ]}^{: 187, 193} En la propuesta de Forward, un sistema de vela de dos etapas en el que una vela anular masiva refleja la luz láser de vuelta a una vela de carga útil separada, permite que la nave espacial no tripulada se encuentre y frene dentro del sistema Alfa Centauri. ^{[ 31 ]}^{: 193–194}

Los análisis de conceptos de velas magnéticas indican que el empuje surge de la desviación del viento solar alrededor de un campo magnético soportado por la nave espacial, con un rendimiento determinado por la distancia a la que la presión del viento solar equilibra la presión magnética de la vela; secciones transversales magnéticas efectivas más grandes aumentan la transferencia de momento pero requieren bobinas superconductoras de gran radio y alta corriente. ^{[ 32 ]}^{: 197–200} Los estudios de misión de velas magnéticas muestran que pueden realizar transferencias heliocéntricas entre órbitas circulares utilizando el viento solar para la aceleración de salida y el frenado de entrada. ^{[ 32 ]}^{: 197–199} También se han propuesto velas magnéticas para misiones interestelares, donde la interacción con el medio interestelar proporciona una desaceleración terminal sin propulsor hacia un sistema solar de destino. ^{[ 32 ]}^{: 201–203} Los desafíos de ingeniería clave incluyen la masa y el tamaño del bucle superconductor y las limitaciones impuestas por las corrientes superconductoras y los campos magnéticos alcanzables. ^{[ 32 ]}^{: 197–199} Las compensaciones de diseño enfatizan lograr una gran sección transversal magnética efectiva para el bucle superconductor mientras se mantiene baja su masa. ^{[ 32 ]}^{: 199} La propulsión de plasma magnetosférico (M2P2) es una propuesta de NIAC de Robert Winglee, en la que la inyección de plasma infla una burbuja magnética que se acopla con el viento solar. Se considera una variante de las velas magnéticas. ^{[ 69 ]}^{[ 70 ]}

Los ejemplos más estudiados son los cables electrodinámicos (EDT), que generan arrastre o empuje basados en la fuerza de Lorentz al acoplar un conductor largo que transporta corriente a un campo magnético planetario, intercambiando así momento con una magnetosfera o ionosfera planetaria para permitir arrastre o empuje sin propulsor en entornos adecuados (por ejemplo, órbita terrestre baja), y caen dentro de definiciones amplias de propulsión de campo debido a su uso de campos externos para el intercambio de momento. ^{[ 71 ]}^{: 136–138}^{[ 33 ]}^{: 153–155, 83–84} En funcionamiento, un cable conductor que se mueve a través de un campo magnético planetario experimenta una fuerza electromotriz de movimiento , un voltaje inducido por su movimiento a través del campo; cerrar el circuito a través de la ionosfera ambiente permite que fluya corriente, y la fuerza de Lorentz resultante puede proporcionar arrastre (para desorbitar ) o, con inyección de energía externa, empuje a lo largo de geometrías orbitales específicas. ^{[ 33 ]}^{: 137, 146–147} Como sistemas abiertos, conservan el momento mediante la reacción con el plasma y el campo magnético ambientales. ^{[ 33 ]}^{: 188, 153–155} Se han desplegado cables electrodinámicos en varias misiones de cables espaciales , incluidos los experimentos TSS-1, TSS-1R y Plasma Motor Generator (PMG). ^{[ 33 ]}^{: 153–155, 83–84} Los cables electrodinámicos también pueden generar energía eléctrica a expensas de la energía orbital . ^{[ 33 ]}^{: 151}

Los conceptos relacionados de velas electrostáticas también entraron en fases de demostración tecnológica en el espacio en la década de 2020. El estudio de propulsión de naves espaciales pequeñas de la NASA describió la vela eléctrica y el freno de plasma estrechamente relacionado como tecnologías de propulsión acopladas al entorno relativamente inmaduras, y señaló que AuroraSat-1, lanzado el 5 de mayo de 2022, sirvió como misión de demostración tecnológica para un módulo de freno de plasma. ^{[ 39 ]} En 2025, la Universidad Aalto en Finlandia informó del lanzamiento de Foresail-1p que transportaba un experimento de freno de plasma destinado a permitir las primeras mediciones espaciales de arrastre de Coulomb, en el que un cable cargado interactúa con el plasma circundante para cambiar la órbita de un satélite. ^{[ 39 ]}^{[ 40 ]}

Desarrollo y pruebas

Se trata de conceptos en fase de desarrollo o prueba de ingeniería que adaptan principios de aceleración o acoplamiento basados en campos para nuevos regímenes operativos. Al igual que en la literatura de revisión histórica analizada anteriormente, esta sección incluye algunos sistemas que quedan fuera del sentido más estricto de propulsión de campo sin propulsor, especialmente conceptos alimentados externamente y aplicaciones de acoplamiento de materia-campo terrestre. ^{[ 2 ]}^{: I-2, 25–26}^{[ 1 ]}

Energía dirigida y empuje con alimentación externa

Los propulsores electrotérmicos de microondas utilizan energía de microondas, potencialmente suministrada externamente, para calentar un propulsor fluido. Cuando se alimentan externamente, se clasifican como propulsión por energía dirigida con aceleración de masa mediante campos dirigidos. La propulsión por ablación láser utiliza energía láser pulsada para ablacionar material a bordo y convertirlo en un chorro de plasma; aunque expulsa masa, la fuente de energía es externa, lo que la sitúa dentro de los enfoques de propulsión por energía dirigida. Los propulsores láser fotónicos son un sistema de presión de fotones que se basa en láseres emitidos externamente en lugar de luz solar.

El programa Lightcraft de energía dirigida de Leik Myrabo , que abarcó varias décadas, empleó un sistema MHD de ciclo combinado de potencia proyectada diseñado para reconfigurarse en múltiples regímenes de vuelo. ^{[ 38 ]}^{: 193} Czysz y Bruno también destacaron el muy bajo requerimiento de propulsor a bordo del concepto, escribiendo que tenía "el menor número de propulsores a bordo de cualquier sistema". ^{[ 38 ]}^{: 193} La arquitectura de Myrabo se describió como escalable al ubicar el proyector en la Tierra, en órbita o en la Luna, señalando explícitamente las implicaciones de propulsión para la órbita geosíncrona, la Luna y los sistemas planetarios/lunares cercanos. ^{[ 38 ]}^{: 193} La investigación se ha limitado a pruebas de laboratorio y demostraciones atmosféricas de Lightcraft a escala reducida, y las propuestas orbitales permanecen sin volar.

Interacción de campo en atmósfera o medios densos

Los estudios históricos generales sobre propulsión de campo situaron los sistemas terrestres de acoplamiento campo-materia junto con conceptos orientados al espacio, aunque estos operan en medios densos en lugar de como naves espaciales sin propulsor. ^{[ 2 ]}^{: IX-14-15, IX-33, XIII-1-3}^{[ 72 ]}^{: 2} Aunque actualmente no se utilizan ampliamente en el espacio, existen ejemplos terrestres probados de propulsión de campo en los que los campos electromagnéticos actúan sobre un medio conductor como el agua de mar o el plasma para la propulsión, conocidos colectivamente como magnetohidrodinámica (MHD). La MHD es similar en funcionamiento a los motores eléctricos; sin embargo, en lugar de utilizar partes móviles o conductores metálicos, se emplean conductores de fluido o plasma. El EMS-1 es un ejemplo de tales sistemas de propulsión de campo electromagnético, descrito por primera vez en 1994. ^{[ 73 ]}

La electrohidrodinámica (EHD) es otro método en el que se aceleran fluidos cargados eléctricamente para la propulsión y el control del flujo; las demostraciones de laboratorio y de vuelo incluyen dispositivos iónicos impulsados por descarga de corona , en los que un fuerte campo eléctrico ioniza el aire circundante para crear un flujo de partículas cargadas que produce empuje. ^{[ 72 ]}^{: 2}^{[ 6 ]}^{: 532–535} Los conceptos de interacción magnetohidrodinámica que extienden la magnetohidrodinámica (MHD) al plasma espacial proponen generar empuje mediante el intercambio de momento con partículas cargadas ambientales a través del acoplamiento de la fuerza de Lorentz. Si el plasma interactuante es externo (por ejemplo, viento ionosférico o solar), el sistema califica como propulsión de campo. ^{[ 38 ]}^{: 450–451}

Propuesto y teorizado

Un memorando técnico de la NASA de 1979 describió un concepto especulativo de propulsión por resonancia de campo que hipotetizaba el empuje a partir de una resonancia entre formas de onda de campo electromagnético pulsado coherente y formas de onda gravitacionales asociadas con métricas espaciotemporales, planteado como potencialmente posibilitando viajes galácticos sin tiempos de viaje prohibitivos. ^{[ 74 ]}^{: ii} Se propuso que aplicar esto a un material eléctricamente aislante podría, a través de fuerzas de Lorentz sobre cargas ligadas dentro del material, afectar su inercia y por lo tanto crear aceleración sin tensión mecánica interna. Los conceptos potenciales estudiados por la NASA y otras partes han incluido polarización del vacío, curvatura espaciotemporal diseñada e interacciones de campo de punto cero; ninguno ha sido validado experimentalmente, y todos enfrentan problemas de consistencia sin resolver con la conservación del momento. ^[⁷^]^:² Estos conceptos se discuten en la literatura aeroespacial principalmente como marcos teóricos o exploratorios más que como tecnologías de propulsión operativas.

Misiones e investigaciones en curso

Conceptos que antes no estaban probados ahora vuelan al espacio, y la investigación continúa sobre las opciones restantes que aún no han sido probadas. ^{[ b ]}

Sistemas demostrados y propuestos

La siguiente tabla resume el primer uso demostrado, el ámbito operativo y el estado de desarrollo de los subtipos de propulsión de campo que se analizan en este artículo, que abarcan desde sistemas con experiencia en vuelo hasta propuestas teóricas.

Véase también

Motor Bussard : método de propulsión propuesto para naves espaciales
Tecnologías emergentes : tecnología que aún no está completamente desarrollada.
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.
Propulsión eléctrica de naves espaciales : tipo de propulsión de naves espaciales que utiliza energía eléctrica para acelerar el propulsor.
Cronología de la aviación
Cronología de la tecnología de cohetes y misiles
Cronología de los vuelos espaciales

Notas

1 2 El informe del contratista de la NASA de Myrabo también utilizó la propulsión de campo como encabezado de categoría en una taxonomía que agrupaba conceptos bajo los encabezados térmico, de campo y de fotones.^{[ 2 ]}^{: 25–26} El estudio posterior de naves espaciales pequeñas de la NASA utiliza la etiqueta más restringida de sistemas de propulsión sin propelente para sistemas que "generan empuje mediante la interacción con el entorno circundante".^{[ 1 ]}
↑ Esta distinción separa los sistemas con demostración en el espacio o historial de vuelo de los conceptos de propulsión que aún se encuentran en fase exploratoria. ACS3 y Foresail-1p respaldan la fase de demostración continua, mientras que los estudios de ondas de plasma del NIAC y el trabajo de Física de Propulsión Innovadora de la NASA respaldan la investigación y evaluación continuas de conceptos no probados.^{[ 75 ]}^{[ 76 ]}^{[ 40 ]}^{[ 7 ]}^{: 1–2}

Referencias

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

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1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 Myrabo , Leik N. ( 31 de mayo de 1983 ) . Conceptos avanzados de propulsión de campo y energía dirigida (PDF) (Informe del contratista). Serie de informes de contratistas de la NASA . McLean, Virginia: BDM Corporation para el Instituto Tecnológico de California y el Laboratorio de Propulsión a Chorro . BDM/W-83-225-TR; NAS 1.26:176108; Acceso 85N33186. Archivado del original (PDF) el 14 de diciembre de 2021. Recuperado el 19 de febrero de 2026 .
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[termusage-3] 1 2 El informe del contratista de la NASA de Myrabo también utilizó la propulsión de campo como encabezado de categoría en una taxonomía que agrupaba conceptos bajo los encabezados térmico, de campo y de fotones.^{[ 2 ]}^{: 25–26} El estudio posterior de naves espaciales pequeñas de la NASA utiliza la etiqueta más restringida de sistemas de propulsión sin propelente para sistemas que "generan empuje mediante la interacción con el entorno circundante".^{[ 1 ]}

[78] Esta distinción separa los sistemas con demostración en el espacio o historial de vuelo de los conceptos de propulsión que aún se encuentran en fase exploratoria. ACS3 y Foresail-1p respaldan la fase de demostración continua, mientras que los estudios de ondas de plasma del NIAC y el trabajo de Física de Propulsión Innovadora de la NASA respaldan la investigación y evaluación continuas de conceptos no probados.^{[ 75 ]}^{[ 76 ]}^{[ 40 ]}^{[ 7 ]}^{: 1–2}

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