Un nuevo motor de plasma para ir a MARte

39 días a Marte: el hombre que quiere revolucionar la exploración espacial

El costarricense Franklin Chang-Díaz, uno de los primeros astronautas hispanos de la NASA, lleva años trabajando en un motor de plasma que puede reinventar las misiones espaciales

Foto: Franklin Chang-Díaz junto al motor Vasimr en una prueba de laboratorio. (Foto: Ad Astra Rocket)
Franklin Chang-Díaz junto al motor Vasimr en una prueba de laboratorio. (Foto: Ad Astra Rocket)

Cuando a Franklin Chang-Díaz se le pregunta por España suelta una carcajada. "Allí conozco mucho a Pedro. Siempre le digo: '¡hagamos algo en España!'. Él dice que sí, pero luego se olvida", confiesa entre risas. Pedro es Pedro Duque, el primer astronauta español. Y Chang-Díaz es el segundo hispano en volar al espacio con la NASA. "Fue un sueño hecho realidad", recuerda. Hoy, a sus 65 años, este costarricense, físico y doctor en ingeniería nuclear por el MIT, trabaja con la NASA en crear un motor de plasma que promete algo imposible hasta ahora: llevarnos a Marte en 39 días.

La historia de Franklin Chang es una de esas fascinantes excepciones del sueño americano hecho realidad. "Tenía 7 años cuando el Sputnik se lanzó al espacio. Era el comienzo de la carrera espacial. Ese día decidí que quería ser astronauta. En 1968, con 18 años, sin casi dinero y sin saber inglés, me fui a EEUU a intentar cumplir mi sueño", explica Chang a Teknautas. No fue sencillo.

Chang aprendió inglés, obtuvo becas para estudiar en la universidad y en 1977 se presentó a una solucitud de la NASA en busca de astronautas. "Me rechazaron. Nunca supe por qué, pero creo que fue por no tener aún la nacionalidad estadounidense". No se desanimó. Dos años después lo volvió a intentar ya con la nacionalidad en el bolsillo. Le aceptaron. El cubano Arnaldo Tamayo Méndez, con la Unión Soviética, y el mexicano Rodolfo Neri, con la NASA, se le adelantaron en ser los primeros hispanos del mundo en volar al espacio, pero Chang cumplió su sueño. Y no solo una vez, siete: el número de misiones que realizó con la agencia espacial a bordo de transbordadores como el mítico (y trágico) Columbia.

Franklin Chang, en su foto oficial como astronauta de la NASA
Franklin Chang, en su foto oficial como astronauta de la NASA

Hoy, casi 15 años después de cerrar su aventura como astronauta, Chang se ha embarcado en otra si cabe más ambiciosa: diseñar un nuevo tipo de motor de plasma, sin combustibles químicos, que podría reducir sensiblemente el tiempo de las misiones espaciales. Un ejemplo: con un reactor nuclear como fuente de energía, en lugar de paneles solares, este motor, bautizado como Vasimr, podría llevar una misión tripulada a Marte en solo 39 días en lugar de los siete u ocho meses que llevaría con la tecnología actual.

Charles Bolden, administrador de la NASA, ha reconocido que la idea de Chang podría cambiar para siempre la exploración espacial

Su compañía, Ad Astra Rocket, ha firmado con la NASA un acuerdo para probar el motor encendido en un laboratorio durante 100 horas seguidas. El siguiente paso será probarlo en el espacio. Su idea ha generado tal expectación que incluso el administrador de la NASA, Charles Bolden, amigo de Chang, ha reconocido que el motor Vasimr podría cambiar para siempre la exploración espacial.

Pregunta: ¿Cómo funciona exactamente el motor Vasimr?

Respuesta: Básicamente es un motor de propulsión eléctrica, es decir, no se lleva a cabo ninguna reacción química como en los motores de cohetes tradicionales. La energía eléctrica se transfiere a un propelente, a un fluido, y ese fluido se dispara por la tobera de un cohete. Eso es lo que produce la propulsión. El fluido es un plasma, un gas supercaliente, tanto como el Sol.

En cualquier cohete, la velocidad del escape es proporcional a la temperatura de ese escape. Mientras más caliente sea el chorro de fuego que sale de la nave, más eficiente es y menos combustible tienes que llevar. El truco es elevar la temperatura del escape lo más alto posible. ¿El problema? Llega un punto donde empiezas a fundir las paredes del motor y de la tobera. Es una de las barreras de los motores: no puedes subir la temperatura por encima del nivel de fundición de los materiales. Nosotros hemos eliminado ese problema por completo, cambiando las paredes del motor, pasando de un material físico a un campo magnético.

P.: Aseguran que es el motor de plasma operativo más potente del mundo. ¿De veras?

R.: Así es. El que tenemos ahora es de 200 kilovatios. Lo hemos encendido en prueba más de 10.000 veces. Son encendidos muy cortos, los hacemos en la cámara de vacío que tenemos aquí en Houston. Cada encendido no puede durar más de un minuto porque el chorro de plasma que dispara, al neutralizarse, se convierte de nuevo en el argón que se le inyectó. Ese argón hay que bombearlo fuera de la cámara de vacío, y eso requiere un sistema muy sofisticado y caro. Ahora estamos preparándonos para un nuevo contrato recién firmado con la NASA para modificar la cámara de vacío y el motor y hacer disparos de 100 horas continuas. El siguiente paso será probarlo en el espacio.

P.: Pero la NASA ha estado ya utilizando motores de plasma en sondas como la Dawn, enviada al planeta enano Ceres. ¿Qué diferencia hay entre esos motores y el que su compañía está desarrollando?

R.: Los motores de iones o de plasma que se han utilizado hasta ahora son muy pequeños. La gran diferencia de nuestra tecnología es la densidad de potencia que se consigue, el número de kilovatios que puede procesar. Los motores que se están utilizando ahora son motores de entre 1 y 5 kilovatios. Para llegar a 200 kilovatios tenemos que hablar de una tecnología diferente, que es justo en lo que estamos trabajando. 

P.: Cuéntenos el secreto.

R.: Es complejo (se rie). Hemos eliminado por completo los electrodos en el motor. Esa es la clave fundamental. Todos los motores de plasma que se han diseñado hasta ahora aceleran los iones mediante electrodos. Esos electrodos están, digamos, sumergidos en el mismo plasma, en la sopa de iones, y eso causa una gran erosión de los materiales porque las partículas bombardean los electrodos y eventualmente los destruyen.

Los motores de plasma actuales no pueden generar mucho empuje y, por tanto, no pueden ser muy grandes

El problema ahora mismo de estos motores es que no pueden tener una densidad de potencia muy alta, no pueden generar mucho empuje y, por tanto, no pueden ser muy grandes. Llega un momento en que si quieres tener un motor de 200 kilovatios, tienes que crear una especie de campo de motores, que es lo que intentamos con el Vasimr.

P.: ¿Qué fuente de energía utiliza el motor: solar, nuclear...?

R.: La fuente de energía es la electricidad proveniente de paneles solares. Estos paneles se han desarrollado ya a un nivel muy alto y pueden producir hasta 400 kilovatios. En los próximos años se podrían crear paneles que produzcan hasta 1 megavatio de potencia. Aún así, creo que el reactor nuclear eléctrico es eventualmente lo que tiene que ocurrir. Para el transporte de seres humanos en el espacio profundo no vamos a hacerlo con naves de paneles solares, sino con reactores nucleares.

El motor Vasimr en una de las pruebas en la cámara de vacío
El motor Vasimr en una de las pruebas en la cámara de vacío

P.: Usted había firmado un contrato con la NASA para probar el motor Vasimr en la Estación Espacial Internacional (ISS), pero el acuerdo al final se canceló. ¿Por qué?

R.: Bueno, realmente no se canceló. Se ha sustituido por este otro objetivo más a corto plazo, el de disparar el motor por 100 horas a máxima potencia en la cámara de vacío del laboratorio de Houston. Una vez se cumpla ese objetivo, podremos hablar de una prueba en el espacio. La ISS sigue siendo el mejor lugar para testear estos motores, pero también podemos hacerlo en una plataforma robótica en el espacio.

P.: Es decir, la NASA ha preferido seguir probando el motor en el laboratorio en lugar del espacio. ¿Desconfían de la tecnología?

R.: (Duda unos segundos). Creo que no. Hay otros factores que no son técnicos y tienen que ver con inversiones que la agencia ya ha hecho en otras tecnologías como la del propulsor Hall Thruster. Son apuestas en las que han invertido mucho dinero. El motor Vasimr podría verse como una especia de competencia. Son temas más políticos que técnicos.

El presupuesto de la NASA empieza a igualarse al de compañías privadas. La NASA ya no es la única que cuenta en exploración espacial

P.: ¿Pero qué podría ocurrir si pierden el apoyo de la NASA? ¿Adiós al motor Vasimr?

R.: No, eso está cambiando mucho. El sector privado tiene ahora una gran capacidad de inversión, hay empresas privadas que se están lanzando a cosas extraordinarias, como la explotación minera de asteroides. El presupuesto de la NASA de hecho comparado con el de algunas de estas entidades privadas empieza a ser muy parecido. La NASA ya no es la único que cuenta en todas estas iniciativas.

P.: Probablemente muchos se estarán preguntando esto ahora mismo: ¿se podría utilizar su motor para una misión tripulada a Marte?

R.: Sí, por supuesto. Pero para una misión tripulada a Marte deberíamos usar reactores nucleares que produzcan la energía suficiente para hacer el vuelo rápido. Para eso queda varias décadas. La cantidad de potencia que se necesitaría para transportar seres humanos a Marte de forma rápida, en dos o tres meses, está en torno a 15 megavatios. Por eso el desarrollo de la tecnología nuclear eléctrica es algo muy urgente si realmente vamos a enviar humanos a Marte. Hay muchos países con capacidad nuclear ahora mismo en el mundo y es posible que no sea EEUU, sino China, Rusia o Japón, quien se adelante con esta tecnología.

Ilustración de cómo funcionaría el motor Vasimr operando en una nave. (Imagen: Ad Astra Rocket)
Ilustración de cómo funcionaría el motor Vasimr operando en una nave. (Imagen: Ad Astra Rocket)

P.: ¿Y hoy en día? ¿Para qué se podría emplear el motor Vasimr?

R.: Ahora mismo para enviar todos los equipos, comestibles e infraestructura que se requiere para habilitar una tripulación, más que la propia tripulación. Con la tecnología actual se tardaría entre 6 y 8 meses en enviar carga a Marte, lo mismo que con un motor químico. La gran diferencia es que la cantidad de carga útil que puede llevar un motor de plasma es muchísimo más alta.

P.: Usted ha citado en varias ocasiones la cifra de 39 días para un viaje tripulado a Marte con este motor. ¿De dónde salen los datos entonces?

R.: Son números que salen de estudios de transporte y trayectorias muy bien fundamentados. Pusimos la cifra de 39 días, pero eso requiere un reactor nuclear que tenga un número alfa menor de 1, es decir, un reactor sumamente pequeño, compacto y muy ligero que pese menos de un kilogramo por kilovatio. Con un reactor de esa escala, el transporte de seres humanos a Marte sería posible en 39 días.

Foto del propulsor de iones Hall (Hall Thruster) en desarrollo por la NASA. El motor Vasimr podría ser una alternativa a esta tecnología. (Foto: NASA)
Foto del propulsor de iones Hall (Hall Thruster) en desarrollo por la NASA. El motor Vasimr podría ser una alternativa a esta tecnología. (Foto: NASA)

P.: Suena a ciencia-ficción...

R.: No, no, en absoluto. Es algo totalmente posible, pero requeriría un salto tecnológico muy grande. Ahora mismo, al menos para nosotros, no es el paso que nos corresponde. Primero tendrían que desarrollarse reactores nucleares con un número alfa del orden de 4. En lugar de 39 días hablaríamos de misiones de dos o tres meses, lo cual es mucho mejor que las de ocho o nueve meses con la tecnología actual. Pero es algo a lo que eventualmente llegaremos a largo plazo si se apuesta por estas tecnologías.

P.: ¿De qué velocidades estaríamos hablando en este tipo de vuelos?

R.: La velocidad varía a lo largo del vuelo, no se volaría en línea recta sino alrededor del Sol. La velocidad aumenta en la primera mitad de la misión y decae en la segunda para frenar de cara a llegar al objetivo. En un vuelo con motor de plasma y paneles solares, hablaríamos de unos 20 km/seg respecto al Sol. Con un motor nuclear eléctrico la velocidad podría llegar a 55-60 km/seg. El motor de plasma aceleraría la mitad del trayecto y deceleraría la otra mitad.

Conocí a Elon Musk hace muchos años. Es un tipo muy valiente y capaz. La ventaja es que él comenzó con mucho dinero, nosotros con cero

P.: ¿Cuándo cree entonces que se podría enviar una misión tripulada a Marte con un motor de plasma similar al Vasimr?

R.: Nuestro objetivo es probar motores de varios megavatios en la superficie de la Luna dentro de 10 años. Para probar estos motores no podemos hacerlo ni en la ISS, que no podría aguantar un motor encendido de varios megavatios, ni en las cámaras de vacío de la Tierra, que no darían abasto. El único lugar accesible para probarlos es la Luna. Creo que esto sería posible en 2025. En 2030 podríamos utilizarlos para una misión tripulada a Marte.

Dicho esto, nosotros no somos la NASA, nuestro objetivo es ser un negocio rentable, no llevar seres humanos a Marte. Por eso a corto y medio plazo nuestro plan es rentabilizar la tecnología con misiones de carga y satélites en distancias cercanas a la Tierra. Pero todo lo demás sería posible en una o dos décadas.

P.: Habla usted casi como Elon Musk, pero en español...

R.: (Risas) Yo admiro mucho a Musk. Está tomando riesgos y puede tener fallos, pero es parte del proceso. Es un tipo muy valiente y capaz. Conocí a Musk de hecho hace muchos años, cuando estábamos empezando. La diferencia es que él comenzó con mucho dinero, nosotros empezamos con cero (se ríe). Nuestro afán es muy parecido al suyo. Él aspira a revolucionar el lanzamiento de cohetes desde la Tierra, nosotros queremos hacer lo mismo operando cohetes desde el espacio.

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