Diseñan un sistema basado en amarras conductoras para la propulsión y generación de potencia en el espacio

Un objetivo central de la ciencia planetaria es el estudio del planeta Júpiter, su magnetosfera y el sistema de grandes lunas en su plano ecuatorial. Diversas misiones han sido diseñadas para ello: las naves Ulysses de la agencia espacial europea ESA, y Pioneer 10 / 11, Voyager 1 / 2, y Cassini de NASA, pasaron cerca de Júpiter; Galileo, puesta en órbita en 1989, pasó 34 veces cerca de alguna de sus lunas en el curso de 8 años. Sin embargo, el diseño de nuevas misiones más ambiciosas para volver a Júpiter presenta numerosas dificultades.

En el espacio no hay estaciones de servicio. Las naves espaciales deben llevar consigo las fuentes de energía necesarias para realizar su misión, normalmente propulsantes químicos, paneles fotovoltaicos o reactores nucleares.

A la órbita de Júpiter la radiación solar llega tan débil que los paneles solares son ineficaces, por ello todas las misiones citadas anteriormente usaron radioactividad. En concreto, utilizaron un óxido de Plutonio para generar corriente en un termopar. Sin embargo, la relación potencia/peso es baja, y el óxido es caro y escaso y suscita oposición ecológica.

La inserción en órbita y posterior navegación por el sistema de lunas de Júpiter exige mucho propulsante, lo que reduce la masa disponible para carga útil. Además, los “cinturones” de radiación en Júpiter, análogos a los cinturones de Van Allen en la Tierra, dañan acumulativamente la electrónica de la nave y limitan la duración de una misión. En 2011 NASA enviará una nave, JUNO, a una órbita polar, lo que evitará los cinturones pero no da acceso a las lunas.

Para solucionar estos problemas, desde hace algún tiempo, se trabaja en el diseño de alternativas factibles. Por ejemplo, NASA en una misión a Neptuno propuso no utilizar propulsante para la inserción en órbita sino que bastaría el frenado por la misma atmósfera, aerobraking, en una versión extrema y muy difícil de la reentrada usual de un satélite terrestre.

Una solución alternativa más eficaz, la han propuesto investigadores de la ETSI Aeronáuticos de la Universidad Politécnica de Madrid: una amarra electrodinámica, tether. Se trata de un cable conductor con longitud de decenas de kilómetros y radio de milímetros, en órbita con la nave. Su funcionamiento se basa en el hecho de que el campo magnético de Júpiter induce corriente (efecto de generador eléctrico), y el mismo campo ejerce una fuerza sobre esa corriente (efecto de motor eléctrico). Se obtiene así, sin utilizar propulsante, potencia útil además de frenado intenso.

Tras resolver el problema de cómo mantener la corriente en la amarra (captando electrones del rarificado ambiente de un plasma planetario, usando la amarra misma, sin recubrimiento aislante, como Sonda de Langmuir gigante), los ingenieros de la Universidad Politécnica de Madrid participaron, junto con el Massachusetts Institute of Technology y el Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, en la elaboración de un white paper para NASA, que condujo al diseño de una misión de demostración de amarra en órbita terrestre denominada ProSEDS. Esta misión, que tenía previsto su lanzamiento el 29 de marzo de 2003, tras el desgraciado accidente del Columbia, se abortó.

Sin embargo, parece que la Agencia Espacial Japonesa, JAXA, sí volará el 1 de Agosto de 2009 otra misión de demostración, suborbital, concebida asimismo en la E.T.S.I. Aeronáuticos de la UPM en la que se utilizará una amarra electrodinámica.

En la actualidad, investigadores de la Escuela Técnica Superior de Ingenieros Aeronáuticos de la UPM, han estudiado para ESA la inserción en órbita de Júpiter de una nave, y la posterior navegación por el sistema de lunas, mediante una amarra. La amarra podría llevar la nave a una órbita jovial por debajo de los cinturones de radiación. Además, también podría empujarla hasta hacerla orbitar en torno a la luna Io. Esta luna está situada a un tercio de la distancia relativa Tierra/Luna y, además, está sometida a fuerzas de marea gigantes por la luna Europa. Esto hace que, por segundo, expulse una tonelada de gases (azufre y oxígeno) que terminan constituyendo un toro de plasma denso, que corrota con Júpiter y que podría servir como “estación de servicio” para la nave.

Estudios sobre amarras en la Universidad Politécnica de Madrid han dado lugar a una patente ESA/UPM para deorbitar basura espacial en órbita polar, y a una propuesta de generación de auroras artificiales, dentro de un Working Group de ESA (PlaSTET) sobre experimentos en plasmas espaciales.