Laboratorio de Ad Astra Rocket en Guanacaste

Ticos deben resolver el problema térmico del motor de Franklin Chang

Crearán sistema que deje que objeto a -278°C estar junto a otro a 1.000 °C

Su tarea consiste en probar el diseño y construir el sistema de administración de calor del VASIMR, el motor de plasma diseñado por el físico y astronauta Franklin Chang Díaz para realizar viajes espaciales a sitios lejanos, de forma más rápida y económica que la tecnología disponible hoy.

El motor, que hace tres décadas no era más que un sueño esbozado en los planos de Chang, ya es una realidad. El pasado 30 de setiembre, en el laboratorio de la compañía en Houston, Texas, la máquina superó su última prueba en Tierra: ponerlo a funcionar a potencia máxima, 200 KW.

“La situación con la segunda etapa del motor es que nunca la habíamos probado. Conocíamos la física, conocíamos todos los procesos, pero realmente nunca habíamos disparado la segunda etapa a estas potencias. Este era un territorio completamente nuevo que acabamos ya de recorrer”, explicó Chang.

Con esa prueba superada, Chang y su equipo ya tienen luz verde para pasar al proceso de construcción del motor que, a través de un acuerdo firmado con la NASA en diciembre del 2008, será probado en la Estación Espacial Internacional en el 2013.

El disparo del motor a 200KW también permite conocer el comportamiento del plasma cuando el motor está a total potencia e iniciar la construcción del último sistema de la máquina, el encargado de la administración del calor. “Ahora el equipo de Costa Rica entra en la ruta crítica”, dijo Chang, con total confianza de que cumplirán con la tarea encomendada.

“No es un sistema que consideramos que va a ser inalcanzable. El sistema de calor conlleva problemas que no son fáciles, pero es territorio ya recorrido, la física es conocida, no hay una ley nueva que haya que inventar. Es cuestión de tener el diseño correcto, no es que sea trivial, pero es algo que no requiere una nueva invención”, explicó el físico costarricense.

Un problema de calor. El reto que enfrentan los ocho científicos que laboran en el laboratorio de Liberia es grande: deben construir un sistema que permita que en el corazón del motor haya elementos a temperaturas altísimas y, a pocos centímetros de ese núcleo, haya otros a bajísimas temperaturas.

Todo se debe a que el motor diseñado por Chang, en lugar de usar un combustible químico para lograr la aceleración del vehículo, utiliza el plasma, un estado de la materia que se obtiene al utilizar ondas de radiofrecuencia para calentar un gas a más de 50.000° C.

El plasma, al ser tan caliente, logra una mayor propulsión que un combustible químico, pero esta ventaja viene con un costo: no existe un material capaz de contener el plasma.

Por ello en el VASIMR el plasma, que está formado por moléculas con carga eléctrica, es contenido por un fuerte campo magnético. Ese campo magnético se logra al usar magnetos superconductores.

Tal como explica Jorge Oguilve, director de operaciones del laboratorio en Liberia, a diferencia de los magnetos convencionales, los superconductores son más potentes, más livianos y requieren de menos energía para funcionar; características muy beneficiosas en el espacio donde la energía eléctrica es limitada y el altísimo costo de llevar un instrumento a órbita está determinado por su peso.

No obstante, utilizar magnetos superconductores también tiene su precio: funcionan a la bajísima temperatura de -278° C.

Así, en un espacio muy reducido, deben convivir temperaturas extremas. Si bien el “recipiente” que crea el campo magnético logra contener la mayoría del calor del plasma, por el fenómeno de radiación, entre 1.000° C y 1.500° C sí se llegan a propagar al resto de los componentes del motor.

Para palear ese problema, lo ideal sería que en torno al campo magnético se pusiera una capa de metal, el mejor material para transmitir el calor. Sin embargo, en el VASIMR eso no es posible porque el metal no es transparente a las ondas de radiofrecuencia que calientan el gas para formar el plasma.

Así como cuando uno mete una taza de metal en un microondas se forma un chisporroteo, lo mismo ocurriría en el motor si el tubo que recubre el campo magnético fuera de metal. Por ello, el tubo debe ser de cerámica, material que no transmite bien el calor.

Solución y retos. La salida a ese problema de temperaturas está en crear un sistema que extraiga el calor del corazón del motor y lo lleve hacia unos radiadores que lo “boten” al espacio, evitando que el resto de los componentes del motor se calienten.

Empleando novedosos materiales y tecnologías ya existentes, como los heat pipes o calotubos, unos disipadores de calor que se utilizan, entre muchas otras aplicaciones, para enfriar las computadoras portátiles, los científicos costarricenses construirán una pared que recubrirá el corazón del motor y cuya meta será extraer el calor del sistema casi en el mismo instante en que se genera.

Según los requerimientos del magneto superconductor, la temperatura en esa pared del motor no podrá exceder los 30° C. Es todo un reto, pero Chang y su equipo confían en que lo van a lograr.

El diseño del sistema ya está listo, solo falta armarlo y probarlo, pero antes deberán elevar de 5.5 KW a 13KW la potencia del prototipo del motor de plasma que se encuentra en el laboratorio de Ad Astra Rocket en Liberia, una hazaña que lograrán al aumentar la potencia del campo magnético con el que están trabajando.

El motor tico, el VX-CR, está hecho a escala. Aunque en el motor que volará es necesario 30 KW de potencia para poner a funcionar la primera etapa del motor, aquella en que se forma el plasma, con las dimensiones del motor de Costa Rica basta con 13 KW para observar los mismos efectos.

La baja potencia a la que funciona el motor tico tiene la ventaja de que puede funcionar por días sin parar. En Estados Unidos, el motor que trabaja a 200KW, solo puede trabajar por segundos a la vez.

Así, en la tranquilidad de la finca La Flor, ocho científicos trabajan sin cesar para tener listo para mayo del 2010 el sistema termal del VASIMR y finiquitar el diseño del motor que volará unido a la Estación Espacial Internacional .

Fuente: http://www.nacion.com/