La propulsión eléctrica en el espacio es un tipo de propulsión a chorro en la que la electricidad se utiliza como fuente de energía para acelerar un fluido. A diferencia de la propulsión química , este tipo de propulsión no proporciona un alcance suficientemente grande (menos extenso que 1 newton o 100 gramos de fuerza ) para colocar en órbita de satélites artificiales pero a través de un impulso específico muy alto, permite reducir de manera muy significativa (hasta diez veces) la masa de propulsores necesaria para maniobrar una máquina en el espacio en comparación con otros tipos de propulsión. La energía eléctrica suele ser proporcionada por paneles solares , pero también podría provenir de un generador termoeléctrico de radioisótopos (RTG).
Los prototipos de propulsores se desarrollaron en la década de 1960 , pero solo a partir de la década de 2000 su uso se ha generalizado para las correcciones orbitales de satélites que circulan en órbita geoestacionaria y para la exploración del sistema solar en ciertas sondas espaciales ( Smart 1 , Dawn , Hayabusa , BepiColombo ). Coexisten muchas técnicas, pero se desarrollan particularmente dos categorías: los motores Hall y los motores de iones a rejillas .
El concepto de propulsión espacial eléctrica se describe de manera relativamente simultánea e independiente en 1906 por los pioneros del campo espacial Robert Goddard , en 1906, y Constantin Tsiolkovsky , en 1911. Hermann Oberth , en 1929, describe diferentes métodos de implementación , luego por Shepherd y Cleaver, en el Reino Unido , en 1949 . La primera investigación práctica comenzó en la década de 1960, al comienzo de la era espacial . Se llevan a cabo en los Estados Unidos por el Centro de Investigación Glenn de la NASA , el JPL y los laboratorios de investigación Hughes y la Unión Soviética por varios laboratorios de investigación. Los primeros propulsores eléctricos experimentales utilizados en el espacio son los motores iónicos, que utilizan mercurio o cesio como fluido . La investigación soviética se centra en los motores de efecto Hall , mientras que los investigadores estadounidenses están particularmente interesados en los motores de iones de rejilla .
La instalación de un par de motores SPT-60 a bordo de los satélites meteorológicos soviéticos Meteor (lanzado por primera vez en 1971) constituye la primera aplicación operativa de la propulsión espacial eléctrica. Estos motores de efecto Hall se utilizan para mantener los satélites en su órbita. El Japón lanzamiento en 1995 del satélite satélite de ensayos técnicos VI , que está equipado con un motor de iones rejillas. En los Estados Unidos, el primer uso comercial comenzó en 1997 con el lanzamiento de los satélites de telecomunicaciones Hughes equipados con motores XIPS ( Xenon Ion Propulsion System ). El 1 Espacio profundo sonda espacial , iniciado en 1998 , es la primera nave espacial destinado a explorar el sistema solar, la propulsión principal de la que es proporcionada por un motor eléctrico.
La propulsión produce mucho menos empuje que el producido por los sistemas de propulsión química convencionales, pero el empuje se ejerce durante un intervalo de tiempo mucho más largo. Sin embargo, esta tecnología tiene ciertos inconvenientes:
El propulsor magnetoplasmadynamic es similar a este tipo de propulsión.
Los propulsores eléctricos se pueden clasificar en tres categorías:
| Mecanismo de aceleración | Motor | Impulso ( s ) específico ( s ) | Empuje ( N ) (valores indicativos) |
|---|---|---|---|
| Propulsión electrotérmica | Resistojet | ||
| Arcjet | 500 - 2000 | 0,15 - 0,30 | |
| VASIMR | variable 1.000 - 30.000 |
variable 10 - 500 |
|
| Propulsión electromagnética ( fuerzas de Lorentz ) |
Propulsor magnetoplasmadynamic (MPD) y LFA ( Lorentz Force Accelerator ) | 1,000 - 10,000 | 20-200 |
| propulsor de fuerza de peso (ElPT) | 1,000 - 10,000 | 1 × 10 -3 - 100 | |
| MPD pulsado = Propulsor de plasma pulsado ( pulg ) (PPT) | |||
| Propulsión electrostática | Contacto de cesio | 7.000 | 4 × 10 −3 |
| Propulsor de emisión de campo (FEEP) | 5.000 - 8.000 | 10 × 10 −6 - 2,5 × 10 −3 | |
| Motor de rejilla iónica | 3.000-8.000 | 0.05-0.5 | |
| Propulsor RIT (Propulsor de ionización por radiofrecuencia) | 18 × 10 −3-100 × 10 −3 | ||
| Helicon doble capa | |||
| Propulsor de efecto Hall (SPT, PPS, ALT) | 1.000 - 3.000 | 10 × 10 −3 - 1,5 |
Debido a los muy bajos empujes producidos, este tipo de propulsión es ideal para realizar correcciones de orientación de naves o satélites en órbita o en trayectoria hacia otro cuerpo celeste. Elimina la necesidad de que los diseñadores incorporen monopropelente pesado ( RCS ) o sistemas de ruedas de reacción en el barco . El bajo consumo de estos motores también permite cumplir esta función durante un período de tiempo muy largo.
El principio de funcionamiento de estos motores limita en gran medida su empuje pero permite tiempos de funcionamiento muy prolongados. Por lo tanto, no siempre son la mejor opción para una nave espacial, pero su uso se adapta bien al uso frecuente y repetido para mantener los satélites en una órbita muy precisa. Además, la naturaleza de estos motores, que contienen muy pocas partes móviles, les asegura una muy buena fiabilidad a lo largo del tiempo (los motores químicos están sujetos a tensiones mecánicas y térmicas mucho mayores y tienen una vida útil bastante limitada).
Actualmente se está construyendo un módulo de propulsión eléctrica tipo VASIMR y debería probarse en la Estación Espacial Internacional . La estación espacial internacional, debido a su órbita bastante baja, aún se ve afectada por los efectos de la atmósfera y pierde unos pocos metros de altitud cada día (resistencia aerodinámica). Tal motor sería la solución más adecuada para mantenerlo en una órbita estable.
La sonda espacial Deep Space 1 de la NASA , lanzada en 1998, fue la primera en utilizar un motor eléctrico como sistema de propulsión espacial. La sonda Smart-1 , de la Agencia Espacial Europea fue lanzada en 2004 y colocada en órbita alrededor de la luna mediante propulsión eléctrica. Usó el motor PPS-1350 , de Snecma , que produjo un aumento de fuerza de 9 gramos . Es la primera sonda europea en unirse a un cuerpo del sistema solar y orbitar allí mediante propulsión eléctrica.
Estos motores incluyen: