Plasma Engine, Motores de Plasma.

Un plasma engine, o motor de plasma, es un tipo de motor que usa el plasma para crear empuje y mover una nave en el espacio. Este tipo de propulsor se basa en principios muy diferentes a los motores de combustión química que usamos en la Tierra, como los de los cohetes tradicionales. Vamos a desglosar cómo funciona, qué lo hace especial, y para qué se usa.

¿Qué es el plasma?
Para entender un motor de plasma, primero debemos entender qué es el plasma. El plasma es conocido como el "cuarto estado de la materia", además de los sólidos, líquidos y gases. Es el estado en el que los átomos pierden algunos de sus electrones debido a la energía añadida, convirtiéndose en iones (partículas cargadas). Esta mezcla de electrones libres e iones crea el plasma, un gas cargado eléctricamente y altamente energético.

Algunos ejemplos comunes de plasma en la vida cotidiana son:

El fuego
Los relámpagos
Las luces de neón
La aurora boreal
En el espacio, el plasma es aún más común. De hecho, la mayor parte del universo visible está en estado de plasma, incluidas las estrellas, como nuestro Sol.

¿Cómo funciona un motor de plasma?
Un motor de plasma funciona calentando o energizando un gas hasta que se convierte en plasma y luego usando campos eléctricos y magnéticos para acelerar ese plasma y expulsarlo del motor a gran velocidad. Esto genera empuje, que es lo que empuja la nave espacial en la dirección opuesta, permitiéndole moverse.

Aquí te explico el proceso en pasos:

Elección del gas: Para crear el plasma, el motor primero debe contener un gas. Se suelen usar gases como el xenón porque es estable, pesado y se ioniza (se convierte en plasma) con facilidad. El xenón es un gas noble que no reacciona químicamente con otros elementos, lo que ayuda a que el sistema sea más seguro y menos reactivo.

Ionización del gas: Una vez que el gas está dentro del motor, se aplica energía para ionizarlo, es decir, para quitarle electrones a los átomos del gas. Este proceso de ionización convierte el gas en plasma, que es un conjunto de iones positivos (átomos con menos electrones que protones) y electrones libres.

Aceleración del plasma: Después de ionizar el gas, el motor utiliza campos eléctricos y magnéticos para acelerar el plasma. Los campos eléctricos atraen y repelen las partículas cargadas, dirigiéndolas hacia la parte trasera del motor, mientras que los campos magnéticos ayudan a controlar y estabilizar el flujo del plasma.

Expulsión del plasma: Cuando el plasma sale del motor a alta velocidad, produce un empuje que empuja la nave en dirección opuesta, de acuerdo con la tercera ley de Newton (para cada acción, hay una reacción igual y opuesta). Al expulsar las partículas cargadas hacia atrás, el motor de plasma genera un impulso hacia adelante para la nave espacial.

Diferencias entre un motor de plasma y un motor de cohete químico
Los cohetes químicos, como los que usamos para lanzar naves desde la Tierra, queman combustible a gran velocidad para generar una explosión controlada que empuja el cohete hacia adelante. Este tipo de propulsión es muy potente, lo que permite a las naves vencer la gravedad terrestre en poco tiempo. Sin embargo, una vez que se agota el combustible, el cohete no puede seguir funcionando.

Por otro lado, los motores de plasma generan un empuje más suave y constante. Aunque el empuje de un motor de plasma es menor, es mucho más eficiente en el uso de su "combustible" (el gas que convierte en plasma) y puede funcionar durante largos periodos. Esto significa que, con el tiempo, una nave con un motor de plasma puede alcanzar velocidades muy altas, incluso más que los cohetes tradicionales, porque el empuje constante sigue acumulándose en el espacio vacío.

Tipos de motores de plasma
Existen varios tipos de motores de plasma, cada uno con sus propias características. Algunos de los más comunes son:

Motor de iones (Ion thruster): Este tipo de motor carga eléctricamente (ioniza) el gas y utiliza campos eléctricos para acelerar los iones y expulsarlos. Es muy eficiente y puede funcionar durante largos periodos. Un ejemplo es el propulsor iónico de la sonda Dawn de la NASA.

Propulsor de efecto Hall: Utiliza campos eléctricos y magnéticos para crear y acelerar el plasma. Es muy popular en aplicaciones espaciales y tiene una mezcla de alta eficiencia y empuje moderado.

Motor VASIMR (Variable Specific Impulse Magnetoplasma Rocket): Este tipo de motor calienta el gas a temperaturas extremadamente altas usando radiofrecuencia para crear un plasma de muy alta energía, que luego es acelerado usando campos magnéticos. El motor VASIMR es especialmente versátil, ya que permite ajustar el nivel de empuje y eficiencia según las necesidades de la misión.

Ventajas de los motores de plasma
Los motores de plasma tienen varias ventajas que los hacen ideales para algunas misiones espaciales: