China arriba al motor sin reacción para viajes espaciales profundos

EmDrive: China reclama su éxito con este motor "sin reacción" para el viaje espacial
La NASA también tiene grandes esperanzas para este motor teórico
Por Jeffrey Lin y P.W. Singer - Popular Science 

EmDriveLa primera propuesta por Roger Shawyer, el EmDrive crea un campo electromagnético aniostropic en la cavidad de microondas, confiando en su campo direccional para inducir el movimiento (por lo menos en teoría).

Es una pieza de tecnología del espacio que suena casi demasiado bueno para ser verdad. La unidad electromagnética "sin reacción", o EmDrive para abreviar, es un motor impulsado únicamente por radiación electromagnética confinada en una cavidad de microondas. Tal motor violaría la ley de la conservación del impulso produciendo la acción mecánica sin intercambiar la materia. Pero desde 2010, tanto Estados Unidos como China han estado vertiendo recursos serios en estos aparentemente imposibles motores. Y ahora China afirma que su hecho un avance clave.
El Dr. Chen Yue, Director de Tecnología de Satélites Comerciales de la Academia China de Tecnología Espacial (CAST), anunció el 10 de diciembre de 2016 que no sólo China ha probado con éxito la tecnología de EmDrives en sus laboratorios, sino que está experimentando una prueba de concepto Cero-g pruebas en órbita (de acuerdo con el International Business Times, esta prueba se lleva a cabo en la estación espacial Tiangong 2).

Tiangong 2Tiangong 2, lanzado en septiembre de 2016, demostrará misiones orbitales a largo plazo para los taikonauts chinos, y probará tecnologías como relojes atómicos fríos y comunicaciones cuánticas. También puede ser el vehículo anfitrión del demostrador CAST EmDrive.

A diferencia de los motores tradicionales (como la combustión y los motores de iones) que expulsan la masa del sistema para producir empuje, motores sin reacción como el EmDrive utilizan sólo la electricidad para generar movimiento. En el EmDrive, propuesto por primera vez por Roger Shawyer, la cavidad de microondas es un contenedor asimétrico, como un cono truncado, con un extremo mucho más grande que el otro. En el extremo más estrecho, una fuente de energía electromagnética (tal como un magnetrón) bombardea la cavidad con microondas. Estas ondas están contenidas y rebotan en las paredes de la cavidad, creando resonancia electromagnética. Debido a la resonancia desequilibrada de la geometría compleja de un cono truncado, el campo electromagnético en el EmDrive se convierte en dependiente direccional (anisotrópico). En este caso, el campo electromagnético anisotrópico 'empuja' el EmDrive lejos de la dirección del extremo de área más grande de la cavidad.

Futuro de la ciencia espacial chinaUna vez que reciba nueva tecnología como el cohete pesado LM-5 y la propulsión eléctrica por satélite, el programa espacial de China apuntará a misiones interplanetarias, incluyendo posibles sondas enviadas a Marte, Venus, asteroides, observación solar cercana y Júpiter. EmDrives haría que las sondas interplanetarias fueran más fáciles de operar con cargas útiles de misión más grandes.

Si bien un EmDrive puede tener un bajo impulso, la falta de gravedad y fricción en el espacio profundo le permite acelerar a una velocidad alta con tiempo suficiente, incluso a partir de un bajo nivel de potencia. El rendimiento del motor depende del material de la cavidad (para reducir la pérdida de EM por absorción por las paredes de la cavidad) y la temperatura, lo que puede afectar el campo electromagnético, lo que sugiere que los futuros EmDrives hechos de materiales superconductores tendrían un alto rendimiento. La nave espacial o satélite también debe ser diseñado desde cero para maximizar la eficiencia operativa de la unidad EM. De la nota, las impulsiones del EM podrían también ser vulnerables a los caprichos del tiempo del espacio como la radiación, por lo tanto la importancia de probar la prueba de concepto de EmDrive en el Tiangong 2.

Otro EmDriveNo hay fotos de la EmDrive chino están disponibles. Aquí está una foto de otro programa de EmDrive, de Eagleworks de la NASA (el avión espacial X-37 no tripulado podría tener un demostracion EmDrive americano a bordo).

Los EmDrives son ideales para la exploración del espacio profundo, ya que eliminan la necesidad de reabastecimiento de combustible, o incluso el peso y el espacio necesario para almacenar combustible, simplificando así la logística y el diseño. En teoría, todo lo que se necesitaría para un EmDrive sería una fuente de energía, como la energía solar o un reactor, para alimentar cualquier cosa que va desde una misión marciana tripulada a sondas robóticas que salen del sistema solar. EmDrives también resultaría en satélites más pequeños y más eficientes, ya que podrían deshacerse de los propulsores químicos que consumen espacio consumidos para maniobrar.

Shijian 17Shijian 17, un satélite experimental de pruebas de propulsión eléctrica, es impulsado a GEO por el remolcador espacial de forma cónica. La propulsión eléctrica es útil para los satélites, ya que el uso de propulsores iónicos para la maniobra y el mantenimiento de la órbita ahorra mucha espera en comparación con los impulsores de combustible químico. EmDrives sería la próxima frontera en la propulsión eléctrica, incluso superior a los motores de iones (que todavía requieren la expulsión de la masa del motor).

Las aplicaciones de este sistema (si realmente resulta factible) son muchas. Si China es capaz de instalar EmDrives en sus satélites para la maniobra orbital y el control de altitud, serían más baratos y más duraderos. Li Feng, diseñador líder de CAST para satélites comerciales, afirma que el actual EmDrive sólo tiene un empuje de un solo dígito millinewtons, para el ajuste orbital; Un satélite de tamaño medio necesita 0.1-1 Newtons. Un EmDrive funcional también abriría nuevas posibilidades para las sondas interplanetarias chinas de largo alcance más allá del cinturón de asteroides, así como liberar la masa tomada por el combustible en naves espaciales tripuladas para otros suministros y equipos para construir bases lunares y marcianas. En el lado militar de las cosas, EmDrives también podría ser utilizado para crear stealthier, más duraderos los satélites de vigilancia chinos.

Nueva tecnología de cohetes estilo WARP

La NASA está trabajando en una tecnología espacial super-rápida que desafía las leyes de la física


 Un cohete United Launch Alliance Delta II, en nombre del Programa de Servicios de lanzamiento de la NASA, lanza con éxito la misión de seguimiento espacial y el Sistema de Vigilancia de la Reducción del Riesgo (STSS) Tecnología Avanzada (ATRR) de la Agencia de Defensa de Misiles de Estados Unidos en la Fuerza Aérea de la Base Vandenberg, California 5 de mayo de 2009. STSS Tecnología Avanzada satélite Reducción de Riesgos de la Agencia de Defensa de Misiles sirve como un pionero de tecnología para la misión STSS - un componente sensor basado en el espacio del sistema de defensa de misiles balísticos en capas.


Zach Wener-Fligner - Quartz
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Investigadores de la NASA han avanzado en una nueva forma de alimentar una nave espacial que eventualmente podría permitir rápido viaje a los confines de nuestro sistema solar. Los resultados de la investigación van en contra de nuestro conocimiento hasta ahora de la física. De hecho, los resultados, que ahora se han visto de manera similar en varios estudios, parecen contradecir la tercera ley de la física de Newton.
El sistema de propulsión, conocido como el EmDrive, fue concebido en torno al cambio de milenio por un ingeniero británico llamado Roger Shawyer. El EmDrive es una unidad de propulsión electromagnética que pretende generar empuje haciendo rebotar las microondas en un recipiente cerrado. Por los principios de la física clásica, esto debería ser imposible debido a la ley de conservación del momento: cada acción tiene una reacción igual y opuesta. Por ejemplo, un cohete impulsado combustible gana impulso por disparos de propelente a cabo su espalda, que lo empuja hacia adelante. (Usted experimentará el mismo efecto si se intenta lanzar una pelota en patines.) Pero el EmDrive parece generar el impulso de la nada.
Los resultados iniciales de Shawyer fueron merecidamente se reunieron con el escepticismo después de todo, lo que dijo que había encontrado extrema debería haber sido imposible. Pero en 2010, los investigadores chinos informaron de que habían generado el empuje de un EmDrive, y en 2014, un laboratorio de propulsión de la NASA conocido como NASA Eagleworks encontraron la misma. Sin embargo, ninguno de estos experimentos se llevaron a cabo en un vacío, lo que hizo más propensos a error y por lo tanto no es concluyente.
Pero ahora, un investigador de la NASA Eagleworks ha informado de que el grupo ha sido capaz de generar un empuje de un EmDrive en el vacío. Eso es una gran pieza de evidencia a favor de la validez de esta investigación, y un indicador de que podría ser posible un día para construir naves espaciales que utilizan las unidades.
¿Y qué si podemos? Bueno, los EmDrives serían teóricamente permitirá naves espaciales para acelerar a velocidades mucho más altas, la reducción de la inmensidad del espacio suficiente para hacer viable la exploración interplanetaria. Por ejemplo, como el plomo investigación Eagleworks Harold Blanco y Kent Joosten escribieron en un trabajo de 2014 en la exploración espacial humana (pdf), naves espaciales equipadas con EmDrives ya bordo de la energía nuclear en lugar de combustible para aviones podrían llevar a los pasajeros a Marte en 75 días, o al de Saturno luna de Titán en nueve meses. Eso es un paseo rápido en comparación con la nave espacial actual, que ahora tomar nueve meses para llegar a Marte, y de tres a seis años para llegar a Saturno.

Moto cohete a baterías: ¿El futuro del viaje espacial?

La última tecnología espacial disruptiva es un motor de cohete a pilas

En el calor de la noche. (Laboratorios Rocket)

ESCRITO POR

Tim Fernholz - Quartz


La próxima tecnología que podría invertir el negocio espacial podría ser baterías.
Rocket Lab, una compañía de investigación de defensa con sede en Estados Unidos y Nueva Zelanda, se ha aprovechado el poder creciente embalado por pequeñas baterías para desarrollar un nuevo cohete que está llamando a la del electrón. Dice que le costará $ 4.9 millones para lanzar pequeñas cargas útiles de hasta 100 kilogramos en el espacio. CEO Peter Beck dice cuarzo la empresa cuenta con 30 compromisos de lanzamiento hasta el momento, y pretende lanzar mensual de su sitio de Nueva Zelanda en 2016 y si la demanda se mantiene, semanal en 2017.
Para el contexto, el satélite promedio actualmente en órbita alrededor de la tierra pesa 2.097 kg. El electrón se centrará en el levantamiento de la nueva generación de satélites en miniatura con un peso de tan sólo 2 kg que algunos empresarios dicen que van a utilizar para crear la infraestructura de una red mundial de internet.

Pero la tecnología detrás de Rutherford de la compañía del motor nombrado-por el famoso físico Kiwi-habla de la promesa de hacer las partes más complejas de cohetes más barato.
En el corazón de un motor de cohete es el "turbo bomba," un mecanismo que suministra el combustible en la cámara de combustión del motor a una presión extremadamente alta. Esa alta presión es necesaria para generar la gran fuerza necesaria para levantar el cohete y su carga útil en el espacio. El turbo bomba está bajo un estrés constante. Tom Mueller, vicepresidente de SpaceX de propulsión y el diseñador del motor de cohete Merlin de la compañía, describió cómo una versión de ese motor presuriza combustible a partir de 50 libras por pulgada cuadrada (psi) a 1400 psi. En el motor Merlin, la turbo bomba está propulsado por un motor de combustión de gas separado que funciona a 1400 fahrenheit, Mueller dice que es "al rojo vivo ... pero no tan caliente que destruiría el dispositivo." Aquí está el motor Merlin está probando:


El motor Merlin pruebas sometidos. (SpaceX)

Note la profusión de tubos y tuberías alrededor de la parte superior del motor, y la corriente separada de escape desde la turbobomba de gas. Ahora echa un vistazo a el motor Rutherford está probando menos tubería, y también hay corriente de escape independiente. Esto se debe a su turbo bomba es un motor eléctrico del tamaño de una lata de refresco:


El motor sometido a prueba Rutherford. (Laboratorios Rocket)

El motor es totalmente 3-D impreso, y porque es eléctrico y puede ser controlado por software, Beck dice que puede prescindir de muchos de los tubos y válvulas requeridas por la turbina de gas. En lugar de utilizar el combustible de cohetes, se utiliza el valor de un megavatio de ultraligeros baterías de a bordo, más o menos equivalente a tres de las pilas que alimentan un Tesla Model X.
Es fácil ver cómo este nuevo turbo bomba puede hacer un motor de cohete más eficiente. Pero hay una razón por la que Merlín y el nuevo motor está desarrollando de Jeff Bezo Blue Origin va a utilizar tanto combustible para alimentar sus turbobombas: Las baterías son todavía demasiado pesada para generar la energía para presurizar los motores más grandes cohetes. Ingenieros midan la fuerza en newtons, la cantidad de energía necesaria para mover un kilogramo un metro por segundo al cuadrado, por ejemplo, la fuerza generada por clase mundial velocista Usain Bolt cuando sale de los bloques se estima en 817 newtons. El motor de Rutherford genera 20.461 newtons de empuje; Mucho más grande Merlin de SpaceX genera 716.000 newtons.
Y el tamaño importa. El costo anunciado por kilogramo de carga del electrón es 49.000 dólares, significativamente más alto que el SpaceX Falcon 9, que puede llevar a 13.000 kg a la órbita terrestre baja y es la opción más económica actual en $ 4,653 por kilogramo de carga.
Pero el Falcon 9 sólo lanzó seis veces el año pasado, y sobre todo para los clientes con grandes cargas. Entregas más pequeñas tienen que encajar en el espacio lo permite. Aunque podría ser más barato para poner en marcha en el Falcon 9, la creación de empresas, universidades y otras con pequeñas cargas útiles pueden encontrar más fácil para evitar la espera para el gran cohete, donde cada lanzamiento cuesta alrededor de $ 61.000.000, y elegir un paseo en el $ 4.900.000 Electron. Eso, si la empresa puede hacer valer su pretensión de ofrecer una alta frecuencia de lanzamientos en la demanda.

NASA: Se imponen los motores de iones para viajes espaciales

Propulsores de iones en las misiones de la NASA redefinen las fronteras de la exploración espacial
La nave espacial Dawn podría cambiar la forma y el alcance de las misiones futuras

Por Junnie Kwon - Popular Science



Prueba de motor a iones (NASA)

A principios de marzo, la nave espacial Dawn de la NASA entrará en la órbita del planeta enano Ceres. "Vamos a ver un mundo completamente nuevo", dice Marc Rayman, ingeniero jefe de Dawn y director de la misión. Ocho años desde su lanzamiento, y cuatro años después de visitar el segundo objeto en el cinturón de asteroides, Vesta, Dawn será la primera nave espacial en orbitar dos protoplanetas extraterrestres en una sola misión.
Ese logro es posible gracias a sus motores de iones, que son alrededor de un pie de diámetro. Dentro de cada motor, los átomos de xenón son bombardeados con electrones para formar iones. Redes del metal en la parte posterior de cada motor se cargan a cerca de 1.000 voltios y se disparan los iones en hasta 90.000 kilómetros por hora. El empuje es minúsculo. (Para aproximar la presión de los motores ejercen sobre Amanecer, tome una hoja de papel y coloque sobre ella en su palma. Eso es todo!) Pero en una gravedad cero, el medio ambiente sin fricción, el efecto de este impulso se acumula gradualmente. En su más rápido, Amanecer puede moverse a unos 24.000 kilómetros por hora. Y debido a que los iones se mueven a una velocidad tan alta, los motores necesitan menos propulsor, lo que los hace 10 veces más eficiente que los combustibles químicos convencionales.
La propulsión iónica "se está apoderando de la industria", dice John Brophy, quien desarrolló el motor de Dawn.


Dawn con motor de iones. El dibujo del artista, de la NASA / JPL

Si todo esto parece como algo que te ves en una película, es probablemente porque usted ya tiene. En Star Wars, caza TIE de Darth Vader es un coche de carreras que utiliza motores iónicos para acelerar a través del Imperio Galáctico. Al igual que el vehículo de Darth Vader de elección, Dawn utiliza la energía solar para alimentar a los electrones en sus motores de alto consumo de energía. Cada uno de los dos paneles solares es de 27 pies, o la anchura de una pista de individuales de la cancha. A diferencia de combustibles químicos, que tienen que ser almacenadas en la nave espacial, estos paneles proporcionan una fuente casi inagotable de energía.
Debido a su uso eficiente de recursos sin precedentes, de propulsión iónica permite largas misiones de largo alcance, que de otro modo abruman presupuesto de la NASA o "incluso ser realmente imposible", dice Rayman. Nave espacial puede ahora viajar a más de un objeto, porque con empujes continuas, de propulsión iónica también permite nave espacial para ir más fácilmente y de manera constante en la órbita de varios objetos, sin que se queme todo su combustible.

"Se apodera de la industria."

"Es como si fuera de la carretera", dijo Jim Green, director de la división de ciencia planetaria de la NASA. "Todos los planetas están en órbitas bien establecidos, o carreteras. Con motores de iones, usted no tiene que seguir el camino. Sólo puede sacar y usar atajos que te llevará a una variedad de lugares que son de hasta cinco unidades astronómicas, que sale a Júpiter ".
La propulsión iónica incluso ha impulsado las posibilidades de la exploración espacial humana. En futuras misiones, que podría ser utilizado para enviar suministros de ida y vuelta a los astronautas en Marte o en otros lugares distantes.
Sin embargo, los motores de iones impulsados sólo son útiles para ciertos tipos de misiones espaciales. Para el transporte de seres humanos a otros mundos, es demasiado lento. Tomaría Amanecer cuatro días para acelerar de cero a 60 millas por hora. Diseñado para las misiones de los pacientes, propulsores iónicos son demasiado costosas y complejas para las misiones directas a destinos como Marte o Venus, dice Rayman.


Prototipo de TIE Fighter de Star Wars. Torley través de Flickr CC BY SA 2.0

"TIE" significa gemelo Ion Motores-el mismo tipo de tecnología de propulsión utiliza la nave espacial Dawn. Sin embargo, Dawn no lucha por el Imperio Galáctico, por lo que sabemos.
El uso de los sistemas de motor eléctrico en el espacio es más de un siglo en la fabricación. Robert Goddard, pionero cohete estadounidense, menciona por primera vez la idea de la propulsión eléctrica en 1906. Llevó a cabo experimentos sobre una década más tarde, pero propulsores de iones de trabajo no apareció en la NASA hasta la década de 1960 cuando los investigadores realizaron pruebas suborbitales. Finalmente, Deep Space 1 puso en marcha en 1998 y demostró que la propulsión iónica trabaja en la nave espacial. Aunque DS1 inicialmente estaba destinado a probar 12 tecnologías experimentales, gracias a sus propulsores de iones, se llegó a completar sobrevuelos exitosos del asteroide 9969 Braille y el cometa Borrelly, volviendo las mejores imágenes y los datos que la humanidad había visto en su vida en el momento de cometas. Amanecer, que se lanzó en 2007, es la primera misión de la ciencia pura a utilizar la tecnología.
Los satélites comerciales han estado usando propulsores de iones desde 1979. Así que ¿por qué tomó tanto tiempo para que los científicos los pusieron en una nave espacial? Puede haber sido porque no había fin a gran escala de este tipo de tecnología de nicho hasta ahora. "No desarrollamos tecnologías sólo para desarrollar la tecnología", dice Green. "Es realmente todo sobre el tipo de ciencia que queremos hacer, y qué tecnologías son casi listo."

Un paso hacia Marte

Ahora, al parecer, el mundo está listo para poner la propulsión iónica para trabajar en la exploración espacial. Redirect Misión Asteroide de la NASA será el primero en mover un asteroide cercano a la Tierra a una órbita estable alrededor de la Luna. La nave llegará a un asteroide aún está por determinar, mediante propulsión iónica, capturar en una bolsa, de-giro utilizando la propulsión química, y por último, orientar de nuevo a la órbita de la Luna. La misión sería inasequible con combustible regular. "La única tecnología que puede hacer es de alta potencia de propulsión con energía eléctrica", dice Brophy. "Sabemos que trabaja en la escala de la Aurora, y lo que necesitamos es un sistema de energía mucho mayor para Marte. El redireccionamiento Misión asteroide está en el medio como un buen trampolín para llegar allí ".