Investigadores de WVU exploran fuentes alternativas para sistemas de propulsión espacial

El estudiante graduado de la Universidad de West Virginia, Ripu Singh Nirwan, y Thomas Steinberger, profesor asistente de investigación en la Facultad de Artes y Ciencias Eberly de WVU, realizan la alineación inicial de un nuevo láser pulsado de nanosegundos, que desempeñará un papel en un proyecto financiado por la NASA que probará alternativas Fuentes de combustible para sistemas de propulsión espacial. (Foto de WVU/Nathaniel Godwin)

Los satélites y las naves espaciales funcionan sin combustible debido a la escasez mundial de combustibles de propulsión tradicionales. En respuesta, dos investigadores de la Universidad de West Virginia están buscando formas alternativas de impulsar los propulsores que mantienen los satélites en órbita y que potencialmente podrían impulsar naves espaciales profundas.

Earl Scime, profesor Oleg D. Jefimenko de física y astronomía, y Thomas Steinberger, profesor asistente de investigación, ambos de la Facultad de Artes y Ciencias WVU Eberly, recibieron una subvención de 748.000 dólares del Programa Establecido de la NASA para Estimular la Investigación Competitiva para explorar sistemas de propulsión. que no dependen de fuentes de combustible tradicionales.

EPSCoR alienta a estados como Virginia Occidental a buscar financiamiento federal para desarrollar infraestructura que los haga competitivos para financiamiento futuro. Scime dijo que él y Steinberger están aprovechando esta oportunidad para sentar las bases para realizar experimentos con propulsores de plasma. Los propulsores de plasma se utilizan para mantener los satélites en órbita en su trayectoria correcta, realizar cambios orbitales y corregir la actitud de una nave espacial.

Hace años, los propulsores de las naves espaciales funcionaban con hidracina, una fuente de propulsor tóxica e inflamable. Ahora, la mayoría funcionan con un propulsor de plasma que utiliza xenón, un gas inerte extraído de la atmósfera terrestre.

"Es un proceso costoso", dijo Scime. “Por lo general, se hace como un subproducto de la fabricación de acero, y una de las plantas de destilación más grandes del mundo para producir xenón está en Mariupol, Ucrania, y ha sido destruida. Una gran fracción del suministro mundial de xenón se ha agotado y es muy escaso”.

Una alternativa al xenón es el criptón, aunque también es difícil de conseguir, ya que también se produce en Ucrania. Además, SpaceX compró una gran parte en el mercado abierto para sus satélites Starlink. A medida que el criptón escaseaba, Starlink cambió al argón.

"La dependencia de gases nobles raros para la propulsión de naves espaciales se ha convertido en un problema real", afirmó Scime.

Con ese fin, él y Steinberger han estado estudiando el yodo (que viene en forma sólida) como combustible alternativo.

"Tiene enormes ventajas", dijo Steinberger. “Se puede empaquetar en un pequeño volumen en una nave espacial. No necesita tanques de alta presión ni manejo de gas. Hace unos años, nos interesamos por el yodo, conseguimos unos aparatos para fabricar plasmas de yodo de la Fuerza Aérea de Estados Unidos y desarrollamos un diagnóstico para medir el flujo de iones de yodo. Ahora estamos pensando en el siguiente paso”.

El equipo de Scime ha sido pionero en la espectroscopia láser en plasmas de yodo y ha desarrollado la primera forma del mundo de medir la velocidad del yodo ionizado en un propulsor.

"Propusimos a la NASA probar aquí propulsores basados ​​en yodo utilizando nuestras técnicas láser, para que la gente pueda tener una mejor manera de caracterizar los propulsores de yodo", dijo.

Debido a que el yodo ensucia y puede causar problemas respiratorios en cámaras de prueba grandes, Scime y Steinberger van a construir una cámara más pequeña y simple para desarrollar y perfeccionar la tecnología de diagnóstico de propulsores iónicos que luego podría trasladarse a instalaciones más grandes.

Si bien el equipo se encuentra en las primeras fases del proyecto de tres años, prevén desempeñar un papel en el desarrollo de formas de medir si un propulsor está funcionando bien.

"Estamos construyendo propulsores basados ​​en yodo", dijo Scime. “Entonces, dentro de 20 años, esperaríamos ver muchos sistemas de propulsión de yodo en satélites, y tal vez incluso en misiones de larga duración a Marte. Con suerte, veremos este tipo de propulsores en uso generalizado. Y seríamos parte del proceso para que funcionen bien”.

Ningún otro grupo está realizando espectroscopia láser con yodo ionizado, aunque muchos están llevando a cabo investigaciones basadas en el trabajo de Scime y Steinberger.

"Hemos demostrado que funciona", dijo Scime. “Las señales son realmente buenas. Esperamos que muchos otros grupos realicen pronto espectroscopía con láser de yodo”.

Scime y Steinberger dijeron que esperan que WVU sea conocido como un lugar para realizar diagnósticos avanzados tanto en propulsores basados ​​en yodo como en otros tipos de propulsores.

"Ahí es donde vemos que está nuestro nicho", dijo Scime. “Seríamos el lugar al que acudirían las personas que dicen: 'Quiero hacer funcionar un propulsor con esta mezcla de gases'. ¿Puede darme un esquema láser que me permita medir la velocidad de las partículas que salen? Y eso es lo que vamos a hacer.

Melanie Page es directora del Consorcio de Subvenciones Espaciales de Virginia Occidental de la NASA/NASA EPSCoR y vicepresidenta asociada de actividades creativas y académicas en la Oficina de Investigación de WVU. “Los datos recientes de 2021 muestran que, combinados, los 28 estados de EPSCoR no se beneficiaron tanto de Financiamiento de la NASA e impacto económico al igual que el estado de California”, dijo Page. "Es por eso que el programa EPSCoR es tan vital: comienza a nivelar el campo de juego con el desarrollo de infraestructura de investigación para que los brillantes científicos de Virginia Occidental puedan competir de manera justa por los fondos federales de investigación".

Scime anticipa divertirse mucho trabajando en este proyecto. "Y estamos bien posicionados para hacerlo", añadió. "La NASA está muy entusiasmada con que impulsemos esto porque van a necesitar las técnicas".

-WVU-lr/30/03/23CONTACTO CON LOS MEDIOS: Laura RobertsEscritora investigadoraWVU Research Communications304-293-5507; [email protected]

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