Dando un Paseo en una Burbuja Magnética

Dando un Paseo en una Burbuja Magnética

'La magnetosfera no sólo nos escuda de la radiación solar sino que también actúa algo así como una vela solar,' dice Dennis Gallagher, un físico del espacio en el Centro de Vuelo Espacial Marshall. 'El viento solar empuja a la magnetosfera constantemente, pero afortunadamente la Tierra es justamente demasiada maciza para hacerla volar con un soplido”.

¿Qué podría ocurrir, sin embargo, si creamos una burbuja magnética alrededor de algo mucho más pequeño que la Tierra - como una nave espacial? ¿Podría ir montado en el viento solar de planeta a planeta? Gallagher y sus colegas creen que sí.

'Una magnetosfera en miniatura de 15 km de ancho una unidad astronómica del Sol sentiría de 1 a 3 Néwtons de fuerza del viento solar,' dice Gallagher, 'Eso es suficiente para acelerar una nave espacial de 200 Kg. desde un paro completo a 80 Km / s (180,000 millas por hora) en sólo 3 meses.'

'Si lanzamos, entonces una sonda espacial ahora equipada con algo semejante a una burbuja fácilmente alcanzaría a la Voyager y se conviertiría en la primera nave espacial de la Tierra en cruzar el límite del espacio interestelar'.

La idea ingeniosa de usar magnetosferas en miniatura como una forma de propulsión avanzada fue primero propuesta por Robert Winglee en la Universidad de Washington. El Instituto de la NASA para Conceptos Avanzados le otorgó una beca Winglee de Conceptos Revolucionarios Avanzados Fase I hace dos años seguido por un contrato Fase II, y ya la idea ha saltado fuera del tablero de dibujo y está en el laboratorio.

Una pluma radiante de plasma infla una burbuja magnética invisible dentro de la cámara de vacío en el Centro de Vuelo Espacial Marshall de la NASA.

Una pluma radiante de plasma infla una burbuja magnética invisible dentro de la cámara de vacío en el Centro de Vuelo Espacial Marshall de la NASA.

'Justamente hemos terminado nuestro primera ronda de pruebas en una cámara de vacío aquí en el Centro de Vuelo Espacial Marshall,' dice Gallagher, el investigador principal del experimento en Marshall. 'dirigimos las pruebas como un esfuerzo cooperativo entre NASA y la Universidad de Washington, con soporte de la Universidad de Alabama'.

'El campo magnético para nuestra magnetosfera viene de una bobina de 1-ft de diámetro de calibre 16 de alambre esmaltado. Pasamos corrientes de 5 a 30 amperio por la bobina; Eso crea un campo de 300 gauss en la boca del solenoide' - aproximadamente 3 veces más fuerte que un imán típico del frigorífico.

Normalmente, la intensidad de tal campo magnético disminuye rápidamente aumentando la distancia de la bobina. 'es similar a un campo dipolar que disminuye respecto al cubo de la distancia,' explica Gallagher. 'La burbujas magnéticas dipolares es un problema, sin embargo, ya que no presentan la sección transversal que necesitamos para interceptar la suficiente energía solar del viento'.

Para hacer la burbuja más grande, Gallagher y sus colegas hicieron inflar el campo magnético - como inflar un globo - inyectando gas ionizado cerca de la bobina. El uso innovador de gas ionizado (llamado plasma) para inflar la burbuja magnética es lo que le da al proyecto su nombre: Magnetospheric Plasma Propulsion o M2P2 para abreviar.

'La cosa que hace a M2P2 especial es que inflamos el campo desde dentro con plasma de baja energía', dice Gallagher. 'La magnetosfera de la tierra está inflada con plasma, también, pero no es tan densa como el plasma dentro de la burbuja M2P2. La magnetosfera de Júpiter se acerca - las fuentes de plasma allí son volcanes activos en Io'.

Los científicos de Marshall usan una fuente de plasma más práctico para sus experimentos M2P2 - un generador de plasma de helicon, que ioniza helio y argón gaseoso con ondas radiofónicas de alta energía. 'el Helicon es bastante común,' notó Gallagher. Son rutinariamente usados en investigación fundamental de plasma y para grabar semiconductores comerciales.

'La prueba de la semana pasada fue un éxito. Pudimos llenar completamente la cámara de vacío con una burbuja magnética. Lo único que detuvo la expansión fue la presencia de las paredes de la cámara. En el espacio este mismo experimento podría crear una minimagnetosfera de 15 Km. de un lado a otro'.

Mantener tal burbuja en el espacio requeriría aproximadamente 1 Kw. de energía y menos de 1 Kg. por día de helio propulsor para la fuente de plasma. A cambio, la burbuja interceptaría cerca de 600 Kw. de energía solar del viento.

'Una de las ventajas de M2P2 es que no precisa tecnología nueva,' dice Gallagher. 'Las fuentes de plasma y los solenoides en el corazón de la burbuja son dispositivos disponibles en tamaño estándar'.

'M2P2 es una dispositivo de fuerza constante', agregó. “Y esa es otra ventaja grande. Si bota la nave espacial lejos del Sol, entonces no perderá empuje”.

¿Cómo puede ser eso?
La fuerza ejercida en una burbuja magnética depende de cuán grande es. Las burbujas grandes interceptan más viento solar de lo que lo hacen las pequeñas y así prestan un empuje mayor a la nave espacial. Las burbujas que viajan fuera del Sol naturalmente se expanden hasta que la presión del viento solar cae en picado. Crecen por la misma razón que el globo de un niño inflado al nivel del mar se expandirá por el aire enrarecido a gran altura.

'Los tamaños de los globos y de las burbujas magnéticas son determinados por lo mismo - un balance de presiones internas y externas,' dice Gallagher. 'Para M2P2, la presión interna viene del plasma y el campo magnético del solenoide. La presión externa es el viento solar.'

La fuerza del viento solar por unidad de área mengua a razçon del cuadrado de la distancia del Sol. Duplicando la distancia, por ejemplo, disminuye la presión solar del viento en un factor de cuatro. 'El viento solar es más débil lejos del Sol, pero la burbuja es mayor, también (precisamente porque la presión del viento solar es inferior),' continuó. 'Esto ocurre en la sección transversal de la burbuja que aumenta en la misma cantidad que la presión del viento solar desciende. Los dos efectos se contrarrestan completamente'. Parece asombroso, pero el empuje propulsor de una nave accionada mediante M2P2 permanece igual tanto si la nave espacial está próxima al Sol o en los ámbitos externos del sistema solar.

Para viajeros humanos la ventaja máxima de M2P2 podría no ser la aceleración constante o la eficiencia de combustible, sino más bien sus características impresionantes de seguridad. Al igual que la magnetosfera de la Tierra nos protejerá de la radiación solar, una burbuja M2P2 podría proteger a los pasajeros espaciales de rayos cósmicos y llamaradas solares.

'La idea del blindaje magnético necesita ser investigada más cuidadosamente,' notó Gallagher, 'pero parece prometedor.' Encadenando unidades múltiples M2P2 conjuntamente en la misma nave espacial, debería poder minimizarse las pérdidas de plasma y acabar con un mejor escudo contra rayos cósmicos como una bonificación”.

'Me gusta pensar en M2P2 como el primer motor de fusión propulsado externamente,' concluyó. 'El motor es el Sol mismo - las burbujas M2P2 justamente cabalgan adelante hasta la extenuación.'

El siguiente asalto de pruebas M2P2 está en agenda para el 2001. Animado por el éxito de los experimentos de laboratorio (y, claro está, por los vientos solares) las burbujas magnéticas bien podrían convertirse en el transporte de elección espacial para el próximo siglo.