Propulsión iónica y el cohete SLS de la NASA para conquistar el sistema solar exterior

Alcanzar otros planetas es difícil. Primero hay que superar el pozo gravitatorio de la Tierra y luego hay que desplazarse hasta el objetivo elegido. Todo ello usando propulsión química, que no es precisamente la más eficiente que conocemos. Pero desde hace décadas conocemos otros sistemas de propulsión mucho más eficientes, como la propulsión nuclear térmica o la iónica. En los últimos años, la NASA ha concebido varios planes para enviar naves robóticas y tripuladas por el sistema solar basados en la propulsión iónica solar.

Etapa de propulsión SEP de la NASA de 150 kW de potencia para explorar el sistema solar (NASA).

La propulsión eléctrica -que es como se denomina en realidad a este sistema, que engloba tanto a los motores iónicos como a los de plasma- es tremendamente eficiente. O sea, es capaz de proporcionar un gran cambio de velocidad -Delta-V- con una cantidad de combustible, normalmente un gas noble cono el xenón. La NASA ha usado propulsión eléctrica solar (SEP) en misiones tales como la Deep Space 1 o Dawn, pero en el futuro pretende desarrollar un sistema de propulsión eléctrica más potente para la misión ARM (Asteroid Redirect Mission).

Esta sonda deberá traer una roca de gran tamaño a las cercanías de la Luna la próxima década. Para ello la nave estará dotada de una etapa de propulsión eléctrica de 40 kilovatios de potencia y 3,6 toneladas de xenón denominada Block 1. Pero la NASA no quiere quedarse aquí. A partir de la etapa SEP de la misión ARM se podrían desarrollar otras etapas para proyectos más ambiciosos. Por ejemplo, la etapa Block 1a de 150 kW de potencia y 16 toneladas de xenón, o un sistema de de 150 a 200 kW con 16 toneladas de propelente capaz de servir en misiones tripuladas a la Luna o a Marte.

Distintas etapas SEP propuestas por la NASA. A la izquierda, la etapa de la misión ARM (NASA).

Posibles diseños para las etapas SEP (NASA).

Evidentemente, todo esto queda muy lejos, pero lo que sí será una realidad la próxima década es el cohete SLS, capaz de situar 70 toneladas en órbita baja en su versión básica. El SLS combinado con la etapa Block 1a nos ofrece un enorme rango de posibilidades para viajar el sistema solar exterior. Esta etapa de ocho toneladas podría situar hasta 24 toneladas en órbita de Júpiter en tres años, lo que incluye un sobrevuelo de la Tierra como maniobra de asistencia gravitatoria. La sonda para el estudio de Júpiter propiamente dicha tendría una masa de unas doce toneladas. Tres años puede parecer mucho tiempo, pero debemos recordar que el único orbitador que hemos enviado a Júpiter, la sonda Galileo, tardó casi seis años en llegar hasta allá. Y eso que era una sonda mucho más pequeña (2,3 toneladas).

Pero lo bueno de la propulsión SEP es que a medida que nos alejamos del Sol sus ventajas se notan más, lo que no deja de ser una paradoja teniendo en cuenta que a partir de cierta distancia la etapa deja de ser útil por culpa de la escasa luz solar (obviamente, la etapa SEP solamente funcionaría durante la primera parte del viaje). El caso es que la combinación SLS más Block 1a sería capaz de situar una sonda de 8,5 toneladas en órbita de Saturno en tan solo cinco años. Como comparación, la sonda Cassini, el vehículo de exploración del sistema solar exterior más caro y pesado jamás construido tenía una masa de 5,5 toneladas y tardó siete años en llegar al gigante anillado. Si en vez de un orbitador lanzamos una sonda de aterrizaje en Titán -que puede entrar en la atmósfera de este satélite a velocidad hiperbólica (6 km/s)- la masa de la sonda podría aumentar hasta las trece toneladas.

Vale, dos años de ventaja tampoco es para tirar cohetes, pero si optamos por lanzar una misión a Urano o Neptuno podríamos mandar una sonda de 4,5 toneladas que tardase nueve y trece años respectivamente. A la Voyager 2 le llevó nueve años alcanzar Urano y requirió de doce para pasar por Neptuno, pero no olvidemos que esta nave no era un orbitador y que se limitó a sobrevolar ambos planetas a gran velocidad. Además, estos tiempos de vuelo tan reducidos solo fueron posibles gracias a la exclusiva alineación planetaria de los años 70 y 80 que permitió el sobrevuelo de los cuatro planetas gigantes del sistema solar en una única misión. Otra ventaja muy importante del uso del SLS y la etapa SEP es que todos los años habría una ventana de lanzamiento, algo fundamental a la hora de asegurarse de que un retraso en el despegue no suponga una cancelación o sobrecostes elevadísimos.

La combinación SLS+SEP podría mandar una sonda de 4,5 toneladas a la órbita de Neptuno en 13 años (NASA).

Habrá quien piense que la reducción en el tiempo de viaje no justifica usar un cohete gigante como el SLS o una etapa de propulsión SEP. Es posible, pero recordemos que estamos hablando de sondas de gran tamaño. Mejor dicho, de sondas enormes. De hecho, el problema de este proyecto no es tanto el coste del sistema SLS+SEP, sino que la NASA carece del presupuesto para desarrollar sondas hacia los planetas exteriores. Sin ir más lejos, la misión Europa Clipper que explorará la luna de Júpiter homónima es la única sonda de la NASA aprobada para la próxima década. Curiosamente, la misión usará el cohete SLS, aunque nadie ha planteado seriamente usar una etapa SEP con este proyecto. Por ahora.