Los motores de plasma podrían ser el futuro de los viajes espaciales tripulados, y los «cohetes manetoplasma» de Rusia tienen los objetivos de viaje más ambiciosos.

El manejo del plasma en los viajes espaciales se centra en el uso del gas ionizado (el cuarto estado de la materia) mediante campos eléctricos y magnéticos para lograr una propulsión de alta eficiencia, alcanzar velocidades de hasta 100 km/s y reducir drásticamente los tiempos de viaje a Marte a un rango de 30 a 60 días

¿Naves con motores químicos o de Plasma?

Si bien los cohetes químicos abrieron las puertas de la historia de los vuelos espaciales tripulados, países de todo el mundo están ansiosos por comenzar un nuevo capítulo: la propulsión por plasma . A diferencia de sus predecesores químicos, estos cohetes de última generación son eficientes, potentes y (quizás lo más importante) rápidos. A veces denominados cohetes magnetoplasmáticos (aunque existen muchos conceptos y configuraciones), estos motores generan empuje ionizando un propulsor y acelerándolo mediante un campo magnético

Sabiendo hacia dónde sopla el viento, la NASA sin duda ha investigado estos conceptos, incluso invirtiendo una suma considerable en el Cohete de Plasma Pulsado (como parte de su programa de Conceptos Avanzados Innovadores de la NASA) y en el Cohete Magnetoplasmático de Impulso Específico Variable (desarrollado por la compañía Ad Astra Rocket, con sede en Texas).

Hacia el planeta Marte

Hoy en día, cuando se calcula el momento de máxima aproximación de Marte a la Tierra, los cohetes químicos tardan 8 meses (en promedio) en llegar al Planeta Rojo . En contraste, estos dos conceptos aprobados por la NASA prometen 
plazos mucho más atractivos para un viaje de ida a nuestro vecino planetario: entre 45 y 60 días, respectivamente. Es como contarle a alguien que acaba de cruzar el Atlántico en barco sobre un nuevo invento llamado avión a reacción.

La última incorporación a esta vorágine de cohetes de plasma es el acelerador magnetoplasmático del Instituto Troitsk de Rosatom en Moscú, una corporación estatal rusa especializada en energía nuclear y otras tecnologías avanzadas como computadoras cuánticas , turbinas eólicas y, sí, propulsores de plasma. Presentado por primera vez en febrero de 2025 , este acelerador magnetoplasmático proporciona un impulso específico (la aceleración de partículas de hidrógeno) de hasta 100 kilómetros (62 millas) por segundo y una potencia de salida de 300 kilovatios, que Rosatom describe como «sin parangón con ninguna tecnología existente». Indian Defence Review informa que entre otros tipos de motores es más común una velocidad de entre 30 y 50 kilómetros por segundo.

Los estudios de la Dra. Fátima Ebrahimi

Esta científica es una destacada física teórica que trabaja en el Laboratorio de Física de Plasma de Princeton (PPPL) —financiado por el Departamento de Energía de EE. UU.— y colabora estrechamente con proyectos respaldados por la NASA y la Universidad de Princeton.

Su Descubrimiento Revolucionario

La Dra. Ebrahimi inventó un nuevo concepto de propulsor de fusión magnética basado en el mecanismo de la reconexión magnética, el mismo proceso físico que genera las erupciones en la superficie del Sol. 

El mecanismo:

Su motor utiliza campos magnéticos para disparar partículas de plasma en forma de «plasmoides» (burbujas de gas ionizado confinadas magnéticamente). 

La velocidad:

Mientras que los propulsores eléctricos actuales aceleran gases usando campos eléctricos a velocidades moderadas, el diseño de Ebrahimi puede alcanzar velocidades de expulsión hasta 100 veces más rápidas (del orden de cientos de kilómetros por segundo). 

El impacto:

Este descubrimiento es considerado una de las opciones más viables para acortar significativamente los viajes de larga distancia a Marte y los planetas exteriores, disminuyendo la exposición de los astronautas a la radiación espacial. 

Satélites que utilizan plasma de agua (Dra. E. Petro)

La propulsión por plasma de agua investigada por la Dra. Elaine Petro representa una de las mayores innovaciones para revolucionar la movilidad de los satélites pequeños (como los CubeSats), eliminando la dependencia de gases nobles escasos y costosos como el xenón.

A través de su laboratorio Cornell ASTRA Lab, la Dra. Petro lidera el modelado y desarrollo de estos sistemas, resolviendo desafíos físicos clave para hacer del agua un combustible viable en el espacio exterior.

¿Por qué usar Agua?

Tradicionalmente, los satélites utilizan propulsores eléctricos basados en gases como el xenón o el argón. Sin embargo, la Dra. Petro enfoca su investigación en el agua debido a tres ventajas estratégicas esenciales:

• Abundancia y Costo: El agua es barata, segura de manipular en la Tierra y no es tóxica.
• Reabastecimiento en el Espacio (ISRU): El agua está presente en la Luna, Marte y asteroides. Desarrollar motores que la utilicen permite proyectar futuras «estaciones de servicio» espaciales para reabastecer naves sin depender de envíos desde la Tierra.
• Almacenamiento Eficiente: El agua líquida se almacena de forma mucho más compacta y a menor presión que un gas comprimido, ideal para el espacio restringido de los satélites miniaturizados

El Motor Helicon de Agua (Water Helicon Thruster)

La tesis doctoral y las investigaciones base de la Dra. Petro se centraron en adaptar los propulsores tipo Helicon para que funcionen con vapor de agua. El proceso opera de la siguiente manera: 

El agua almacenada se evapora controladamente hacia una cámara de descarga. 

Se utilizan antenas de radiofrecuencia para aplicar energía electromagnética al vapor, rompiendo las moléculas de agua (H2O) e ionizándolas en un plasma compuesto por protones (H+ ), iones de oxígeno y grupos hidroxilo (OH ). 

Campos magnéticos aceleran y expulsan este plasma a altas velocidades por una tobera electrodeless (sin electrodos expuestos), generando el empuje.

Desafio químico resuelto

El gran aporte científico de Petro radica en descifrar la compleja química del plasma de agua. A diferencia de los gases nobles simples, las moléculas de agua se fragmentan en múltiples tipos de partículas que interactúan entre sí dentro del motor, restándole eficiencia si no se controlan.

Su trabajo consiste en diseñar simulaciones numéricas avanzadas para comprender este intercambio de energía a nivel de partículas. Esto permite optimizar el tamaño de las antenas del motor y evaluar etapas de calentamiento ciclotrónico de iones, logrando que un motor de agua alcance una eficiencia comparable a los sistemas comerciales tradicionales. [1, 2]

Aplicación en Microsatélites y CubeSats

Los satélites pequeños han carecido históricamente de sistemas de propulsión eficientes debido a las restricciones de peso y potencia. El escalado de estos motores de plasma de agua —que operan de manera óptima en rangos de potencia baja (500 a 1000 vatios)— dota a los CubeSats de la capacidad de:

• Corregir su órbita para prolongar su vida útil.
• Evitar colisiones con basura espacial de forma autónoma.
• Viajar en constelaciones coordinadas para telecomunicaciones o monitoreo climático global. [1, 2]

Fuente: https://www.popularmechanics.com , Space.com, Universidad de Maryland, https://www.pppl.gov/