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Juan Carlos Gil propulsión espacial
Ep 503: Propulsión Espacial; Computación Cuántica; Fusiones de Estrellas de Neutrones; Agujeros Negros
13 de marzo de 202511 momentos
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Juan Carlos Gil propone cambiar de tema a sistemas de propulsión espacial, destacando que existen avances novedosos y emocionantes sobre cómo moverse en el espacio.
…nos gustan esas cosas bonitas que salen de la ciencia, incluso más que los misterios que refutan a veces Bueno, pues yo ya me voy a callar porque llevo mucho rato hablando y seguramente aquí la gente lo quiere es oír hablar de cosas, de resultados, de ciencia Juan Carlos proponía hablar hoy de sistemas de propulsión en el espacio y hay cantidad de cosas, además de lo ya conocido, que son novedosas, que son entusiasmantes y que nos puede dar una visión de qué nos trae el futuro. ¿Cómo movernos por el espacio? Sí, tenía ganas de hablar de propulsión espacial, que es una cosa que siempre me ha gustado, y he aprovechado, he utilizado la circunstancia de que se han publicado dos artículos en los últimos meses como motivo para hablaros sobre ello. Movernos en el espacio, bueno, movernos en general, lo hacemos haciendo palanca con la tercera ley de Newton, es un ejemplo de acción y reacción. Cuando caminamos, pues hacemos fuerza contra el suelo, con nuestros pies y la reacción del Suelo es lo que nos impulsa hacia adelante. Los peces con las aletitas echan agua hacia detrás y el cuerpo de agua, el resto del mar o del río, hacen reacción contra esa agua y es lo que mueve al pez adelante. Y los aviones consiguen el empuje de forma parecida, mueven aire en este caso hacia atrás, con hélices o con turbinas y de nuevo se impulsan. El movimiento vertical de los aviones es sustentación y es otra cosa, está relacionado pero es otra cosa. Pero claro, en el espacio no hay nada de nada, no hay agua, no Hay aire, no hay suelo. Entonces, ¿cómo nos podemos mover? Bueno, pues lo primero que hay que decir es que por "mover" aquí me refiero a acelerar. Es decir, cambiar la velocidad, que puede ser tanto cambiar la magnitud como la dirección y en el espacio una…
Significado #1 · Palabras #1
Juan Carlos Gil propone cambiar de tema a sistemas de propulsión espacial, destacando que existen avances novedosos y emocionantes sobre cómo moverse en el espacio.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #1 · Palabras #1sistemas propulsión espacial giltercera ley newton movimiento espaciopalanca tercera ley juan carlosley newton propulsión sistemaspeces aletitas echan agua detrásaviones hélices turbinas mueven airemovimiento vertical aviones sustentación…nos gustan esas cosas bonitas que salen de la ciencia, incluso más que los misterios que refutan a veces Bueno, pues yo ya me voy a callar porque llevo mucho rato hablando y seguramente aquí la gente lo quiere es oír hablar de cosas, de resultados, de ciencia Juan Carlos proponía hablar hoy de sistemas de propulsión en el espacio y hay cantidad de cosas, además de lo ya conocido, que son novedosas, que son entusiasmantes y que nos puede dar una visión de qué nos trae el futuro. ¿Cómo movernos por el espacio? Sí, tenía ganas de hablar de propulsión espacial, que es una cosa que siempre me ha gustado, y he aprovechado, he utilizado la circunstancia de que se han publicado dos artículos en los últimos meses como motivo para hablaros sobre ello. Movernos en el espacio, bueno, movernos en general, lo hacemos haciendo palanca con la tercera ley de Newton, es un ejemplo de acción y reacción. Cuando caminamos, pues hacemos fuerza contra el suelo, con nuestros pies y la reacción del Suelo es lo que nos impulsa hacia adelante. Los peces con las aletitas echan agua hacia detrás y el cuerpo de agua, el resto del mar o del río, hacen reacción contra esa agua y es lo que mueve al pez adelante. Y los aviones consiguen el empuje de forma parecida, mueven aire en este caso hacia atrás, con hélices o con turbinas y de nuevo se impulsan. El movimiento vertical de los aviones es sustentación y es otra cosa, está relacionado pero es otra cosa. Pero claro, en el espacio no hay nada de nada, no hay agua, no Hay aire, no hay suelo. Entonces, ¿cómo nos podemos mover? Bueno, pues lo primero que hay que decir es que por "mover" aquí me refiero a acelerar. Es decir, cambiar la velocidad, que puede ser tanto cambiar la magnitud como la dirección y en el espacio una…
Juan Carlos Gil explica cómo funcionan los sistemas de propulsión espacial y compara el funcionamiento con el de los aviones, destacando una diferencia clave: las naves espaciales deben llevar su propia materia para generar propulsión.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #2 · Palabras #2propulsión espacial similar avionesnaves espaciales llevan materia propiaconservación movimiento lineal navelanzadores sacan de la tierra…pues claramente es una ventaja, y eso permite por ejemplo que los satélites una vez que alcanzan la velocidad orbital, pues se mantengan en órbita indefinidamente sin hacer nada especial. ¿Qué hacemos por tanto en el espacio? ¿Cómo nos apoyamos en algo? Pues de hecho es algo semejante a lo que hacen los aviones, pero con una diferencia clara, fundamental, y es que en lugar de coger aire de los alrededores e insuflarlo hacia atrás, pues no tenemos más remedio que llevar la materia con nosotros. La nave espacial, el satélite, el cohete, lo que sea, tiene que tener materia almacenada en la propia nave que acelera hacia atrás, la eyecta y por acción y reacción y por conservación de movimiento lineal, pues la nave va a recibir una aceleración en dirección opuesta, inversamente proporcional a su masa. Los lanzadores, los chismes que nos sacan de la Tierra, necesitan empujes brutales para vencer la gravedad del planeta, del orden de millones de newtons. Podemos quedarnos con esta referencia que luego hablaremos de motores con muchísimo menos empuje. Con lo cual, claro, necesitan motores brutales; los…
Juan Carlos Gil explica cómo se mide la eficiencia de los motores espaciales, introduciendo el concepto de 'impulso específico' y destacando su peculiaridad por tener unidades de tiempo.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #3impulso específico motores espacialesunidades de tiempo impulso específicogravedad terrestre impulso específicokilo de combustible autosostenido gilimpulso específico propulsores gilempuje motor igual peso gilreferencia eficacia impulso específico…y como oxidante, pues el oxidante por antonomasia, que por eso se llama oxidación, que es oxígeno líquido, es muy a menudo el que se utiliza. Pero el desempeño de un motor no solo depende del empuje, que es un factor clave, sí, pero también su eficiencia. ¿Cómo de bien un motor espacial emplea ese combustible? Y en astronautica esto viene medido por una magnitud curiosa que se llama impulso específico y digo curiosa porque tiene unidades de tiempo, lo cual las tres primeras veces que te enfrentas a ello, yo ya llevo cuatro y ya me he acostumbrado, pero resulta realmente raro, lo admito, pero hay una forma de visualizarla El impulso específico de un propulsor es equivalente al tiempo que se mantendría autosostenido, autosuspendido en la gravedad terrestre, justo como se define así, usando un kilo de combustible, ¿vale? Bueno, en realidad lo que he hecho es medio mentira, porque eso solamente coincide con el impulso específico cuando el empuje que genera ese motor es igual a su peso, que no va a ser nunca el caso. Pero bueno, por lo menos nos da una referencia de entender cómo demonios una medida de eficacia se traduce en tiempo. Bueno, cuanto más largo es Ese tiempo, cuanto más largo es el impulso específico, significa que ese motor utiliza mejor el combustible. Los impulsos específicos de estos motores cohete que os comentaba, de combustible líquido, pues están entre orden de 400 o 500 segundos, ¿vale? Eso…
Juan Carlos Gil compara la eficiencia de los motores de cohetes con la de las turbinas de avión, señalando que estas últimas son significativamente más eficientes.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #6eficiencia turbinas avión supera cohetesturbina avión moderna alcanza 4000 segundoscohetes lanzadores queman combustible planeta…específico, significa que ese motor utiliza mejor el combustible. Los impulsos específicos de estos motores cohete que os comentaba, de combustible líquido, pues están entre orden de 400 o 500 segundos, ¿vale? Eso también nos va a servir de referencia y una. Turbina de avión, por ejemplo, de las más modernas, pues llegan hasta los 4000 segundos. Son como 9 o así veces más eficientes las grandes turbinas de avión que los grandes cohetes de lanzadores. Ya vemos que los cohetes de lanzadores queman combustible a lo loco para sacarnos del pozo de potencial de nuestro planeta y es la única forma de conseguirlo. Perdona, Juan. Carlos, una preguntita: yo pensando en esa definición o esa forma de representar el impulso específico que has dado, no me queda claro. No me extraña, perdona. Si dices el tiempo que puede sostener su propio peso con un kilo de combustible, entonces si yo le…
Juan Carlos Gil explica que el impulso específico de 450 segundos en un motor de cohete no implica que este pueda mantenerse con un kilo de combustible durante ese tiempo, ya que esto solo sería cierto si el empuje del motor fuera equivalente a su peso.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #13impulso específico motor coheteempuje motor peso toneladarelación no lineal motores cohete…que he dicho, que es siempre y cuando el motor produzca un empuje equivalente a su peso. Solo en ese caso se cumple la analogía. Es una analogía realmente mala. No hay forma de seguir dando vueltas a la analogía. En cuanto pasas al mundo real no te vale. Por eso un motor de cohete tiene un impulso específico de 450 segundos. Eso no significa que el cohete se mantenga con un kilo de combustible 450 segundos. Ya nos gustaría. Eso sería solo si hiciese un impulso equivalente a su peso. ¿Cuánto pesa un gran motor de cohete? ¿Una tonelada? Pues no, da muchísimo más empuje que una tonelada y por tanto la relación no es lineal, desafortunadamente. Quería traer una posibilidad de visualizar de alguna forma que eso sea un tiempo, pero es poco afortunado. Bueno, ¿qué hacemos entonces en el espacio? Perdona, te vuelvo a interrumpir, pero independientemente entonces del que sea un tiempo, lo que nos da idea este impulso específico, es algo así como la capacidad de sostener una aceleración que puede tener ese…
Juan Carlos Gil corrige una afirmación previa sobre el movimiento en el espacio, reconociendo que existen elementos como campos gravitatorios y magnéticos que pueden ser utilizados para la propulsión.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #14campos gravitatorios y magnéticosmovimiento en el espacio gastónpropulsión con campos…significa que dé más newtons; eso es el empuje. Ya veremos que los motores iónicos de los que quiero hablar tienen poco empuje, pero muchísimo impulso específico y por eso son especialmente útiles para misiones de muy larga duración como las interplanetales. En el espacio, os he mentido; he dicho que en el espacio no hay nada contra lo que apoyarse y no quería pasar esta oportunidad de decir que hay algo. Gastón lo sabe muy bien; hay campos, aunque no hay materia en general, pero en el espacio hay campos y es posible utilizar los campos gravitatorios y magnéticos para moverse. Por el espacio. El campo gravitatorio lo hemos oído todos: una nave puede utilizar lo que se llama una maniobra de asistencia gravitatoria pasando cerca de un planeta, robarle momento angular al planeta o aportárselo dependiendo si entra en el sentido de la…
Juan Carlos Gil continúa explicando las características de las velas solares experimentales para la propulsión espacial, comparándolas con los motores químicos convencionales.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #4velas solares experimentales propulsión espacialimpulso específico velas solares brutalesmotores químicos convencionales espacioconsumo combustible nulo velas solares…a Venus. No consumimos en este caso combustible, los fotones no vienen de fuera, con lo cual si hacemos la fórmula sin pensar más del impulso específico saldría infinito, no aplica, pero podemos estimar o hacer una transposición, una conversión respecto de un Motor equivalente que generase ese empuje y tendría un impulso específico estas velas solares brutales, muy, muy poquito impulso. Pero claro, un consumo de combustible nulo, entre comillas, pues serían del orden de 10.000 o incluso 100.000 segundos, ese es el tope gama de impulso específico. Pero a nadie se nos escapa, en general lo que se usa es motores químicos, motores químicos también en el espacio. Que sí gastan combustible. Tradicionalmente se ha utilizado hidracina, sobre todo para las maniobras, no tanto para el empuje pero para las maniobras de control de órbita y también de actitud. Héctor, ¿qué te viste? Sí, quería hacer un comentario, pero en…
Juan Carlos Gil continúa explicando la historia del desarrollo de motores nucleares para propulsión espacial, mencionando proyectos realizados por la Unión Soviética y Estados Unidos durante la Guerra Fría.
Habla: Juan Carlos GilPalabras #4motores nucleares alternativa propelentesmotor térmico calienta hidrógeno extremopropulsor expulsado por motor nuclearmotores nucleares guerra fríaagencia darpa desarrollo tecnologíasproyecto draco nasa 2027…orden de 200 segundos. Y otra cosa que tiene hidracina es que es ultra tóxica; es de lo peorcito, con lo cual en los últimos años está tendiendo a producir alternativas que son los llamados propelentes verdes. Esperemos que podamos avanzar en esa dirección. Otra opción más, antes de llegar a lo que me ocupará, que serán los motores eléctricos, son los motores nucleares. Mucha gente ni ha oído hablar de esto. Hay dos tipos de motores nucleares: los de tipo térmico usan, el propio nombre parece indicarlo, un motor nuclear para calentar un gas, hidrógeno, típicamente a temperaturas extremas; estamos hablando de un motor nuclear y claro, expulsarlo como propulsor y estos se Fabricaron, tanto la Unión Soviética como los Estados Unidos en la década de los 60 y los 70, la época dorada de la innovación espacial; por supuesto impulsada por la guerra fría, pues les hicieron desarrollar estos motores, pero ninguno de las dos megapotencias los hizo volar. Sin embargo, en Estados Unidos, en estos momentos transmediante NASA y DARPA, que es la agencia de defensa de desarrollo de tecnologías de última generación americana, están desarrollando un proyecto que se llama Draco, que utilizará porque está previsto poner en órbita en el año 2027 y no queda tanto. pues un motor nuclear térmico. El empuje de estos motores es equivalente a aproximadamente una quinta parte de un motor de un lanzador, o sea, brutal; esto en el espacio es brutal, la quinta parte de un motor de un lanzador, pero con impulsos específicos…
Juan Carlos Gil explica los detalles técnicos de los motores eléctricos utilizados en la propulsión espacial, mencionando el uso de gases nobles ionizados como xenón o criptón.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #5 · Palabras #5motores eléctricos expulsan plasma ionizadoxenón o criptón como gases noblesplasma ionizando materia neutra navegases nobles ionizados xenón criptóncampos eléctricos magnéticos aceleración ionesmotores espaciales eléctricos milinewtonsimpulso específico motores propulsores espacialesmotores eléctricos propulsión espacialmisiones interplanetarias duración largasatélites meteorológicos rusos años 70primeras pruebas vuelo años 60satélite panamsat 5 órbita geosesat 1 propulsión eléctrica utelsatplataforma comercial de satélites boeingserie boeing 702p eléctricasatélites anteriores propulsores eléctricos…pero como tiene masa tienes que compensar el peso del propio cable colocando un contrapeso un poquito más allá. Bueno, se podría hacer con un cable muy largo, pero ya eso sería muy largo; el triple de la geo me parece que salía o cuatro veces. Pues seguimos. Seguimos, decías que había hecho una introducción a las formas de moverse; todavía no he acabado porque me quedan los motores eléctricos. Los motores eléctricos expulsan también materia pero no neutra, en este caso hecha de partículas ionizadas, vamos, lo que viene llamándose plasma. Entonces lo que hacemos es, primero generamos plasma ionizando materia neutra que es lo que podemos llevar en la nave, típicamente gases nobles, gorditos; queremos que sean átomos gorditos para que cuando salgan a toda leche se lleven mucho momento y nos impulsen para adelante. Típicamente se usan xenón o criptón. El radón es radiactivo, molaría, pero no nos dura nada, ese no nos vale. Y una vez que hemos ionizado estos gases nobles, aceleramos los iones, las partículas cargadas resultantes, tanto electrones como iones, hemos ionizado, hemos partido en dos cachitos, mediante campos eléctricos y o magnéticos. y eso nos va a hablar de los dos motores eléctricos, los propulsores espaciales eléctricos que existen. También lo anticipaba antes, generan muy muy bajo empuje, típicamente de milinewtons, milinewtons, nada, con lo que obviamente no sirven de ninguna de las formas para despegar, para movernos dentro de la atmósfera, pero por contra son muy extraordinariamente eficientes con impulsos específicos de Miles de segundos y algunos de muchos miles de segundos, lo que los hacen ideales para misiones de larga duración como misiones interplanetarias o satélites; se utilizan ahora para que duren lo más posible. Es una tecnología, que no viene de Julio Bern, es mucho más moderna, apenas tiene 30 años; las primeras pruebas en vuelo se hicieron en los años 60 y las primeras aplicaciones, satélites meteorológicos rusos, soviéticos, en aquel caso en los 70. La primera misión pública, eso era secreto además, la primera misión pública de la que yo tengo noticia es el satélite PanamSat 5 a la órbita Geo lanzado en 1997 y operado por el operador Intelsat Y quería mencionar esto, en el año 2000 se puso en órbita el primer satélite europeo con propulsión eléctrica llamado SESAT-1 operado por Utelsat y lo quería mencionar porque fue el segundo satélite en el que yo trabajé y le tengo cierto cariño Pero es a partir de 2012, es decir, hace nada, cuando entramos en la era de los motores eléctricos, porque a Boeing, un operador, entre otras cosas, entra en una vez, también hace satélites Boeing, ¿vale? Pues diseñó y puso a la venta una plataforma comercial de satélites, que luego tú encima podías embarcar la carga de pago que quisieses, que era completamente eléctrica, la serie Boeing 702P. Y al decir completamente eléctrica es muy relevante porque los satélites anteriores se orientaban con propulsores eléctricos pero No subían órbita, es decir, no alcanzaban la órbita de trabajo. Esas siguen utilizando motores químicos, por tanto tenías que llevar los dos. Bueno, pues estos 702 SP, creo que antes he dicho solo P, es SP, de Small Platform, SP, Small Platform, significaba,…
Juan Carlos Gil explica que en la última década, los motores eléctricos han sido ampliamente utilizados en la órbita baja debido a su adopción por grandes constelaciones de satélites.
Habla: Juan Carlos GilPalabras #11motores eléctricos órbita bajaconstelaciones satélites starlinkpropulsión megaconstelaciones oneweb…Platform, SP, Small Platform, significaba, bueno, pues era completamente eléctrico. Una vez que el lanzador lo soltaba, en una órbita, ya sabéis, baja pero muy excéntrica, él subía a la órbita de trabajo mediante motor eléctrico, con lo cual tardaba meses. Y bueno, en esta década ya, en estos últimos 12 o así, pues esto: los motores eléctricos han arrasado en la órbita baja porque son los que utilizan las grandes megaconstelaciones como los 7.000 satélites, se dice pronto, 7 .000 satélites ya de Starlink y los 600 de OneWeb o sea es la forma elegida de propulsión para este tipo de emisiones de hoy sin duda; y decía: hay dos tipos los Motores eléctricos electrostáticos, porque utilizan apenas el campo eléctrico: un campo eléctrico estático, es decir, simple ley de Coulomb para acelerar las partículas cargadas o los electromagnéticos, que además hacen uso de campos magnéticos. Por tanto,…
Juan Carlos Gil comenta sobre un modelo disponible que permite obtener el empuje necesario introduciendo parámetros de diseño y señala la importancia de la propulsión eléctrica, junto a la nuclear, como tecnología clave para los próximos años.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #9 · Palabras #3modelo empuje parámetros diseñopropulsión eléctrica tecnología clavepropulsión nuclear próximos añosmodelado teórico propulsión difícil…eran blaso, eran pic más fluido sin masa, pero claro, una vez que está la red entrenada, a toda caña, dicen que tardan 9.000 veces menos que la simulación chunga esta, la blaso ya decíamos que tardaba 4.000, ¿cómo era? 4 días en 800 núcleos O sea, esto es un Modelo que está disponible, que ahora vas con tus parámetros de diseño y te saca el empuje, lo cual es realmente bueno. Acabo Héctor, no me pongas esa cara. La propulsión eléctrica es la, junto a la nuclear, la tecnología clave de propulsión de los próximos años. Su modelado teórico es tremendamente difícil ¿y por qué? Pues porque plasmas, ¿vale? Plasmas nunca va acompañado de la palabra fácil, no se puede hacer esa frase en español. Por tanto necesitamos técnicas avanzadas como simulaciones de este tipo o aprendizaje automático, que ambas dos pues han funcionado fenomenal. Así que el futuro es…